电磁制动对CSP结晶器内坯壳冲击和弯月面温度的影响
连铸工艺技术 问答
连铸工艺技术问答1、连铸Q215钢时，较易发生纵向裂纹漏钢，试分析应如何着手解决？答：连铸生产Q215钢时较易发生纵向裂纹漏钢是因为，钢水成份中C含量在包晶反应区，钢水在凝固过程中的线收缩最大，因此，最易出现纵裂纹。
解决的主要技术措施有：1)采用合理的结晶器倒锥度；2)选用合适的结晶器保护渣；3)浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适，水口与结晶器要严格对中；4)确定合理的浇注温度及稳定的拉速；5)保持结晶器液面稳定：结晶器钢水液而波动控制在±5mm以内；6)控制钢水成份中的C含量避开0.10％～0.12％纵裂敏感峰值区；7)采用热顶结晶器或结晶器弱冷。
2、连铸坯中心偏析的产生原因及解决措施是什么？中心偏析是由于铸坯凝固末期，尚未凝固富集偏析元素的钢液流动造成的。
铸坯的柱状晶比较发达，凝固过程常有“搭桥”发生。
方坯的凝固末端液相穴窄尖，“搭桥”后钢液补缩受阻，形成“小钢锭”结构。
因而，周期性、间断地出现了缩孔和偏析。
板坯形成鼓肚变形时，也会引起液相穴内富集溶质元素的钢液流动，从而形成中心偏析。
措施：●降低钢中易偏析元素S、P的含量；●采用低过热度浇钢，减小柱状晶带的宽度，控制铸坯的凝固结构；●采用电磁搅拌技术，消除“搭桥”，增大中心等轴晶区宽度，减轻或消除中心偏析；●严格二冷对弧精度，对板坯的二冷夹辊最好采用多节辊，避免辊子变形；●在铸坯凝固末端采用轻压下技术，抑止残余钢水的流动。
3、某台铸机生产Q235钢连浇第6炉，上机温度1580℃，连浇中期发生中间包冻流停浇事故。
该炉浇注过程中，中间包钢水温度测量值依次为：1545℃，1536℃，1531℃。
试问应如何分析此次事故？应采取哪些措施？此次事故属于正常连浇浇注过程中大包温降过快，导致中间包温度过低发生冻流。
因此，应从以下几方面分析有无异常：1)钢包状况：周转情况；包龄；维修类别；烘烤情况；包内粘渣、粘包等。
2)出钢后钢包运行情况：出钢—进站—处理—出站—坐包—开浇。
连铸高级工试题
连铸高级工试题1、(高级工高级工,,判断题判断题,,较难较难,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 结晶器的倒锥度过大，易产生气隙，降低冷却效果，过小增大摩擦力，加速结晶器的倒锥度过大，易产生气隙，降低冷却效果，过小增大摩擦力，加速 铜板磨损。
铜板磨损。
( ) ( ) 答案答案: : ×2、(高级工高级工,,判断题判断题,,较难较难,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 所有的钢种都可以采取连铸浇注。
所有的钢种都可以采取连铸浇注。
( ) ( ) 答案答案: : ×3、(高级工高级工,,判断题判断题,,较难较难,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 为保证结晶器的传热效果，其水缝中冷却水的流速应保持在为保证结晶器的传热效果，其水缝中冷却水的流速应保持在33～5m/s 5m/s为宜。
为宜。
为宜。
( ) 答案答案: : ×4、(高级工高级工,,判断题判断题,,较难较难,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 小方坯铸机事故冷却水的水量应能保证铸机的一定压力供水小方坯铸机事故冷却水的水量应能保证铸机的一定压力供水15min 15min 15min以上。
以上。
以上。
