一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法与流程

本发明涉及电磁冶金，尤其涉及一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法。

背景技术：

1、连铸时结晶器的作用是承接中间包流出的钢液，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，而且对其铸坯的凝固传热影响很大。因凝固前沿不断受到钢液流股不同程度的冲刷，因此结晶器内钢液流动状态的好坏直接影响铸坯的表面质量与内部质量。

2、小铸坯连铸时直水口钢水的冲击深度直接影响夹杂物上浮，进而影响铸坯质量。结晶器内钢水的流动与拉速、铸坯尺寸、浸入式水口结构尺寸及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铸坯夹杂物已成为当前连铸领域的科研热点。

3、在连铸过程中采用电磁控流(包括电磁搅拌、电磁制动等)的技术目前应用较多，如公开号为cn1266759a的中国专利申请公开的一种“电磁搅拌式流动控制结晶器”、公开号为cn1638893a的中国专利申请公开的一种“结晶器内钢水的流动控制方法和流动控制装置以及连铸件的制造方法”，以及公开号为cn101185957a的中国专利申请公开的一种“连铸结晶器内钢流流场动态控制装置”等。其中，电磁制动是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，达到减缓钢流冲击、促进夹杂物上浮的目的。但是电磁制动设备的制作成本高，运行和维护费用也较高。电磁搅拌虽然是一种无污染控制流体流动、改善铸锭组织的有效方法，但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、促进夹杂物上浮的目的。在制备小方坯、圆坯时，电磁搅拌器一般安装在结晶器的中下部，主要是减少电磁搅拌对钢水液面波动的影响。

4、电磁控流技术除了在结晶器应用之外，还可以应用在水口处，如公开号为cn115709279a的中国专利申请公开的“一种基于大数据与人工智能的电磁旋流水口系统”、公开号为cn103203450a的中国专利申请公开的“一种连铸用电磁旋流水口”等，电磁旋流水口可以有效减轻钢水的冲击深度，对减轻铸坯夹杂物含量具有重要作用，但受冷却条件限制，目前还没有得到广泛应用。

5、小尺寸铸坯(包括方坯及圆坯)结晶器内钢水在纵抛面上的流动矢量图如图1所示。从图中可以看出，直水口1下方的钢水z向流速非常大。以横截面尺寸为180mm的方坯连铸为例，当拉速为1.9m/min时，搅拌器中心位置(距离结晶器弯月面0.6m处)钢液的z向流速可以达到11m/min，无电磁搅拌时，距离结晶器弯月面1.2m处钢流中心z向速度依然可以达到3m/min，夹杂物会随着高速钢流进入液穴深处，导致其上浮困难。

技术实现思路

1、本发明提供了一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，在电磁流体力学原理基础上研发出一种具有z向电磁力的电磁搅拌装置，能够控制结晶器内钢水流动，在促进结晶器内钢水周向旋转搅拌的同时，对钢液边部进行z向加速，可以减轻结晶器中直水口钢水的冲击深度，对促进夹杂物上浮、提高铸坯质量具有积极作用。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，小尺寸铸坯连铸过程中，在结晶器处设置具有z向电磁力的电磁搅拌装置，对结晶器内钢水进行周向旋转搅拌的同时，对钢液边部进行z向加速，减轻结晶器中直水口钢水的冲击深度，促进夹杂物上浮。

4、进一步的，所述小尺寸铸坯为小方坯或圆坯。

5、进一步的，所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置为环状电磁搅拌器；环状电磁搅拌器由供电装置、电磁感应装置及冷却装置组成；其中电磁感应装置包括磁轭组及线圈，所述磁轭组由磁轭背、磁轭及磁轭端组成，磁轭背为环状结构，多个磁轭沿周向均匀设于磁轭背的内侧，线圈一一对应地套设于磁轭上；多个磁轭端通过对应的磁轭与磁轭背相连，磁轭端相对于磁轭轴线所在平面倾斜设置，倾斜角为θ。

6、进一步的，所述环状电磁搅拌器中，线圈的极对数为2、3、4、6或8。

7、进一步的，所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置由沿结晶器周向均布的多个板状电磁搅拌器组成；所述板状电磁搅拌器由供电装置、电磁感应装置及冷却装置组成；其中电磁感应装置包括磁轭组及线圈，所述磁轭组由磁轭背及磁轭组成，磁轭背为板状结构，多个磁轭沿磁轭背纵向均匀设置，线圈一一对应地套设于磁轭上；各板状电磁搅拌器均相对于结晶器横截面倾斜设置，倾斜角为90-θ。

