二冷電磁攪拌工藝優(yōu)化

王向松  高新軍

（安陽鋼鐵股份有公司，河南安陽 455004）

摘要：為解決鑄坯中心偏析、疏松以及中間裂紋等缺陷，引進(jìn)開發(fā)了二冷區(qū)電磁攪拌工藝，通過理論數(shù)據(jù)計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場冷卻工藝參數(shù)，確定了攪拌輥安裝位置。后期使用過程，根據(jù)不同鋼種特性，進(jìn)行多組參數(shù)試驗(yàn)，分析其對(duì)鑄坯等軸晶率的影響，確定中碳鋼、低碳鋼等系列鋼種攪拌參數(shù)，達(dá)到熱連軋、中厚板產(chǎn)線對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的軋制要求。

關(guān)鍵字：中心偏析中間裂紋二冷電磁攪拌等軸晶率 P

 Technology Optimization of Electromagnetic Stirring In Secondary Cooling Zone

WANG xiang-song，YUAN shi-tang， GAO xin-jun

（Anyang Iron & Steel Co. Anyang 455004，China）

Abstract：To solve the casting defects such as center segregation among loose and crack, introduced the development of the secondary cooling zone electromagnetic stirring process, through the theoretical data calculation, and combined with field cooling process parameters, determine the mixing roller is installed later use process, based on the characteristics of different steel grade for multiple sets of test parameters, analyze its influence on slab equiaxial crystal, mild steel medium carbon steel, etc. Series of steel mixing parameters, to achieve continuous medium plate production line of the internal quality of slab rolling requirement

Key words: the center segregation,the intermediate crack,electromagnetic stirring in secondary cooling zone,the ratio of equiaxed crystals

0前言

安鋼第二煉軋廠3#雙流板坯連鑄機(jī)，厚度230mm，由于爐機(jī)不匹配引起的拉速波動(dòng)較大，且扇形段采用固定輥縫，鑄坯中心偏析、疏松較為嚴(yán)重，為中厚板線供應(yīng)坯料時(shí)中心缺陷問題影響更甚。

雖然做了大量的工藝優(yōu)化，采取低過熱度澆注，二次冷卻工藝優(yōu)化，輥縫收縮優(yōu)化等措施，但低倍質(zhì)量仍無法滿足部分品種鋼生產(chǎn)要求。根據(jù)多方交流、考察，引進(jìn)開發(fā)二冷電磁攪拌工藝。期望通過優(yōu)化電磁攪拌的各項(xiàng)工藝參數(shù)以達(dá)到最佳的冶金效果，以期改善中心偏析、疏松等缺陷。

1工藝流程及電磁攪拌設(shè)備參數(shù)

工藝流程：

鐵水預(yù)處理——150 t轉(zhuǎn)爐冶煉——LF爐——（RH/VD）——雙流板坯——1780 mm熱連軋/中厚板軋機(jī)

電磁攪拌輥主要參數(shù)：

表1 電磁攪拌輥主要參數(shù)

2電磁攪拌器原理分析

對(duì)電磁推力影響最大的是電磁攪拌器的表面磁場（Bo），而Bo是與電磁攪拌器的線圈匝數(shù)（N·I）成正比的。由于受安裝空間的限制同時(shí)也為了降低電磁功率，線圈匝數(shù)(N)控制在一定數(shù)目，因此，最大限度的提高電流強(qiáng)度（I）為提高電磁推力的最有效途徑。通常的原則：平衡考慮設(shè)備成本，適當(dāng)增加電流強(qiáng)度,以期用最小的電磁功率達(dá)到最大的電磁推力。

增加頻率（f）可增加電磁推力，但另一方面，增加頻率會(huì)引起磁場衰減系數(shù)（1/ks）變大，從而又減小電磁推力，因此電磁推力隨頻率的變化不是單調(diào)的，而是有一個(gè)最大值。同時(shí)頻率的增加，還會(huì)引起感應(yīng)電壓的增加，從而引起電磁功率的增加，其變化不是簡單的線性關(guān)系。要精確定位非常困難，但通過理論分析及實(shí)際測試進(jìn)行可以確定相近參數(shù)，原則是：在同等電磁功率下，盡可能達(dá)到最大的電磁推力^[1]。