( ) 答案答案: : √5、(高级工高级工,,判断题判断题,,较易较易,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 对连铸钢水要求对连铸钢水要求Mn/Si Mn/Si Mn/Si≤≤3为好。
为好。
( ) ( ) 答案答案: :×6、(高级工高级工,,判断题判断题,,较易较易,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 二冷采用的压力喷嘴与气水喷嘴相比，具有冷却均匀、冷却效率高的优点。
二冷采用的压力喷嘴与气水喷嘴相比，具有冷却均匀、冷却效率高的优点。
( ) 答案答案: : ×7、(高级工高级工,,判断题判断题,,较易较易,,基础知识基础知识,,核心要素核心要素) ) 试题试题: : 结晶器，又称为连铸机的一冷系统。
结晶器热行为
结晶器热行为
结晶器热行为是指结晶器在生产过程中，其温度、热量传递和热平衡等方面的表现。
在连铸生产过程中，结晶器是关键的设备之一，其热行为对铸坯的质量和生产效率有着重要的影响。
结晶器的热行为受到多种因素的影响，包括钢水的温度、结晶器的材质和结构、冷却水的流量和温度等。
首先，钢水的温度是影响结晶器热行为的重要因素。
高温钢水通过结晶器壁传热，使结晶器壁温度升高。
如果结晶器壁温度过高，会导致钢水在结晶器内形成过厚的凝固层，影响铸坯的质量。
因此，需要控制结晶器壁的温度，确保钢水在结晶器内能够形成均匀的凝固层。
其次，结晶器的材质和结构也会影响其热行为。
不同的材质具有不同的导热性能，而结晶器的结构也会影响热量传递的效率。
因此，需要根据具体的生产条件和要求选择合适的材质和结构。
最后，冷却水是影响结晶器热行为的重要因素之一。
冷却水通过结晶器壁将热量带走，降低结晶器壁的温度。
如果冷却水流量不足或温度过高，会导致结晶器壁温度升高，影响铸坯的质量。
因此，需要控制冷却水的流量和温度，确保结晶器壁温度在合理的范围内。
综上所述，结晶器的热行为是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
为了确保铸坯的质量和生产效率，需要综合考虑各种因素，对结晶器的热行为进行控制和管理。
连铸圆坯结晶器
连铸机结晶器总成1、结晶器总成组合式结晶器由结晶器本体、支撑框架以及足锟等部件组成。
结晶器本体由4块铜板及支撑板组合而成，用螺栓连接为一体；支撑框架带有定位、固定装置和冷却水通道；足锟包括支架、锟子、轴承、水管和喷嘴等。
组合式结晶器可以配置液位检测装置、外置式电磁搅拌装置。
2、结晶器结构特点A、结晶器本体两块弧面铜板和两块侧面铜板组合成结晶器内腔，铜板上加工有若干冷却水槽（即水缝），用螺钉将铜板与支承板（也称为背板）连接。
支承板上设有冷却水通道，冷却水从振动台上的供水孔进入支撑框架再进入支承板，再通过支撑框架流回到振动台上的回水孔。
设计时，需要根据冷却水压强核算螺钉连接的受力及强度，并调整连接螺钉数量，直至满足要求。
一般情况下，两排螺钉之间布置5~6条水缝。
结晶器内腔角部的倒角一般采用早弧面和侧面铜板的结合部位垫有带45°斜面的铜质垫板形成；也有直接在侧面铜板上加工出倒斜角斜面的。
铜板厚度一般为45~50mm，主要取决于水缝深度和再加工要求。
可采用的材质有Cu—Ag和Cu—Cr—Zr。
如果连铸机拉速不高，相应铜板热面温度不超过250℃,可以采用Cu—Ag。
随着连铸技术发展和操作水平提高，连铸机拉速也相应提高，结晶器铜板有必要采用Cu—Cr—Zr合金，可以满足热面温度为350℃甚至更高的工况。
目前，国内方坯结晶器铜板次用Cu—Ag和Cu—Cr—Zr的都有，采用Cu—Cr—Zr的日趋增多。
为了提高结晶器使用寿命，铜板都会经过表面处理，即镀层。
典型的镀层材料有Cr、Ni、Ni—Fe、Ni—Co、Co—Ni。
