2022年, 第41卷, 第4期　刊出日期：2022-08-18

  

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  序言

  仲红刚, 郭庆涛

  连铸. 2022, 41(4): 1-1.

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综合论述
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  中间包电磁感应加热技术研究及应用进展

  潘栋, 郭庆涛, 于赋志, 肖玉宝, 李宇婷, 张凯伦

  连铸. 2022, 41(4): 2-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220054

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  中间包是炼钢流程从间歇操作转向连续操作的重要衔接点,对于促进钢液的分流、净化、减轻铸坯宏观偏析、提高等轴晶率以及铸坯质量有着十分重要的作用。随着对连铸坯质量和钢水洁净度要求的不断提高,新型中间包冶金技术层出不穷。这其中,中间包电磁感应加热因同时具备高效稳定的中间包温度和夹杂物去除功能,有利于实现钢水低过热度恒温浇铸,逐步在连铸生产中得到应用。此技术的应用、研究现状及未来发展趋势进行了详细探讨。
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  电磁旋流水口连铸技术研究进展

  吴春雷, 刘晓明, 李德伟, 朱晓伟, 赵立佳, 王强

  连铸. 2022, 41(4): 8-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220088

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  电磁旋流水口技术作为一种全新的结晶器控流技术,其应用情况逐渐被各钢铁企业关注。围绕近几年来电磁旋流水口技术的研究成果,总结和分析了此技术对结晶器内流场和温度分布的影响规律、可供选择的设备结构以及在工业应用中的冶金效果3个方面。电磁旋流水口技术对连铸坯质量的提升效果与结晶器电磁搅拌相当。与结晶器电磁搅拌协同作用后,可进一步细化连铸方、圆坯的凝固组织,减轻宏观偏析缺陷。各钢铁企业可根据实际现场情况,选择不同结构的电磁旋流装置,并配合优化后的水口结构,以满足生产不同钢种连铸坯的质量要求。
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  方坯连铸永磁搅拌技术的发展现状与展望

  彭健飞, 曾杰, 王万林, 陈波涛, 杨文志

  连铸. 2022, 41(4): 16-20.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220060

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  电磁搅拌已经成为连铸工艺中改善铸坯质量的重要技术手段。相较于传统的三相交流电磁搅拌(EMS),基于烧结钕铁硼材料的旋转永磁体搅拌(PMS)具有磁感应强度较大、电能消耗低、结构较简单等优点。主要对比了电磁搅拌和永磁搅拌的技术特点,介绍了永磁搅拌在方坯连铸结晶器和凝固末端的应用现状;结晶器内永磁搅拌有效改善了铸坯的表面和内部质量,表面小孔缺陷明显减少,改善铸坯中心疏松和中心碳偏析;而应用于高碳钢连铸凝固末端,随着永磁搅拌磁体转速的增加,铸坯中心碳偏析指数明显降低,同时吨钢电能消耗仅约为传统电磁搅拌的15%。
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  脉冲电磁场下铝合金半连续铸造技术研究进展

  白庆伟, 邢淑清, 陈重毅, 刘永珍, 麻永林

  连铸. 2022, 41(4): 21-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220077

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  利用脉冲电磁场引起的力效应、热效应及磁势能可显著改善铝合金半连续铸造组织性能,同时,脉冲电磁铸造技术在绿色生产、智能控制等方面紧密契合“低碳冶金”的国家战略要求。综述了脉冲电磁场在铸造晶粒细化、微观结构演变及析出物细化3方面的研究成果,分析了脉冲电磁场特性与材料相变的耦合机制,提出了脉冲电磁场控制凝固、析出相变组织的初步构想,以满足高性能铝合金的质量要求。着重介绍了基于理论指导开发的熔体表面脉冲电磁场技术及其在7XXX(φ203)、6XXX(φ380)、Al-Si(φ120)等多规格半连续铸造的工业实践,脉冲电磁场有望在今后铸造、热处理等多个冶金环节发挥更大作用。
连铸工艺
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  板坯电磁加热中间包钢液流动特性和结构优化

  段鹏飞, 杨斌, 邓安元, 许秀杰, 王恩刚

  连铸. 2022, 41(4): 27-35.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220071

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  电磁加热中间包技术能有效补偿浇注钢液温降,实现恒温和低温浇注。为使电磁加热中间包技术能合理应用于双流板坯连铸,建立了相应的数学模型,研究了感应加热技术对中间包内流动和温度特性的影响。考察了挡墙-挡坝和通道角度等因素对钢液温度场和流动行为的影响。结果表明,通道式感应加热技术不能直接应用于双流板坯连铸,有必要优化中间包结构。电磁加热能显著提高中间包分配室内的钢液温度,但会产生短路流。挡墙-挡坝可有效减少短路流和均匀钢液温度。挡墙-挡坝与水口出口距离为0.5 m时,钢液流动状态较好,温度分布较均匀;增大通道展开角度不适用于双流板坯感应加热中间包。合理的加热功率模式可将浇注温度波动控制在5 K以内。
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  帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

  王朝辉, 罗森, 王卫领, 朱苗勇

  连铸. 2022, 41(4): 36-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210093

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  连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。
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  独立可调式组合电磁制动分析

  武军霞, 李壮, 马丹竹, 建伟伟

  连铸. 2022, 41(4): 43-49.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220047