從力學(xué)原理上來講，電磁攪拌的過程，實(shí)質(zhì)上就是電磁力克服鋼水粘性力從而使鋼液產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的一種過程，不同鋼種，其粘性系數(shù)相差很大，因此所需電磁推力也是不同的，對(duì)碳結(jié)構(gòu)鋼而言，主要取決于含C量，含C量越高所需電磁推力就越大，不銹鋼所需電磁推力比碳鋼要大1倍以上。

合金元素的加入改變了凝固組織結(jié)構(gòu)，不同化學(xué)成份的鋼水，其柱狀晶發(fā)展程度也不一樣，一般來講合金元素的成份越多，其柱狀晶就越發(fā)達(dá)，所需電磁力也越大。

3電磁攪拌輥安裝位置

根據(jù)電磁攪拌原理，二冷區(qū)電磁攪拌要達(dá)到良好的效果，鑄坯經(jīng)過攪拌段必須有一定的液芯厚度，在電磁推力作用下攪動(dòng)鋼水、打碎枝晶，鋼液進(jìn)行二次結(jié)晶，從而獲得高的等軸晶率。等軸晶率的提高，增加晶界結(jié)合的強(qiáng)度，有利于改善內(nèi)裂、中心縮孔和疏松及中心偏析等。

根據(jù)相關(guān)資料介紹，二冷電磁攪拌位置需要鑄坯液芯厚度45%-60%。根據(jù)鑄坯固相率配合鑄機(jī)輥縫收縮較大位置確定最優(yōu)拉速調(diào)控，由凝固原理：E=Kt^1/2=K（H/v）^1/2，則有v=H/(E/K)²

其中 K——凝固系數(shù)；

V——拉速，m/min；

H——結(jié)晶器彎月面到鑄坯一定凝固率的距離，m。^[2]

3#機(jī)拉速常規(guī)拉速0.85-0.90m/min，鑄機(jī)凝固系數(shù)K為24mm/min^1/2,測算不同典型拉速、液芯率下鑄坯距離結(jié)晶器液面的位置，如表2所示。

表2 不同拉速下特定液芯率對(duì)應(yīng)的距結(jié)晶器液面的距離（m）

根據(jù)表2計(jì)算，結(jié)合3#鑄機(jī)扇形段裝配、維修情況，將電磁攪拌輥安裝在1段進(jìn)出口位置，與結(jié)晶器液面的距離分別為4.347823和5.983823m。利用凝固速率進(jìn)行反推計(jì)算，得出典型拉速下一段進(jìn)出口出鑄坯液芯率如表3所示，表明電磁攪拌輥安裝在一段滿足其工作要求^[3]。

表3 不同拉速下一段進(jìn)出口處鑄坯液芯率（%）

4電磁攪拌工藝優(yōu)化

4.1汽車大梁鋼電磁攪拌參數(shù)優(yōu)化

3#機(jī)生產(chǎn)AG700L，成分如表7所示，液相線溫度1521℃，結(jié)晶器寬面水量3600L/min；窄面水量：500L/min，斷面1510mm，二冷水表采用7#水表，拉速1.0m/min，比水量0.38L/kg，澆注過程電磁攪拌參數(shù)如下設(shè)置：

表4 汽車大梁鋼AG700L成分控制

表5  AG700L鋼電攪試驗(yàn)參數(shù)

表6  AG700L低倍評(píng)級(jí)

試驗(yàn)分析:汽車用高強(qiáng)度鋼為低碳高猛、高鈦鋼，內(nèi)部質(zhì)量易于控制。通過本次電攪試驗(yàn)，三組參數(shù)下低倍效果均良好，特別是第三組方案，中心偏析、疏松非常良好，達(dá)到協(xié)議要求目標(biāo)值。

4.2低合金鋼Q345B電磁攪拌參數(shù)優(yōu)化

3#機(jī)生產(chǎn)Q345B，液相線溫度1512℃，結(jié)晶器寬面水量：3600L/min；窄面水量：500L/min，斷面1510mm，二冷水表采用4#水表，拉速0.95m/min，比水量0.84L/kg，澆注過程電磁攪拌參數(shù)如下設(shè)置（四流第一對(duì)電攪輥故障，無法使用）：