Cr的硬度高，督促呢个化学稳定性好，但Cr与Cu的线膨胀系数差距较大，镀层结合力差，镀层易剥落。
Ni与Cu的结合力好，但其镀层硬度相对较低，高温耐磨性差。
现已很少采用单独镀Cr或Ni得铜板。
Ni—Fe、Ni—Co、Co—Ni都有硬度高、耐磨性好的特点，其中Ni—Fe的化学稳定性较差，其镀层韧性随着硬度增加会降低；Ni—Co的抗热交变性稍差；Co—Ni的材料成本较高。
冶金特有连铸工高级工考试题库(附答案)
答案：√20.>小方坯铸机事故冷却水的水量应能保证铸机的一定压力供水15min以上。
( )答案：√21.>温坯清理的概念是清理时铸坯的温度大于50℃。
( )答案：×22.>为提高拉速及铸坯质量，连铸钢水过热度以偏低为好。
( )答案：√23.>为防止液压串油，连铸机液压油温越低越好。
( )答案：×为发挥冶炼设备的能力，保证连铸与炼钢匹配，连铸的能力应大于炼钢的能力10%～20%。
( ) 为保证轧材内部组织致密，具有良好的机械性能，不同产品要求不同的压缩比。
( )碳素结构钢按技术条件所分的A级钢是指保证化学成份但不保证机械性能的钢。
( )为保证结晶器的传热效果，其水缝中冷却水的流速应保持在3～5m/s为宜。
( )所有的钢种都可以采取连铸浇注。
( )所谓固相矫直是指铸坯进入矫直区业已全部凝固时进行的矫直。
( )适当降低过热度的浇注温度，可缩小铸坯中的柱状晶区，扩大等轴晶区。
( )事故冷却水的水量应不小于正常水量的1/5。
( )事故冷却水的冷却部位有结晶器冷却水和机械闭路水。
( )全面质量管理是一种全员共同参与、全过程控制的质量管理方法。
( )轻压下技术可以减少铸坯纵裂。
( )全面质量管理的五大要素是人、机、料、法、环。
( )普碳钢按技术条件所分的甲类钢是指保证化学成份，但不保证机械性能的钢。
( )内混式切割枪比外混式切割枪不易产生回火。
( )硫在钢中与锰形成MnS有利于切削加工。
( )菱变是方坯所特有形状缺陷。
( )连铸用的PLC及仪表必须使用稳压装置。
( )连铸坯鼓肚是造成铸坯严重中心偏析的重要原因。
( )42.>连铸坯硫印检验是利用放大镜观察铸坯中心硫偏析痕迹的方法。
( )答案：×43.>连铸坯低倍组织由表面细小等轴晶.柱状晶和中心粗大的等轴晶组成。
( )答案：√44.>连铸坯的柱状晶越发达，质量就越好。
CSP的设备特点和工艺特点
+\SxV**/‘T-* 什么是CSP连铸最佳答案就是薄板坯连铸连轧工艺。
优点：生产节奏快，产量高缺点：轧制压缩比小针对铸机自动化程度高、拉速快、漏钢率高等操作难点2 CSP生产线的特点(1)CSP生产线是世界上先进的工艺流程，装备水平高，采用全过程无氧化浇注，结晶器液面自动控制，液压振动结晶器，二冷自动配水，高压水除磷，辊缝调节，全活套张力控制，弯辊控制，凸度控制，板形控制二组计算机等先进技术。
(2)CSP生产线实施全过程自动化控制，自动化水平高。
(3)劳动生产率高。
CSP生产线国际先进水平人均年产值约600万元人民币、人均产钢2500t/a，单位产品工资成本不到0.5％，而其它工艺生产线一般为13％～20％。
(4)投资低。
与传统的热连轧机相比，CSP生产线投资降低约40％。
(5)能耗低。
CSP生产线省掉初轧工序，利用连铸坯的余热，直接热送热装至均（加）热炉及连轧机组轧制，大幅度降低生产能耗，仅为传统热连轧机的1/2左右，直接节能1931.8MJ/t，间接节能4244.2MJ/t。
(6)生产成本低。
CSP的生产成本约为常规轧机的78％。
(7)工序少。
省去大量中间环节，从原料到成品所需生产时间短，约为2h，常规生产工艺流程约为28h；用户从产品订货到交货，最短时间仅用3天，而传统工艺需时为10～15天。
(8)占地面积少。
