[发明专利]一种减缓结晶器液面波动的电磁控流方法

说明书

技术领域

本发明属于材料电磁加工成型领域，特别涉及一种用于减缓连铸结晶器液面波动的电磁控流方法。

背景技术

结晶器的作用是承接中间包流出的钢液注流，结晶器内钢液的流场不仅对结晶器内钢-渣界面行为产生重要影响，而且对其内的凝固传热影响很大，凝固前沿不断受到钢液流股程度不同的冲刷，因而结晶器内的钢液流动状态的好坏直接影响着铸坯的表面质量与内部质量。

受浸入式水口倾角的影响，从水口流出的钢液流股分成向上流股（流向结晶器上部）和向下流股（流向结晶器下部）。向上流股会影响钢液-渣界面波动，适当的流动有助于钢液中夹杂物的去除，但如果钢液-渣界面波动剧烈，会产生卷渣，严重时会影响铸坯质量，甚至造成产品报废；当浸入式水口流出的钢水流到达窄边后向下的分流过强时，会造成结晶器钢水表面供热不足，保护渣熔融不良，由于流动性不好，部分保护渣会被钢水由内向外包裹在铸坯皮下，造成夹渣缺陷。同时向下流股会影响铸坯初期凝固坯壳的厚度与均匀性，对夹杂物的去除和铸坯凝固组织产生重要影响。

结晶器内钢水的流动与拉速、浇铸宽度、浸入式水口结构尺寸和水口浸入深度等许多参数有关，如何采取对策控制钢水流动以减少夹渣已成为当前连铸领域科研的热点。电磁控流，包括搅拌磁场和制动磁场，已经被广泛研究了，这体现在众多的专利（如公开号为CN1266759A，CN1638893A和CN101185957的发明专利等）、学术期刊和会议交流文件中。电磁制动技术，利用流动的金属熔体在磁场中受力的原理，抑制结晶器内钢水的流动，达到减缓液面波动的目的。但电磁制动设备造价昂贵，运行和维护费用也较高。电磁搅拌是无污染控制流体流动、改善铸锭组织的一种有效方法。

目前，用于结晶器的电磁搅拌，主要是为了加速钢水的周向运动，如果搅拌强度过高，会影响液面的波动；如果搅拌强度过低，则无法达到改善结晶器内部钢水传质传热的要求。因而电磁搅拌器一般安装在结晶器下部，以减少电磁搅拌对钢水液面波动的影响。改变浸入式水口的倾角，同样可以改善结晶器内钢水的流动。但对于不同的拉坯速度、钢水温度及成份等条件，水口的倾角需要不断变化调整，才能满足优化结晶器内钢水流动的条件。而新设计制造水口，同样增加了生产成本，并且在连续铸造过程中水口无法更换。

发明内容

本发明旨在提供一种简单易行，可以有效控制结晶器内钢水的液面波动，减少吸气和卷渣的可能性，从而提高铸坯质量的减缓结晶器液面波动的电磁控流方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

本发明减缓结晶器液面波动的电磁控流方法，从电磁流体力学出发，结合已经申请的有关螺旋磁场发生器的专利（申请号：201110160188.2），提出了一种简易的能够控制结晶器内钢水流动方式的电磁搅拌方法，在促进结晶器内钢水周向旋转搅拌的同时，可以对水口分流出的向上流股进行调控，进而有效控制结晶器内钢水的液面波动，减少液面吸气和卷渣的可能性。其具体方法为：

连铸过程中结晶器液面普遍存在着波动，当波动范围在±5mm时属于正常。在其它条件，如拉坯速度、水口角度等条件不能改变的条件下，当上环流流速过快时，液面波动范围会超过±5mm，此时可以在结晶器外放置螺旋电磁搅拌设备，利用其产生向下的螺旋力减缓上环流的流动速度，减少液面波动，降低卷渣的可能性。针对不同尺寸的方坯和圆坯，施加螺旋电磁搅拌的频率范围在1～12Hz，电磁搅拌电流根据搅拌器的结构，可以在200～600A。在实际应用中可以选定一个频率，然后逐渐增加螺旋电磁搅拌电流，直至液面波动保持在±5mm即可。与此同时，螺旋电磁搅拌推动钢液在横截面上产生流动，有助于促进钢水周向的传质、传热，进而形成厚度均匀的坯壳，减少铸坯表面缺陷。如果上环流的速度过缓，则不利于钢中气体和夹杂物的上浮与去除，此时可适当提高上环流的流速，但改变水口倾角等方式比较麻烦，不易立刻更换，因而，可以利用螺旋电磁搅拌，使其产生与上环流方向相同的垂直方向推动力。此时螺旋电磁搅拌的频率范围在1～12Hz，电磁搅拌电流根据需要可以在200～600A范围内调节。螺旋电磁搅拌力方向的改变，可以通过交换输入电流的两相即可实现，螺旋力的大小，可以通过线圈输入电流的大小来改变，可以根据现场的情况，时时改变电磁搅拌参数和功率，以调整结晶器内钢液的流动，抑制液面波动，减少卷渣可能性，促进夹杂物的上浮和去除。

本发明的有益效果为：