8、进一步的，θ＝10°～70°。

9、一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，具体操作过程如下：

10、1)将具有z向电磁力的电磁搅拌装置安装在结晶器铜板外、冷却腔体内，或者安装到结晶器外侧并配备单独的水冷系统；

11、2)通过供电装置对具有z向电磁力的电磁搅拌装置供电，电磁搅拌电流为10a～1000a；电磁搅拌频率为1～12hz；

12、3)连铸开始前开启水冷装置；

13、4)连铸开始待铸坯拉速稳定后，接通电磁搅拌装置的电源，根据设定的电磁搅拌电流及电磁搅拌频率，对结晶器内的钢水进行周向搅拌，同时对边部钢液进行z向加速；

14、5)连铸结束后，先断开电磁搅拌装置的电源，待环境温度低于50℃后关闭水冷装置。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1)在电磁流体力学原理基础上，研发出一种具有z向电磁力的电磁搅拌装置，能够控制结晶器内钢水流动，在促进结晶器内钢水周向旋转搅拌的同时，对钢液边部进行z向加速，可以减轻结晶器中直水口钢水的冲击深度，对促进夹杂物上浮、提高铸坯质量具有积极作用。

17、2)在相同电磁搅拌条件下，本发明所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置与传统电磁搅拌装置相比，更有利于夹杂物上浮，能够有效提高夹杂物上浮去除效率。

18、3)本发明所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置结构简单，使用寿命长，加工制作容易，维护成本低，应用效果显著，对于高质量钢种的开发具有重要意义。

技术特征：

1.一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，小尺寸铸坯连铸过程中，在结晶器处设置具有z向电磁力的电磁搅拌装置，对结晶器内钢水进行周向旋转搅拌的同时，对钢液边部进行z向加速，减轻结晶器中直水口钢水的冲击深度，促进夹杂物上浮。

2.根据权利要求1所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，所述小尺寸铸坯为小方坯或圆坯。

3.根据权利要求1所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置为环状电磁搅拌器；环状电磁搅拌器由供电装置、电磁感应装置及冷却装置组成；其中电磁感应装置包括磁轭组及线圈，所述磁轭组由磁轭背、磁轭及磁轭端组成，磁轭背为环状结构，多个磁轭沿周向均匀设于磁轭背的内侧，线圈一一对应地套设于磁轭上；多个磁轭端通过对应的磁轭与磁轭背相连，磁轭端相对于磁轭轴线所在平面倾斜设置，倾斜角为θ。

4.根据权利要求3所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，所述环状电磁搅拌器中，线圈的极对数为2、3、4、6或8。

5.根据权利要求1所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，所述具有z向电磁力的电磁搅拌装置由沿结晶器周向均布的多个板状电磁搅拌器组成；所述板状电磁搅拌器由供电装置、电磁感应装置及冷却装置组成；其中电磁感应装置包括磁轭组及线圈，所述磁轭组由磁轭背及磁轭组成，磁轭背为板状结构，多个磁轭沿磁轭背纵向均匀设置，线圈一一对应地套设于磁轭上；各板状电磁搅拌器均相对于结晶器横截面倾斜设置，倾斜角为90-θ。

6.根据权利要求3或5所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，θ＝10°～70°。

7.根据权利要求1所述的一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，其特征在于，具体操作过程如下：

技术总结本发明涉及一种减少小尺寸铸坯夹杂物的电磁控流方法，小尺寸铸坯连铸过程中，在结晶器处设置具有Z向电磁力的电磁搅拌装置，能够控制结晶器内钢水流动，在促进结晶器内钢水周向旋转搅拌的同时，对钢液边部进行Z向加速，可以减轻结晶器中直水口钢水的冲击深度，对促进夹杂物上浮、提高铸坯质量具有积极作用。技术研发人员：郭庆涛,潘栋,肖玉宝,张佳敏,孙群,贺帅,朱晓雷,廖相巍,秦哲,张凯伦,魏崇一,武甲文,王洪涛,祁林受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29