CSP生产工艺线流程短，布局紧凑，比传统生产工艺占地面积少。
(9)污染少。
(10)成材率比常规轧机高1.8％。
(11)维修费用约为常规轧机的39%。
1结晶器的种类及主要特点薄板坯和中薄板坯连铸设备的核心是结晶器。
设计要求结晶器弯月面区域必须有足够的空间，以插入浸入式水口，且满足水口壁与结晶器壁之间无凝固桥形成，钢液温度分布均匀，有利于保护渣熔化；弯月面区钢液流动平稳，防止过大紊流而卷渣；结晶器几何形状应满足拉坯时坯壳承受的应力最小。
CSP工艺设备技术特点及采用的新技术1 CSP连铸工艺设备技术特点及采用的新技术1）连铸部分工艺介绍连铸部分工艺如图2所示。
结晶器种类及主要特点
结晶器种类及主要特点2010-9-27 9:09:27薄板坯和中薄板坯连铸技术的核心是结晶器。
对于结晶器的研究主要有以下种类：1、漏斗形结晶器1）几何形状德马克公司ISP工艺的第一代立弯式结晶器，上部是垂直段，下部是弧形段，侧板可调，上口断面是矩形，尺寸为（60-80）mm×（650-1330）mm。
意大利阿维迪厂采用了该工艺，并略作修改，上口断面形状，由原平行板形改为小漏斗形。
西马克公司CSP工艺所用的漏斗形结晶器，上口宽边两侧均有平行段，再与圆弧段相连接，上口断面较大。
这个漏斗形状在结晶器内保持到长700mm，结晶器出口处铸坯厚度为50-70mm。
2）主要特点漏斗形结晶器打破了传统板坯连铸结晶器在任意横截面均相同的限制，其结晶器腔内凝固壳的形状及大小按非矩形截面逐步缩小的规律变化。
但是，钢液在这种结晶器内凝固时要产生变形，特别是拉坯过程中机械变形产生的应力可能导致固液界面裂纹发生，并最终影响热轧带卷的质量。
因此，漏斗形结晶器的理想形状是尽量减小坯壳间两相区的弯曲变形率，使坯壳在固液变形率小于发生裂纹的临界应变率。
2、H2结晶器1）几何形状意大利达涅利公司FISC工艺是其代表FISC工艺优点是内部容积达，通过的钢液流量大，且有更好的钢液自然减速效应。
该结晶器长度为1200mm，宽度为1220-1620mm，厚度为50、60、65、70mm。
2）主要特点该结晶器鼓肚形状由上至下贯穿整个铜板，并一直延续到扇形I段的中部。
结晶器出口处为将铸坯鼓肚形状矫平而特别设计了一组带孔型的辊子，对铸坯鼓肚进行矫平的设备长度比仅用连铸机结晶器时长两倍，即与仅用结晶器来矫平坯壳的鼓肚相比，坯壳上所受应力大大降低。
并且H2结晶器内部体积增大，可以盛装更多的钢液。
同时，结晶器上部尺寸加大，可使水口形状设计更合理，保证结晶器内液面稳定，提高保护渣的润滑效果，改善热交换条件，提高拉速，减少裂纹倾向。
3、平行板形直结晶器1）几何形状奥钢联公司CONROLL工艺是其代表。
北京科技大学蔡开科讲座资料 连铸坯(圆坯)质量控制
同样条件下，圆坯热流比方坯高20~25%
h
20
Φ178mm圆坯结晶器热流分布
h
21
由热流分布图可知：
• 弯月面下50mm热流很低
• 弯月面下70~110mm热流升高达到 2~4MW/m2
– 钢水在结晶器形成初生坯壳 – 在二冷区接受喷水冷却，使坯壳稳定生长 – 液相穴末端的凝固坯壳加速生长
h
15
由凝固定律求得K值分别是（mm/min1/2）： Ⅰ:20,Ⅱ:25,Ⅲ:27～30
h
16
由于铸坯分阶段凝固，故可以在结晶器、 二冷区和凝固末端采用不同的技术措施来 改善铸坯质量。如电磁搅拌（EMS）可以 安在结晶器、二冷区和凝固末端的不同区 域，以获得不同的冶金效果。
MI 尾坯/正常坯
47/24.6(ppm) 9.74/8.2(个
/mm2) 8.2/8.28(个 /mm2)
h
38
• 由以上三个表可以看出：头坯、连浇坯、 尾坯中的T[O]、[N]、大型夹杂、微观夹杂 都明显高于正常坯。因此，提高非稳态浇 注时铸坯的洁净度水平达到稳态浇注水平 ，对于提高整体铸坯质量的水平，保持产 品质量的稳定性是非常重要的。