表7  低合金鋼Q345B成分控制

表8  Q345B^C電磁攪拌參數(shù)

表9  Q345B低倍評(píng)級(jí)

試驗(yàn)效果分析：通過對(duì)比低倍評(píng)級(jí)分析，電磁攪拌在熱連軋低合金鋼種上效果比較理想，中心偏析都控制在B0.5，特別是第一組方案效果更是理想，幾乎不見中心偏析，完全滿足協(xié)議要求值。

4.3高碳鋼27SiMn、45#鋼電磁攪拌參數(shù)優(yōu)化

3#機(jī)生產(chǎn)27SiMn，成分控制如表13所示，液相線溫度1499℃，結(jié)晶器寬面水量：3600L/min；窄面水量：500L/min，斷面1260mm，二冷水表采用4#水表，拉速0.9m/min，比水量1.04L/kg，澆注過程電磁攪拌參數(shù)如下設(shè)置：

表10  27SiMn成分控制

表11 27SiMn^A電攪試驗(yàn)參數(shù)

3#機(jī)生產(chǎn)45#鋼，成分控制如表15所示，液相線溫度1487℃，結(jié)晶器寬面水量：3600L/min；窄面水量：500L/min，斷面1260mm，二冷水表采用4#水表，拉速0.9m/min，比水量1.04L/kg，澆注過程電磁攪拌參數(shù)如下設(shè)置：

表12  45#鋼成分控制

表13  45#鋼電攪試驗(yàn)參數(shù)

表14  27SiMn、45#鋼低倍評(píng)級(jí)

試驗(yàn)分析: 27SiMn使用電磁攪拌得到較好的內(nèi)部質(zhì)量，無電磁攪拌無電磁攪拌生產(chǎn)的鑄坯中心偏析、疏松嚴(yán)重；通過45#試驗(yàn)得出高碳鋼電磁攪拌參數(shù)適當(dāng)提高，才能到達(dá)液芯，起到攪拌作用；在450、480電流，6、5HZ頻率下取得相對(duì)良好的低倍，達(dá)到協(xié)議驗(yàn)收目標(biāo)值。

4.4無取向硅鋼電磁攪拌參數(shù)優(yōu)化

3#機(jī)生產(chǎn)AGW600，成分如表4所示，液相線溫度1528℃，斷面1270mm，結(jié)晶器寬面水量：4450L/min，窄面水量：550L/min，二冷水表采用5#水表，拉速0.8m/min，比水量1.0L/kg，澆注過程電磁攪拌參數(shù)如表5所示：

表15  無取向硅鋼AGW600成分控制

表16  AGW60試驗(yàn)電教參數(shù)

表17 澆注過程中包溫度控制

通過對(duì)三組電磁攪拌方案低倍樣分析：第二組方案下兩流低倍等軸晶率效果澆第一、三組方案好，等軸晶區(qū)寬140mm，鑄坯厚226mm，等軸晶率達(dá)61.95%。

5結(jié)論

5.1鋼種碳含量是影響電磁攪拌參數(shù)的主要因素。碳含量越低，攪動(dòng)同樣同樣狀態(tài)下鋼液所需的功率越小，電流設(shè)置越小，同樣碳含量越高需要的電磁攪拌功率就越大。

5.2電磁攪拌參數(shù)設(shè)置合理情況下，能達(dá)到很好的鑄坯中心偏析、疏松控制效果，且碳含量越高電磁攪拌所取得效果越是明顯。

6 參考文獻(xiàn)

[1]羅建華 板坯二冷區(qū)電磁攪拌生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D],遼寧鞍山：遼寧科技大學(xué)，2008

[2]蔡開科等.連鑄坯質(zhì)量控制[M] 北京：冶金工業(yè)出版社，2010：312-316

[3]王向松，高新軍，郭永謙，等.低合金容器鋼板中心分層缺陷研究與控制[J]，特鋼技術(shù)，2017,91(2)：15-20