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  为了有效控制高拉速板坯结晶器内钢液流动和复杂多相流行为,介绍了一种新型的独立可调式组合电磁制动技术(FAC-EMBr)。采用数值模拟方法对FAC-EMBr结晶器内的电磁场特性和新型磁场控流行为进行研究。数值模拟结果表明,FAC-EMBr的施加可以在结晶器的上、下回流区和弯月面区域形成均匀分布的磁场,进而对3个主要区域内钢液流动进行控制;水平磁极和立式磁极的共同作用可以显著降低钢液射流对结晶器窄面冲击强度,减小上回流和下回流钢液流速;与未施加电磁制动和施加EMBr ruler相比,施加FAC-EMBr后,弯月面波高降低至14.5 mm,即使在高拉速条件下(2.2 m/min),FAC-EMBr的施加也可达到有效的控流效果。
铸坯质量
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  电磁搅拌宽厚板结晶器内钢液流动和液面波动

  何建国, 邓安元, 许秀杰, 王恩刚

  连铸. 2022, 41(4): 50-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220052

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  为合理控制宽厚板结晶器内的钢液流动和液面波动,提高铸坯质量。通过数值模拟的方法研究了2 200 mm×250 mm连铸结晶器内的钢液流动和液面波动行为。考察了搅拌位置对流动和液面波动行为的影响规律。结果表明,电磁搅拌可增强上回流区域钢液流动,有利于均匀钢液成分和温度。电磁搅拌可使水口附近钢液的流速增加约0.04 m/s,增强了对水口附近钢液的搅拌。提高搅拌位置,搅拌产生的水平旋流增强了下返流流速,使熔池内下涡心位置上移。钢液的水平旋流使上返流发生偏转,减弱了上返流流速,降低了对液面的直接冲击,减小液面波动。适当提高电磁搅拌器位置有利于控制液面波动。电磁搅拌器中心位置Y=-0.1 m时,液面波动可由7.5 mm降低到3 mm以内,可减小液面卷渣,流场具有很好的对称性。
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  应用PMO提高低碳钢φ300 mm连铸圆坯心部质量

  查全超, 邓齐根, 张亚兵, 杨仁强, 李海

  连铸. 2022, 41(4): 59-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220045

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  在芜湖新兴φ300 mm圆坯连铸机上引入脉冲磁致振荡技术(Pulsed Magneto-Oscillation, 简称PMO)以提高铸坯心部质量,探索了PMO电源参数和连铸机拉速对低碳20钢连铸坯质量的影响。结果表明,采用合适的PMO参数处理可显著降低20钢径向碳分布,碳极差比对比坯平均降低50%,且效果稳定。不采用PMO技术,将连铸机拉速从0.75 m/min提高至0.85 m/min后,对比坯低倍不合格,碳极差达到0.12%。采用PMO技术的铸坯仍保持了较好的心部质量,碳极差降低至0.03%,生产效率提高13.3%。
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  PMO-EMS组合调控提高铸坯均质化应用实践

  李辉成, 杨谱, 刘海宁, 徐智帅, 豆乃远, 李莉娟

  连铸. 2022, 41(4): 66-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220073

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  脉冲磁致振荡(PMO)凝固均质化技术是通过促进形核并形成“结晶雨”细化凝固组织、提高铸坯均质化的一项原创技术。生产实践表明,该技术对提高连铸坯等轴晶率、降低偏析具有显著作用。将PMO与电磁搅拌(EMS)进行优化组合,利用EMS的搅拌作用,将PMO形成的“结晶雨”均匀分布于铸坯心部,消除等轴晶区偏心问题,从而大幅度提高铸坯组织对称性和均质化效果稳定性。结果表明,应用PMO-EMS组合调控技术可显著提高铸坯均质化水平,以轴承钢GCr15和齿轮钢20CrMnTi为例,等轴晶区对称性明显增加,偏析指数则可以分别控制在1.04和1.05以内。
技术交流
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  2.05 m/min高拉速低碳钢FC控流结晶器的应用

  罗衍昭, 何文远, 王少军, 周海忱, 季晨曦, 李海波

  连铸. 2022, 41(4): 72-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220086

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  板坯高速连铸因具有减少设备投资、增产增效和降低物料消耗的优势而受到越来越多的关注。为解决低碳钢浇铸周期与精炼周期的匹配问题和进一步提高生产效率,某钢厂开展了结晶器电磁制动参数优化的高速连铸工艺技术研究,施加磁场后,随着上线圈电流由模式A增加到模式C,结晶器表面的钢液流速由0.35 m/s减小至0.21 m/s,结晶器内上部流场流速减弱,在高拉速下可明显起到降低表面流速的作用,随着吹氩流量从12 L/min增加至20 L/min,钢液表面流速增加,随着水口浸入深度的增大,结晶器内的流场形态变化不明显,2.05 m/min拉速下夹杂物指数较1.8 m/min拉速夹杂物指数明显降低。
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  通道式感应加热中间包挡墙优化的物理模拟

  马志民, 王家辉, 方庆, 肖红, 易兵, 张华

  连铸. 2022, 41(4): 78-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220062

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  特种钢连铸对配备了通道感应加热技术的中间包内钢液均匀性和洁净度有着严格的要求。以国内某钢厂四流双通道感应加热中间包为对象,采用物理模拟方法对无挡墙、V型和八字型挡墙方案下中间包的流场和停留时间(Residence Time Distribution, RTD)曲线进行对比分析,从而获得最佳挡墙和导流孔结构。研究结果表明,使用八字型挡墙的中间包在平均停留时间和死区体积分数方面相比V型挡墙有很大的优势,其中最优方案为采用八字型挡墙两个导流孔的方案A2,其平均停留时间为707.7 s,死区体积分数为11.86%,方案A2相比原型中间包、V型挡墙四个导流孔的方案B1和B2、V型挡墙两个导流孔的方案C1和C2平均停留时间分别延长了223.4 s、122.1 s、117.2 s、85.3 s、68.4 s,死区体积分数分别减小了18.28%、15.24%、14.59%、10.64%、8.52%。