热应力应变
铸坯的洁净度 夹杂物的上浮
•铸坯表面缺陷 表面纵裂纹 表面横裂纹 表面夹渣 皮下气泡 角部裂纹
•铸坯内部缺陷 偏析 铸坯内裂纹 疏松
机械应力应变
•铸坯形状缺陷 聚变 鼓肚
连铸质量控制方 法
传输现象与应力应变行h 为对铸坯质量的影响
6
2.连铸坯（圆坯）凝固的基本特点
连铸新技术
动形式已难以奏效, 而非正弦振动就显示出了优势。非正弦振
动的最大特点是上升速度小, 而移动时间长, 下降速度大而移动 时间短。
( 4) 结晶器保护渣技术 高效连铸结晶器保护渣应具有低粘度、低结晶温度、 低软化及熔融温度, 合适的碱度及较快的熔化速度。日本 学者提出, 不宜经常加CaF2 和Na2O 等助熔剂来降低其粘
络布置, 根据各个热电偶测得的温度变化进行预报, 拉漏率
在0.4%以下。
( 7) 异钢种接浇技术。在结晶器内插金属连接件并放入隔层 材料, 防止钢液成分混合。缩短连铸辅助作业时间, 提高金 属收得率。
(8) 钢包、中间包和浇注水口的快速更换技术, 各国尤其对快 速更换中间包浸入式水口已获成功, 更换时间1~2 min, 最 快的仅使钢流断流3 s。 (9) 中间包热态循环使用技术, 日本达450 次。
(3) 结晶器坯壳生长的均匀性 结晶器内初生坯壳不均匀, 会导致铸坯表面纵裂或凹陷, 严 重时会造成拉漏。坯壳生长的均匀性决定于钢的化学成分。 合适的结晶器设计、结晶器锥度、保护渣及液面稳定性。 (4) 结晶器内钢液流动控制钢水在结晶器内运动决定于浸入式 水口倾角大小和插入深度。根据模型试验, 认为板坯结晶器
(3) 中间包覆盖渣 常用的覆盖剂有: 碳化稻壳, 中性渣(CaO/SiO2= 0.91.0) 可形成液态渣但不保温。碱性渣(CaO+MgO/ SiO2≥3) 易结壳。根据需要, 也可采用碳化稻壳+性渣或碱性渣。
注意随着SiO2 含量的增加, 钢水T[O]会增加。
(4) 防止下渣和卷渣在长水口装设下渣探测器, 发现下渣及时 关闭; 在中包内砌挡渣墙及采用H 型中包等。 (5) 结晶器钢水流动控制技术, 如在板坯结晶器中采用电磁制 动( EMBr) 技术及电磁流动( FC) 结晶器。
结晶器保护渣的性能和特性汇总
结晶器保护渣的性能和特性1•简介在连铸生产中结晶器保护渣起着主要作用。
保护渣从结晶器顶部加入，向下移动逐步形成烧结层，熔融层和液渣层（见图l）o液渣渗入结晶器涮板M止之间,润滑坯壳。
但是，大部分的液渣进入铜板与坯壳之间后,遇水冷结晶器铜板凝结并形成玻璃状的固态渣膜（大约2毫米厚）。
薄液渣膜（大约0.1毫米厚）与坯壳一起移动并为其提供液态润滑。
同时，玻璃渣也可部分结晶。
一般认为固渣膜附在结晶器壁上，或者如果移动，一定比坯壳的速度慢得多。
结晶器振动防止坯壳粘结在结晶器上。
同渣膜的厚度和特性决定水平热传递。
总之，液渣股控制润滑，固渣膜控制水平热传递。
图1：结晶器内形成的各种渣层--股认为液渣层”度应超过振幅,才能保证保护渣渗透良好（如坯壳的润滑），一般建议采用厚度＞10毫米。
液二強影响渗入结晶器铜板与坯壳之1卞•的液渣量和从钢水进到液渣中的夹杂物数量。
连铸生产中保护渣有下列功能：1)防止弯厂面钢水被氧化2)保温，防止弯月面钢水表面凝结3)提供液渣润滑坯壳4)对浇铸钢种提供最佳水平热传递5)吸附钢水中的夹杂物所有上述功能都很重要，但在日常生产中最重要的润滑和水平热传递。
影响保护渣性能的基本因素如下：・浇铸条件（拉速，V c,振动特性）・钢种和结晶器尺寸・结晶器液位控制（可导致損爪等）・钢流，其紊动可导致多种问题，如气泡和夹渣山此可见，要有效执行上述工作需要优化保护渣的物理性能。
