電磁攪拌參數(shù)對電磁扭矩的影響

郭 鑫 馬忠存 岳 峰 吳華杰 熊洪進(jìn)

(1.北滿特殊鋼有限責(zé)任公司技術(shù)中心，黑龍江161041；2.北京科技大學(xué)冶金工程研究院，北京100083)

電磁攪拌技術(shù)在鑄坯液相穴內(nèi)鋼水中所產(chǎn)生的強(qiáng)制循環(huán)流動強(qiáng)化了固液界面的對流換熱，有助于液相穴內(nèi)鋼液熱量的迅速散失，并降低了液相穴內(nèi)的溫度梯度，從而有利于鑄坯內(nèi)部等軸晶的形成和生長，能夠提高鑄坯的等軸晶率、細(xì)化凝固組織、改善夾雜物分布并促進(jìn)成分均勻。而且它還具有不直接接觸金屬熔體，對金屬熔體無污染等優(yōu)點，成為促進(jìn)鑄坯凝固組織細(xì)化及均質(zhì)化必不可少的技術(shù)措施之一[1～4]。

隨著對鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高及新鋼種的開發(fā)，在現(xiàn)有工藝條件下更加需要充分發(fā)揮電磁攪拌的冶金功能。為此，我們對連鑄機(jī)的電磁攪拌性能進(jìn)行了研究。在連鑄電磁攪拌的攪拌性能中，扭矩是最能體現(xiàn)綜合性的參數(shù)，可作為衡量攪拌能力強(qiáng)弱的最佳指標(biāo)[5～7]。對磁場的控制通常是通過調(diào)節(jié)電流和頻率進(jìn)而改變磁場的扭矩來實現(xiàn)的。本文研究了結(jié)晶器和末端電磁攪拌的表觀參數(shù)(電流強(qiáng)度和頻率)與電磁扭矩的關(guān)系。這對改善鑄坯質(zhì)量、降低電耗具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗方法

三機(jī)三流大圓坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器電磁攪拌、

末端電磁攪拌的主要性能參數(shù)見表1。

試驗采用扭矩儀測量電磁扭矩，測量位置分別是3流的結(jié)晶器中心線離上口800 mm處和末端電攪中心位置。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)與電磁扭矩的關(guān)系

結(jié)晶器電磁攪拌不同參數(shù)下的扭矩測試結(jié)果見表2，結(jié)晶器電磁攪拌扭矩與電流強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示，結(jié)晶器電磁攪拌扭矩與電流頻率的關(guān)系如圖2所示。

由表2可以看出，對于圓坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器電磁攪拌，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，電磁扭矩在(1～7) N·cm之間。

由圖1、圖2可知，電磁扭矩隨著電流強(qiáng)度的增加而增加，且增加幅度變大，電流每增加100 A，電磁扭矩相應(yīng)的增加(1.4～2.2)N·cm；扭矩隨著頻率的增加也增加，但增加幅度相對電流的影響較為平緩。在試驗過程中，結(jié)晶器電磁攪拌最大電流只能調(diào)至450 A，低于設(shè)備設(shè)計值?？紤]到該連鑄機(jī)的特殊性，最佳電流的選擇需要根據(jù)不同電攪參數(shù)下的鑄坯質(zhì)量而定。

圖1 結(jié)晶器電磁攪拌扭矩與電流強(qiáng)度的關(guān)系Figure 1 Relation between current and torque for M-EMS

圖2 結(jié)晶器電磁攪拌扭矩與電流頻率的關(guān)系Figure 2 Relation between frequency and Twisting Moment for M-EMS

2.2 末端電磁攪拌參數(shù)與電磁扭矩的關(guān)系

末端電磁攪拌不同參數(shù)下的扭矩測試結(jié)果見表3，末端電磁攪拌扭矩與電流強(qiáng)度的關(guān)系如圖3所示，末端電磁攪拌扭矩與電流頻率的關(guān)系如圖4所示。

