連鑄二冷區(qū)輥式電磁攪拌在硅鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

王洪濤，王金輝，陳宇，王巒濤

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021）

工業(yè)應(yīng)用表明，在連鑄工序合理采用電磁攪拌裝置能有效改善鑄坯的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高鑄坯表面質(zhì)量[1]。其中，二冷區(qū)輥式電磁攪拌能有效地減輕鑄坯中心偏析和中心疏松，有效消除中心縮孔和裂紋，擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶比率，顯著提高連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量[2]。二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置經(jīng)歷了“輥間插入式攪拌裝置”到“輥后箱式攪拌裝置”，再到“輥式電磁攪拌裝置”的演變過(guò)程。輥間插入式攪拌裝置雖然攪拌效果好，但是存在設(shè)備龐大不利于檢修維護(hù)的缺點(diǎn)；而輥后箱式攪拌裝置由于距鑄坯表面較遠(yuǎn)，在相同工輔條件下攪拌效果相對(duì)較差；而輥式電磁攪拌裝置由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，可以獲得更高的電磁攪拌效率和更低的維護(hù)安裝成本。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡(jiǎn)稱“三分廠”）2號(hào)鑄機(jī)原來(lái)一直采取低過(guò)熱度澆鑄的方式提高硅鋼品種鑄坯的等軸晶比率，這種方法可以使鑄坯內(nèi)部形成長(zhǎng)的糊狀區(qū)，有利于等軸晶晶粒的形成，但不利于去除夾雜物，不能避免澆鑄中斷事故。2015年安裝二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置以提升硅鋼品種鑄坯等軸晶比率，通過(guò)優(yōu)化電磁攪拌裝置的安裝方式和工藝參數(shù)，在相對(duì)較高的中間包澆鑄溫度下，依靠二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置有效地提高了硅鋼鑄坯內(nèi)部的等軸晶比率。本文對(duì)此做一介紹。

1 二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置研究條件

1.1 連鑄機(jī)主要參數(shù)

三分廠2號(hào)鑄機(jī)于2015年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為250萬(wàn)t，主要生產(chǎn)的產(chǎn)品有碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、管線鋼、船板鋼、硅鋼、容器鋼板、耐磨鋼板等。表1為鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。

表1 鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main Technological Parameters of Caster

1.2 輥式電磁攪拌裝置的主要參數(shù)

三分廠二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置由法國(guó)羅特萊克公司提供。表2為輥式電磁攪拌裝置主要技術(shù)參數(shù)。

表2 輥式電磁攪拌裝置主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main Technological Parameters of Roll Type Electromagnetic Stirring Device

1.3 等軸晶定義及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

將晶粒長(zhǎng)與寬的比值≤3的區(qū)域定義為等軸晶區(qū)。以等軸晶比率的多少來(lái)評(píng)定設(shè)備安裝方案和工藝參數(shù)設(shè)定的效果。圖1為等軸晶區(qū)寬度界線示意圖，圖2為取樣位置示意圖。

圖1 等軸晶區(qū)寬度界線示意圖Fig.1 Diagram for Width Boundary at Equiaxed Crystal Zone

圖2 取樣位置示意圖Fig.2 Diagram for Sampling Locations

等軸晶區(qū)寬度界線以內(nèi)（Te）的測(cè)量值和與測(cè)試板坯總厚度值（T）比較。按照Te/T的比值乘以100%定義為等軸晶區(qū)百分比。取樣位置及計(jì)算方法：鑄坯樣寬度（W）的1/4、1/2、3/4處的三個(gè)垂直線處，寬度50 mm范圍內(nèi)Te的最大值，取三處平均值作為最終等軸晶區(qū)百分比計(jì)算值。

2 電磁攪拌裝置安裝方式

2.1 電磁攪拌輥的排列方式

中間包澆鑄高溫條件下，坯殼內(nèi)鋼水過(guò)熱度較高，從坯殼掉落的細(xì)小等軸晶很快會(huì)被鋼水融化，無(wú)法形核繼續(xù)成長(zhǎng)為等軸晶粒。因此需要應(yīng)用電磁攪拌裝置來(lái)均勻鋼水溫度，促進(jìn)等軸晶的形成。二冷區(qū)電磁攪拌輥的排列方式是提高鑄坯等軸晶比率的關(guān)鍵。電磁攪拌輥一般有兩種布置方式，見(jiàn)圖3。

圖3 電磁攪拌輥布置方式Fig.3 Installation Mode of Electromagnetic Stirring Rolls

如圖3（a）所示，電磁攪拌輥并排式布置可以提供分散的攪拌力，攪拌力影響范圍相對(duì)較大；圖3（b）所示的對(duì)面式布置可以提供集中的攪拌力，攪拌力影響范圍相對(duì)較小。在相對(duì)較高的澆鑄溫度下，以上兩種排列方式中的任何一種都無(wú)法獲得較高的等軸晶比率。選擇兩組對(duì)面式布置的電磁攪拌輥，組成“雙段式”的排列方式，能夠獲得足夠的攪拌力和攪拌力影響區(qū)域，可以在攪拌力影響區(qū)域內(nèi)，更有效的降低鋼水過(guò)熱度，有利于在澆鑄高溫條件下獲得更多的鑄坯等軸晶[3]。圖4為“雙段式”電磁攪拌輥排列方式。