结晶器保护渣的构成如下：70% （CaO+SiO：）, 0-6%Mg0, 2-6%Al20s, 2-10%Na：0（+K：0）, 0-10%F 带有其他添加物，如Ti02, ZrO：, B203, Li=0和MnO。
碱度（%CaO/%SiO2）范围为0. 7-1. 3。
碳以焦碳,碳黑和石墨方式加入（2-20%）, 1）可控制保护淹的熔化速度,2）可在结晶器上部形成CO （g）,防止钢水氧化。
碳以固定碳方式存在］保护渣中,因而可防止保护渣结块,直到最后氧化掉。
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电磁制动对CSP结晶器内坯壳冲击和弯月面温度的影响徐愧儒 刘光穆 孟征兵 尹延波(湖南华菱涟源钢铁有限公司,娄底417009)
摘 要 通过电磁制动数值模拟,提出了钢水对(900～1600)mm×(50～70)mm结晶器内壁或铸坯初凝壳冲击和冲刷作用的半定量分析方法。数值模拟结果表明,电磁制动使钢水注流对结晶器窄边的冲击位置上升40%,上升流的冲刷强度下降了86%,下降流的冲刷强度下降了10%,这有利于避免发生铸坯初凝壳被钢水热流重熔等现象,从而减少铸坯横裂等凝固缺陷;现场对比试验结果表明,使用电磁制动使CSP(紧凑式热带生产)结晶器内弯月面钢液温度上升518℃,有利于结晶器内钢水表面的化渣。关键词 CSP工艺 电磁制动 坯壳 弯月面温度
InfluenceofElectromagneticBrakeonImpacttoSolidifiedShellandTemperatureatMeniscusinCSPMould
XuKuiru,LiuGuangmu,MengZhengbingandYinYanbo(HunanHualingLianyuanIronandSteelCorp,Loudi417009)
Abstract Withelectromagneticbrake(EMBr)numericalsimulation,thesemi2quantitativemethodtoanalyzetheim2pactofmoltensteeltoinnerwallandinitialsolidifiedshellin(900～1600)mm×(50～70)mmmouldhasbeenpresent2
ed.ThenumericalsimulationresultsshowedthatwithEMBrtheimpactpointofsteelflowinmouldatnarrowfacewentupby40%,andtheimpactintensityofup2flowanddown2flowdecreasedby86%and10%respectively,itwasavailabletoavoidthesolidifiedshellre2meltingsoastoreducethesolidificationdefectsuchastransversecrack.Thecommercialtestre2sultsshowedthatwithEMBrthetemperatureofmoltensteelatmeniscusinCSP(CompactStripProduction)mouldincreasedby518℃,itwasfavourabletofluxatsurfaceofmoltensteel.MaterialIndex CSPProcess,ElectromagneticBrake,SolidifiedShell,TemperatureatMeniscus
