[发明专利]用于板坯连铸生产的结晶器流场电磁控制方法

说明书

本发明公开了一种用于板坯连铸生产的结晶器流场电磁控制方法，采用多套电磁搅拌器来控制结晶器流场，该电磁搅拌器为行波磁场发生器，在结晶器宽面（9）的上部区域、以及结晶器窄面（3）的下部区域分别配置有电磁搅拌器，上部电磁搅拌器（4）安装于水口（2）出口上沿上方至弯月面（1）之间，下部电磁搅拌器（7）安装于水口侧孔吐出流股与窄面的冲击点下方；上、下部电磁搅拌器分别通过电源供电，且分别独立控制电流强度。下部电磁搅拌器铁芯上沿与以水口出口上沿为起点、水口出口角度为角度所作直线（6）与结晶器窄面交点位于同一高度，搅拌线圈搅拌方向由下至上，与下环流沿窄边的流股（5）方向相反，用于削弱下环流流股的冲击深度。

技术领域

本发明涉及一种板坯连铸生产的结晶器控制技术，尤其涉及一种用于板坯连铸生产的结晶器流场电磁控制方法。

背景技术

板坯连铸过程中，钢水通过浸入式水口进入连铸结晶器，钢水流股在冲击结晶器窄面后分别向上下两个方向流动，从而在结晶器内形成上下两个环流。上环流支配着结晶器弯月面附近的钢水流动，影响着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸；下环流的冲击深度支配着夹杂物和气泡上的上浮分离。因此，必须从以下两个方面对结晶器内的钢水流动进行控制：（1）必须稳定弯月面，降低沿凝固前沿上升的反转流动，使弯月面下保持适当的水平流速。流速太快易引起弯月面波动，导致保护渣卷吸，在铸坯内部被捕获而成为内部和皮下缺陷；流速太慢，弯月面附近初期凝固发达，夹杂物和气泡被凝固面前端的凝固钩捕获而成为表面缺陷。（2）必须防止从浸入式水口侧孔吐出的向下流股侵入液相穴深处，以有利于夹杂物和气泡的上浮分离。电磁力具有非接触、无污染的优点，在控制结晶器内钢水流动方面得到了广泛的使用。目前普遍采用的有结晶器电磁搅拌技术与结晶器电磁制动技术。

电磁搅拌技术是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴钢水的运动，由此强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程，起到改善铸坯质量的作用。电磁搅拌器主要包括搅拌线圈和铁芯。日本专利JP57017355A公开了一种针对板坯的行波电磁搅拌器，沿板坯结晶器宽边的两侧分别布置一个线性搅拌器，两个搅拌器的搅拌方向相反，因此能够在结晶器内形成一个完整的环流。中国专利CN96121903.3提出沿板坯结晶器宽边的两侧各布置两个搅拌器，每侧的两个搅拌器分别覆盖1/2个结晶器宽面。与传统的环形搅拌相比，具有一定的可调性，能够适应更多的工况条件。中国专利CN200910302486.3提出将结晶器内至少分为4个磁场区域，通过组合，可实现单一旋转、电磁减速、电磁加速、两区旋转和四区旋转这五种搅拌模式的感应器。后两种搅拌器在实质上与第一种搅拌器仅仅是结构上的差别，原理均一致。上述单独使用电磁搅拌的技术，可以在结晶器内形成水平方向的环流，稳定弯月面附件的钢水流速，但是无法降低从浸入式水口侧孔吐出的向下流股侵入液相穴的深度，无法改善此处非金属夹杂物以及气泡的上浮条件。

针对高拉速时水口吐出流股冲击较深的问题，人们开发了电磁制动技术，通过施加一个静磁场于高速运动的钢水，通过感应产生的洛伦茨力降低其绝对速度，从而降低钢液冲击深度，进而改善此处非金属夹杂物以及气泡的上浮条件。将该技术与电磁搅拌一起使用，充分利用两种技术的特点、发挥两种技术的优点的使用方法也不断涌现。中国专利CN201080019323、CN201080019325采用下部制动、上部搅拌的方法，在板坯连铸生产过程中，组合使用了这两种技术。但是，电磁制动技术是一种“被动”技术，依靠钢水切割磁感线产生的电磁力来进行制动，制动力的大小在很大程度上依赖于钢水流速的大小，只有在拉速非常高、钢水流速非常高的情况下，对钢水的冲击深度能起到一定的改善作用；对于中高拉速的板坯生产工艺而言，其作用有限。当钢水流速一定时，如果要进一步提升制动的电磁力，只能依靠提高静磁场强度来解决，这对电磁制动电源、线圈的制作等大大增加了难度。中国专利CN1266759A、CN1302703A采用下部搅拌、上部制动的方法，其目的是利于电磁搅拌技术改善凝固质量，利用电磁制动技术稳定液面波动。将电磁搅拌器置于结晶器水口下方，沿结晶器水平方向的电磁力与水口侧孔吐出的斜向下流股相互作用，是否有利于铸坯质量的改善还有待验证，但是对降低水口侧孔吐出流股的冲击深度作用相当有限，也无法有效的改善结晶器内非金属夹杂物以及气泡的上浮条件。