[發明專利]用于板坯連鑄生產的結晶器流場電磁控制方法

有效

• 申請號: 201710107016.6
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN108500227B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 高齊;周月明;吳存有;金小禮;章建雄;姚建青;職建軍
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115;B22D11/22
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 鄭明輝;葉知行

本發明公開了一種用于板坯連鑄生產的結晶器流場電磁控制方法，采用多套電磁攪拌器來控制結晶器流場，該電磁攪拌器為行波磁場發生器，在結晶器寬面（9）的上部區域、以及結晶器窄面（3）的下部區域分別配置有電磁攪拌器，上部電磁攪拌器（4）安裝于水口（2）出口上沿上方至彎月面（1）之間，下部電磁攪拌器（7）安裝于水口側孔吐出流股與窄面的沖擊點下方；上、下部電磁攪拌器分別通過電源供電，且分別獨立控制電流強度。下部電磁攪拌器鐵芯上沿與以水口出口上沿為起點、水口出口角度為角度所作直線（6）與結晶器窄面交點位于同一高度，攪拌線圈攪拌方向由下至上，與下環流沿窄邊的流股（5）方向相反，用于削弱下環流流股的沖擊深度。

技術領域

本發明涉及一種板坯連鑄生產的結晶器控制技術，尤其涉及一種用于板坯連鑄生產的結晶器流場電磁控制方法。

背景技術

板坯連鑄過程中，鋼水通過浸入式水口進入連鑄結晶器，鋼水流股在沖擊結晶器窄面后分別向上下兩個方向流動，從而在結晶器內形成上下兩個環流。上環流支配著結晶器彎月面附近的鋼水流動，影響著保護渣熔融、鋪展及保護渣的卷吸；下環流的沖擊深度支配著夾雜物和氣泡上的上浮分離。因此，必須從以下兩個方面對結晶器內的鋼水流動進行控制：（1）必須穩定彎月面，降低沿凝固前沿上升的反轉流動，使彎月面下保持適當的水平流速。流速太快易引起彎月面波動，導致保護渣卷吸，在鑄坯內部被捕獲而成為內部和皮下缺陷；流速太慢，彎月面附近初期凝固發達，夾雜物和氣泡被凝固面前端的凝固鉤捕獲而成為表面缺陷。（2）必須防止從浸入式水口側孔吐出的向下流股侵入液相穴深處，以有利于夾雜物和氣泡的上浮分離。電磁力具有非接觸、無污染的優點，在控制結晶器內鋼水流動方面得到了廣泛的使用。目前普遍采用的有結晶器電磁攪拌技術與結晶器電磁制動技術。

電磁攪拌技術是借助在鑄坯液相穴內感生的電磁力強化液相穴鋼水的運動，由此強化鋼水的對流、傳熱和傳質過程，從而控制鑄坯的凝固過程，起到改善鑄坯質量的作用。電磁攪拌器主要包括攪拌線圈和鐵芯。日本專利JP57017355A公開了一種針對板坯的行波電磁攪拌器，沿板坯結晶器寬邊的兩側分別布置一個線性攪拌器，兩個攪拌器的攪拌方向相反，因此能夠在結晶器內形成一個完整的環流。中國專利CN96121903.3提出沿板坯結晶器寬邊的兩側各布置兩個攪拌器，每側的兩個攪拌器分別覆蓋1/2個結晶器寬面。與傳統的環形攪拌相比，具有一定的可調性，能夠適應更多的工況條件。中國專利CN200910302486.3提出將結晶器內至少分為4個磁場區域，通過組合，可實現單一旋轉、電磁減速、電磁加速、兩區旋轉和四區旋轉這五種攪拌模式的感應器。后兩種攪拌器在實質上與第一種攪拌器僅僅是結構上的差別，原理均一致。上述單獨使用電磁攪拌的技術，可以在結晶器內形成水平方向的環流，穩定彎月面附件的鋼水流速，但是無法降低從浸入式水口側孔吐出的向下流股侵入液相穴的深度，無法改善此處非金屬夾雜物以及氣泡的上浮條件。

針對高拉速時水口吐出流股沖擊較深的問題，人們開發了電磁制動技術，通過施加一個靜磁場于高速運動的鋼水，通過感應產生的洛倫茨力降低其絕對速度，從而降低鋼液沖擊深度，進而改善此處非金屬夾雜物以及氣泡的上浮條件。將該技術與電磁攪拌一起使用，充分利用兩種技術的特點、發揮兩種技術的優點的使用方法也不斷涌現。中國專利CN201080019323、CN201080019325采用下部制動、上部攪拌的方法，在板坯連鑄生產過程中，組合使用了這兩種技術。但是，電磁制動技術是一種“被動”技術，依靠鋼水切割磁感線產生的電磁力來進行制動，制動力的大小在很大程度上依賴于鋼水流速的大小，只有在拉速非常高、鋼水流速非常高的情況下，對鋼水的沖擊深度能起到一定的改善作用；對于中高拉速的板坯生產工藝而言，其作用有限。當鋼水流速一定時，如果要進一步提升制動的電磁力，只能依靠提高靜磁場強度來解決，這對電磁制動電源、線圈的制作等大大增加了難度。中國專利CN1266759A、CN1302703A采用下部攪拌、上部制動的方法，其目的是利于電磁攪拌技術改善凝固質量，利用電磁制動技術穩定液面波動。將電磁攪拌器置于結晶器水口下方，沿結晶器水平方向的電磁力與水口側孔吐出的斜向下流股相互作用，是否有利于鑄坯質量的改善還有待驗證，但是對降低水口側孔吐出流股的沖擊深度作用相當有限，也無法有效的改善結晶器內非金屬夾雜物以及氣泡的上浮條件。