CSP(CompactStripProduction)即紧凑式热带工艺是由施勒曼2西马克公司开发的一种薄板坯连铸连轧工艺。自1986年西马克公司与美国纽柯钢铁公司签订CSP薄板坯连铸连轧技术的工艺化合同,1989年7月世界第1条生产热轧板卷的CSP生产线诞生以来[1],其推广应用的速度很快,据统计1999年全世界CSP生产线占薄板坯连铸连轧生产线的70%,占世界钢产总量的5%,预计2013年将上升到50%,而美国CSP热轧板在2004年就达到其国内钢产总量的50%[2]。早在20世纪50年代,就有人在结晶器上实验电磁制动技术[3]。1982年,由瑞典ASEA公司与日本川崎公司联合开发了连铸结晶器电磁制动技术(ElectromagneticBrake,简称EMBr),并在川崎公司的水岛钢厂进行实机应用试验,冶金效果良好[4]。之后电磁制动技术不断进步,随后开发了条尺形电磁制动EMBr2MR(也称电磁闸)技术,这种电磁制动装置于1991年安装在法国索拉克公司敦刻尔克厂,后来荷兰艾莫尹登的霍戈文公司也装了这种设备[5]。据不完全统计,至1996年在世界范围内已有近30套各种类型的电磁制动装置用于板坯和薄板坯连铸[6]。湖南华菱涟钢CSP连铸机(表1)于2004年9
月安装调试了EMBr,2004年10月正式投入使用。它采用ABB公司的第2代产品———窗口式尺形电磁制动,在水口下整个宽面上都有磁场。电磁制动线圈由2个线圈绕组构成,它连同铁心和磁轭组成一磁路,这些磁轭围绕结晶器和2个铁心相连,此线圈绕组按电力学方式顺序相连,在结晶器内不吹氩。本实验采用数值模拟和现场试验来研究电磁制动对CSP结晶器内坯壳冲击和弯月面温度的影响。
1 EMBr对凝固初始坯壳冲击的影响湖南华菱涟钢CSP连铸结晶器为直立型,长度为1100mm,宽度为900～1600mm,出口厚度
・11・第27卷第1期特殊钢 Vol.27.No.1 2006年1月SPECIALSTEELJanuary 2006
表1 CSP连铸机主要技术参数Table1 MaintechnologyparametersofCSPconcaster项目参数中间包额定容量/t30铸坯断面/mm厚50～70,宽900～1600弧形半径/m3.25流数1流(2台铸机)流间距/mm26000铸(拉)坯速度/m・min-12.8～6.0铸坯定尺长度10m(最短)～269m(max,半无头轧制)冶金长度/m9.705(导向段)矫直方式连续二次冷却方式水冷电磁制动EMBr有电磁搅拌无铸流保护有连铸机平均作业率/%80连铸机连浇铸炉数/炉平均16.45,最大28浇铸时间/h平均7.77年生产能力/万t260钢水来源100t顶底复吹转炉2100tLF或RH钢包容量(一次处理钢水量)/t100为50～70mm。在结晶器上段850mm深度以内为漏斗型腔,以安置双注流水口,该漏斗宽度为880mm,厚度为180mm。在结晶器479mm深度范围内装有电磁制动线圈和磁轭系统(该位置为电磁制动系统的中心位置)。沿结晶器中面上的磁感应强度分布如图1所示,数值模拟的基本参数如表2所示[7]。1.1 钢水注流对铸坯凝固初始坯壳冲击的强度模型对结晶器壁面受到钢水的冲击问题,本文提出钢水注流对结晶器窄边内壁或铸坯凝固初始坯图1 结晶器中面上的磁感应强度分布曲线Fig.1 Distributioncurveofmagneticfluxdensityatcentersectioninmould表2 电磁制动数值模拟主要参数Table2 Mainparametersofelectromagneticbrake(EM2Br)fornumericalsimulation
项目参数结晶器和计算区域/mm1500(宽)×70(厚)×2000(长)水口端面尺寸/mm×mm160×40
水口插入深度/mm150
钢水浇铸流量/t・min
-13.4(拉速VC=4.5m/min)
氩气注入流量/m3・s
-10
钢水密度/kg・m
