炼钢电搅辊的改进研究.docx

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1、炼钢电搅器的改进研究寇汉萍（武汉钢铁股份有限公司设备管理，湖北武汉430083）摘要：针对武钢炼钢厂板坯连铸生产、连铸坯质量工作需要，研制电磁搅拌用的设备电搅辐。以国产化来替代进口，保证优质钢坯生产及时需要。通过对电磁搅拌的理解及对电搅辐辐身材质的选择及制造工艺的摸索，制造出国产电搅辐，完成了替代进口辐的改进研究工作。关键词：连铸坯电磁搅拌设备电搅辐研制开发1引言：在武钢炼钢连铸生产线上，为了提高连铸坯质量，如优化硅钢坯的结晶和金相排列，需要电磁搅拌操作。原电磁搅拌设备系进口设备，价格高，且备件采购周期长，不能及时保证生产，需要国内能研制电搅辐设备。武钢与黄石火炬科技实业有限公司多年来长期合作

2、，消化开发一定数量的炼钢设备和备件。通过对电搅辐设备的研究，2004年11月研制第一批铸钢电搅辐，上机使用基本达到要求，能满足炼钢生产要求。之后我们于2008年又在工艺、材质上进行了改进，制造出了第二代锻造电搅辐，目前使用效果进一步提高。2电磁搅拌在连铸坯生产中的作用：电磁搅拌在改善铸坯质量方面可以起到如下作用：1) 改善铸坯表面质量;2) 减少中心偏析；3) 减少皮下气泡的数量，并且使其尺寸缩小；4) 降低铸坯中间区域和中心裂纹的等级；5) 降低中心疏松的等级；6) 降低边部点状夹杂的等级；7) 使碳偏析指数减少；8) 增加等轴晶区的范围。9) 改善硅钢铸坯的结晶和金相排列。3电磁搅拌要点：

3、对搅拌的钢水起决定作用的是感应磁场产生的电磁力。电磁力的大小与搅拌频率和电流强度有关。浇铸不同钢种所需的搅拌工况不同，必须根据钢种和铸坯的断面尺寸确定合适的透入深度，才能达到良好的搅拌效果。钢水中电磁力的大小随频率的变化有一个最大值，相应有一个最佳频率，在平均时间内，电磁力大小可以用式(1)F=0.5B2WsR(1)式中一F电磁力N。一钢水电导率s/mB磁感应强度T2Ws涡流角频率rad/sR熔池半径电磁波透入深度的计算如式(2)%=席式中f电磁搅拌的频率HzS滑落差h透入深度正常条件下，电流越大，搅拌力越大，等轴晶率也相应增加。数学模型-控制方程：电磁搅拌所用电源一般为低频交流电源，在正弦稳

4、态情况下，麦克斯韦方程组中的任何电磁场都可用不显含时间的变相量表示。求解电磁搅拌下钢液的流场，必须先求出钢液中的涡流场，然后根据洛仑兹定律求出电磁力并代入流体运动方程，从而求出钢液运动的速度。涡流场扩散方程可用如下方程表示：V（V）-J7A=-（3）式中：7=虚数单数3角频率（正弦交流电的）。一钢液的电导率A动态矢量位由上（1）（2）（3）式分析可知连铸坯中使用电磁搅拌其效果与磁感应强度、电磁搅拌频率、电导率等参数强相关，是要点。磁感应强度愈大，电磁力愈大；电磁搅拌频率愈大，透入深度愈浅；钢液的电导率愈大，电磁力愈大，涡流场扩散愈显著。这些在研制电磁搅拌设备时至为重要。4电磁搅拌型式设计（载体

5、）型式类似拉矫辐，电搅辐辐身形式如图1在设计辐身时尤其要考虑上面分析的透磁性等关键点。林白H,U“”48伽Mr1.ItJMt. JHXMHH12.ttJIU800t*hIOIHB250-270,4.UHtoiK5M245,MMii(10H)6 UItiU. H0.03A辑及11,； IH压电规设ilSM-fc Bl单眼252.7琳留2S2.7l技Il !| M黄石巾火炬科技实业有限公E图1：电搅辐辐身工作图5电磁搅拌设备的功能质量：由分析可知，电搅辐主要功能质量是要引起电磁搅拌。因此辐身就要有很好的透磁性，尽可能减少磁损失,磁导率；有足够的强度、刚度，负担起连铸坯的过钢任务；有好的表面质量，以