表3 末端電磁攪拌扭矩測試結(jié)果(3流)/(N·cm)Table 3 Test result of twisting moment for F-EMS (3 Flow)

圖3 末端電磁攪拌扭矩與電流強(qiáng)度的關(guān)系Figure 3 Relation between current and torque for F-EMS

圖4 末端電磁攪拌扭矩與電流頻率的關(guān)系Figure 4 Relation between frequency and torque for F-EMS

由表3可以看出，對于圓坯連鑄機(jī)的末端電磁攪拌，在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，電磁扭矩在(10～75) N·cm之間，比結(jié)晶器攪拌強(qiáng)度大一個數(shù)量級，這與末端電磁攪拌測試時沒有屏蔽衰減有一定的關(guān)系。

由圖3、圖4可以看出，電磁扭矩隨著電流強(qiáng)度的增加而增加，且增加幅度隨電流增加而增加；扭矩隨著頻率的增加也增加，在較小的頻率范圍內(nèi)，扭矩增加趨勢較明顯；而在較大的頻率范圍內(nèi)，扭矩增加趨勢變緩。在300 A和400 A電流強(qiáng)度條件下，扭矩增加趨勢在頻率4 Hz時開始變緩；在電流大于400 A的條件下，扭矩在頻率3 Hz就開始變緩，甚至出現(xiàn)下降。

在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，末端電磁攪拌參數(shù)調(diào)整范圍低于設(shè)備設(shè)計范圍，電磁扭矩增加到一定程度時，攪拌器晃動厲害，設(shè)備會停機(jī)。在低頻率(2～3)Hz時，電流強(qiáng)度最大能調(diào)至700 A，4 Hz為500 A，5 Hz為450 A，6 Hz為400 A，7 Hz為349 A，這與電磁攪拌器相關(guān)設(shè)備磨損老化有關(guān)。

3 結(jié)論

通過研究結(jié)晶器和末端電磁攪拌的電流強(qiáng)度、頻率與電磁扭矩的關(guān)系，得出以下結(jié)論：

在試驗參數(shù)范圍內(nèi)，結(jié)晶器和末端電磁扭矩隨著電流強(qiáng)度和頻率的增加而增大。頻率對結(jié)晶器電磁扭矩影響較為平緩，而末端電磁扭矩的變化趨勢受頻率大小范圍影響；電流強(qiáng)度對兩種電磁攪拌條件下的電磁扭矩的影響均是增幅變大。由于設(shè)備的磨損老化，導(dǎo)致電磁攪拌參數(shù)調(diào)節(jié)范圍降低。為避免因電磁攪拌效率下降造成的產(chǎn)品質(zhì)量等問題，應(yīng)定期測量攪拌器扭矩值，及時發(fā)現(xiàn)和解決電磁攪拌后期電磁力不足的問題。

[1] 張宏麗，賈光霖，王恩剛，等.電磁攪拌改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的實驗研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，22(3)：316-318.

[2] 于洋，李寶寬.鋼連鑄電磁攪拌工藝中電磁力的計算[J].金屬學(xué)報，2006，42(5)：540-544.

[3] 趙繼宇，李結(jié)根，劉東夫，等.武鋼一煉鋼廠方坯連鑄二冷段電磁攪拌試驗簡結(jié)[J].連鑄，1999(1)：28-32.

[4] 于湛.電磁場控制連鑄結(jié)晶器內(nèi)流動研究[D].上海：上海大學(xué)，2009.

[5] 魏寧，包燕平，吳華杰，等.方坯結(jié)晶器電磁攪拌磁場特性研究[J].連鑄，2010(6)：30-34.

[6] 毛斌.方坯連鑄電磁攪拌技術(shù)應(yīng)用中的幾個重要問題[C].特鋼連鑄技術(shù)研討會論文集.西寧：2007：101-108.

[7] Mulcahy A. Rotary Electromagnetic Stirring for Billets andBlooms[J].Iron and Steel Engineer，1984(6)：49-52.