-37000
钢水粘度/m2・s
-11.78×10-3
浇铸温度/℃1550
钢水的电导率/Ω-1・m
-11.7×106
电磁制动中心处磁感应强度/T0.2(电源输出电流238A
)
电磁制动磁轭的中心位置/mm479(自结晶器顶端向下)电磁制动磁轭处结晶器壁厚/mm50
壳的冲击强度,由钢水在固体壁面处水平流速的梯度来表示。在固体壁面处,钢水的水平流速V
x
=0(这表示钢水不会渗入固体壁面),若在沿固体
壁面内法线方向取一段距离Δx,则该处钢水的水平流速Vx≠0,显然钢水由此处(Δx)冲击到结晶器内壁或铸坯初始凝壳时,其水平流速降低到零。根据动量原理,钢水冲击固体壁面动量的损失将转化为固体壁面所受到钢水的冲量,即:
ρΩVx=Fx・Δt(1)
式中:Ω2钢水的体积;ρ2流体密度;t2时间;F
x
2钢水
对壁面的冲击力。于是可用钢水冲击壁面时动量消耗来计算钢水对壁面的冲击力Fx。固体壁面附近钢水的水平流量Qx=Ω/Δt,而Qx=Ω/Δt=Vx・S,故
F
x/S=ρV2x
(2)
式中S为固体壁面面积。该式为固体壁面在受到钢水冲击时,单位面积上所形成的冲击力。若再考虑固体壁面所受到的热冲击,则只要将钢水在壁面处的温度变化转换成钢水的热能损失W(该热能降就是钢水对壁面的热冲击):
W=ρCp(Tm-Tw)Vsteel=ρCp(Tm-Tw)V2x+V2z
(3)
式中:Cp2热容;Vsteel、T
m
2分别为固体壁面处钢水
的流速和温度;T
w
2固体壁面的温度,它对结晶器
内表面即为结晶器温度,对铸坯初凝壳则为钢水凝固温度;V
z
2Z轴方向上钢水的流速。
实际上,在式(2)中未考虑钢水流动受到电磁制动时钢水所克服的电磁制动力。因此,对于电
・21・特殊钢第27卷磁制动条件下,上述关系应修正为:
(Fx+Fx,em)/S=ρV
2
x(4)
即钢水流团动量的改变等于该时间内钢水所受到的电磁制动力与壁面冲击反力之和。这里,
Fx,em
为钢水流团所受的电磁制动力,与流速反
向。由式(3)和(4)可知,
Fx,em=σV×B×B・Ω=σVxB2yΩ=σVxB2y・S・Δ
x
(5)
式中σ、B、By分别为导电率、总磁感应强度和Y
轴方向上的磁感应强度。于是,在电磁制动下,结晶器窄面所受到的钢水冲击强度修正为:
Fx/S=ρV2x-ρVxB2y・Δ
x(6)
显然,在式(2)和(6)中,均含有(或隐含)长度变量Δx,在数值模拟中,所取计算网格的大小不同,会对计算结果有一定影响。因此,本文提出的冲击强度分布模型更主要的是分析结晶器壁面所受到的冲击峰值区域的位置和范围,对冲击强度值更多的是对比不同位置或工艺条件下的相对结果。这是一种半定量分析方法。同样,钢水对结晶器窄边和铸坯初凝壳表面的冲刷问题,本文也给出一种半定量分析方法,用结晶器内壁附近或铸坯初凝壳前沿Δx处钢水纵向流速的绝对值来表示,该流速的绝对值越大,则钢水对固体壁面的冲刷越强。对钢水等牛顿流体来说,钢水对固体壁面的冲刷力τ即为其作用在固体壁面上的摩擦力:
τ=μΔV
z
Δx
(7)
式中μ为摩擦系数。这样,若Δx足够小,由上式可用来表示钢水对固体壁面的冲刷强度。该式仍然与数值模拟中所取计算网格的大小有关,
Δx值会对计算结果有一定影响。因此上式主要
分析的是结晶器壁面所受到冲刷峰值区域的位置和范围,或是对比不同位置及不同工艺条件下结晶器受到钢水冲刷的相对强度。1.2 结晶器内壁或凝固初始凝壳受钢水注流冲击的比较图2(a)是钢水注流对结晶器内壁或铸坯初凝壳冲击强度的分布图。该冲击强度的定义是本研究理论解析的结果,它在一定程度上能定量反映钢水注流对结晶器或铸坯初凝壳的冲击作用。图中为注流钢水在结晶器窄面或铸坯初凝壳处的动量变化率(每单位时间内的动量变化量)。在无电磁制动时,其最大值为50N/m