6、能承受连铸坯的流过；有稳定的回转性能，动、静平衡好；有好的润滑、密封效果，过冷却水能力好；有好的热稳定性能，承受反复的热铸坯冲击；有预期的经济寿命，不至于影响生产和负担高成本等等。6辑身材料选择和制造工艺的研究：创造性的关维是辐身材料选择和制造工艺的研究。6.1 材料选择：根据该设备功能质量的要求，工作根身无论在冷热（800C以上）状态下，均要求绝对无磁性（用专用强磁性试块检验，试块自然脱落，手感到位）。根身机械性能、物理性能、化学性能要求特别高。物理性能要求具有低的矫顽力及高的透磁率。首次研究采用ZG0Cr25Ni20及MoMnTi等多元素不锈合金钢。这种钢在冶炼时关键要严格控制各化学元素的

7、加入时间顺序及含量，碳和硫的含量要极低。6.2 辐身工艺研究：6.2.1 冶炼离心铸造：单件配料重：800kgo熔炼设备：1吨中频炉；6.2.1.1 ：配料：低碳纯铁,V3铭铁，银板99.9配%,纯铝块,电解金属镒等。为了控制铸件的含碳量，选用含碳低的材料进行投料。熔炼时要用保护渣。化清后要彻底搅拌。扒渣。加入脱氧剂。根据化验分析调整化学成分，严格控制碳和硫含量。6.2.1.2辐坯冶炼流程：炉体检查一一通电加入部分炉料和少量生石灰开始溶化一一按定量配比料投入溶化一一见钢液后加入适量保护渣防氧化一一加大功率加速溶化一一加脱氧剂扩散脱氧一一调整元素含量一一加金属铝丝最终脱氧一静置、脱氧、脱碳、炉前

8、分析各合金元素含量，合格后方可铸锭。6.2.1.3离心铸造流程：预热浇包一一预热模筒一一启动离心铸机一一模筒喷涂料一一实施浇铸一一脱模检验6.2.2电搅辐坯锻造：自由锻造。根据锭重G和锻坯直径D选择锻造设备：3吨锻锤。6.2.2.1钢锭加热：预热一一始锻一一终锻。使用冷锭装炉在装炉温度下应有一保温阶段，以后比较小速度升温，在表面发生相变的温度区间再要有一保温阶段，以后可以炉子最大功率升温至锻造温度。6.2.3 辑身热处理：辑身在进行固溶处理、再进行稳定化处理6.2.4 机械加工：主体根身的机械加工严格执行加工工艺指导书，并严格执行主体辑身工序检验记录卡。7辐身机械失效分析：使用过程中发现辐身脆

9、性断裂和大的跳动二个主要失效方式。9.1脆性断裂：脆性断裂的宏观基本特征是在断裂前没有可以察觉到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”或很小，断口的颜色比较光亮。辑身断裂的断口正符合这此些特征。形成脆性断裂主要是晶粒粗大，局部存在缺陷，以及热处理不到位所致。还有晶韧窝断口，在沿晶断口表面有大量的细小韧窝，这说明断裂过程中沿晶界还有一定的塑性变形，是由于辑身过热所致。9.2跳动：主要由于制造过程中零件的同轴度、不园度、园柱度等形位公差误差超差，以及装配精度差所致。8结束语：电搅辐是冶金炼钢连铸生产线的重要设备，对提高连铸坯质量起着关键作用。我们对炼钢电搅辐研制工作巳经进行了5年，积累了研制成功的经验、教训，对电搅辑作用、功能质量、选材、工艺设计、制造控制有了一定基础。在取代进口设备上取得了可喜成效，为炼钢生产解了燃眉之急，也降低了大量成本。相信此电搅辐的改进成功，对冶金企业同类产品有着很大地推广使用价值。（作者单位：武汉钢铁股份有限公司设备管理部/手机）