圖4 “雙段式”電磁攪拌輥排列方式Fig.4 Arrangement Mode of Double-section Electromagnetic Stirring Rolls

2.2 電磁攪拌輥安裝位置

在電磁力不影響結(jié)晶器液位波動(dòng)的情況下，二冷區(qū)電磁攪拌裝置安裝位置越靠近結(jié)晶器，越能提高鑄坯的等軸晶比率。對(duì)輥式電磁攪拌裝置電磁力影響區(qū)域測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，攪拌裝置附近3.5～4.0 m的區(qū)域內(nèi)均能檢測(cè)到電磁力信號(hào)。因此選擇將其安裝在弧形段1段上，避免對(duì)結(jié)晶器液位帶來(lái)不利影響。

3 工藝參數(shù)研究

在電磁攪拌應(yīng)用過(guò)程中，其他工藝參數(shù)相同的情況下，隨著頻率的增加，電磁力增大。當(dāng)頻率達(dá)到某最佳值后，隨著攪拌頻率的增加，電磁力反而減小。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了攪拌器在“交替”和“連續(xù)”兩種不同攪拌模式下的應(yīng)用效果。這兩種模式的主要區(qū)別在于“交替模式”在工作過(guò)程中，通過(guò)改變電流方向的方式，使電磁力反向，使鑄坯內(nèi)鋼水反向流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：同等工藝參數(shù)條件下，“交替模式”的應(yīng)用雖然降低了鑄坯等軸晶比率，但是有效的減輕了鑄坯“白亮帶”現(xiàn)象；而“連續(xù)模式”可以獲得更高的等軸晶比率，但是鑄坯“白亮帶”現(xiàn)象相對(duì)較嚴(yán)重。

在過(guò)熱度、澆鑄速度相同的條件下，對(duì)同一爐鋼水進(jìn)行不同工藝參數(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。表3為不同頻率、電流下鑄坯等軸晶比率。圖5為攪拌方式示意圖。由表3看出，在電流相同的情況下，頻率為5 Hz時(shí)等軸晶比率較高；同樣的頻率下，電流為380～400 A時(shí)的等軸晶比率較高；“三零型”（電磁力方向一致）攪拌的等軸晶比率比“雙蝶型”（電磁力方向不一致）的高2.3%，因此，確定攪拌裝置的最佳頻率為5 Hz，最佳電流為400 A，攪拌方式為“三零型連續(xù)模式”。生產(chǎn)中需要同時(shí)評(píng)價(jià)“白亮帶”是否影響冷軋工序的產(chǎn)品最終性能。

表3 不同頻率、電流下鑄坯等軸晶比率Table 3 Equiaxed Crystal Rates under Different Frequencies and Current

圖5 攪拌方式示意圖Fig.5 Diagram for Stirring Methods

4 應(yīng)用效果

采用上述工藝參數(shù)生產(chǎn)后，取鑄坯樣進(jìn)行等軸晶比率評(píng)定。表4為不同硅含量的硅鋼鑄坯等軸晶比率，鑄坯寬度為1 150～1 280 mm。由表4看出，在相近中間包過(guò)熱度條件下，硅含量越高的鑄坯等軸晶比率越高；應(yīng)用輥式電磁攪拌裝置可以有效提高鑄坯等軸晶比率，平均增加30%左右；中間包過(guò)熱度在20～25℃范圍內(nèi)時(shí)，不應(yīng)用電磁攪拌的鑄坯等軸晶比率僅為26.08%，應(yīng)用電磁攪拌后的等軸晶比例達(dá)到55%以上。

表4 不同硅含量硅鋼鑄坯等軸晶比率Table 4 Equiaxed Crystal Rates of Silicon Steel Casting Blanks with Different Silicon Content

圖6為硅含量為2.5%～3.0%的硅鋼應(yīng)用電磁攪拌前后鑄坯內(nèi)部等軸晶分布情況。由圖6（a）看出，不應(yīng)用電磁攪拌的等軸晶晶區(qū)外柱狀晶依然發(fā)達(dá)；由圖6（b）看出，鑄坯中心等軸晶晶區(qū)范圍擴(kuò)大。生產(chǎn)中鑄坯樣存在“白亮帶”現(xiàn)象，但是冷軋工序未檢測(cè)到性能不良產(chǎn)品。

圖6 應(yīng)用電磁攪拌前后鑄坯內(nèi)部等軸晶分布情況Fig.6 Distribution of Equiaxed Crystals inside Casting Blanks before and after Using Electromagnetic Stirring Device

5 結(jié)語(yǔ)

鋼水中硅含量對(duì)鑄坯中心等軸晶比率有一定的影響，硅含量越高，鑄坯的中心等軸晶比率越高。連鑄二冷區(qū)應(yīng)用輥式電磁攪拌裝置能夠有效擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶比率，顯著提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠連鑄二冷區(qū)輥式電磁攪拌裝置的應(yīng)用表明，二冷區(qū)應(yīng)用輥式電磁攪拌裝置后，硅鋼鑄坯等軸晶比率平均提高30%左右，高牌號(hào)硅鋼鑄坯等軸晶比率可以達(dá)到55%以上。