一種用于連鑄凝固末端的電磁攪拌器及其動態(tài)控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵連鑄生產(chǎn)領域，特別是用于連鑄生產(chǎn)中大斷面方(圓)坯的電磁攪拌器及其動態(tài)控制方法。
【背景技術】
[0002]在鋼鐵連鑄生產(chǎn)過程中，由于溶質(zhì)元素在固相和液相中溶解度的差異以及液相的擴散，溶質(zhì)元素不斷從固相中排除而富集于液相。連鑄坯在凝固過程中受到熱浮力、熱收縮、輥間鑄坯鼓肚變形等外力迫使液相的流動，造成富含偏析元素的液相聚集到鑄坯中心，最終形成中心偏析和中心縮孔，在大斷面鑄坯上表現(xiàn)尤其嚴重。連鑄坯的中心偏析和縮孔在后期的熱處理和軋制過程中很難消除，對鋼材的機械性能和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響。
[0003]電磁攪拌是通過產(chǎn)生交變磁場，在連鑄坯中誘導產(chǎn)生感應電流，感應電流與感應磁場交互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力作為一種體積力直接作用于單元體上，強迫鋼液流動，打斷兩相區(qū)內(nèi)交錯的枝晶搭接，促使富集的濃縮鋼液和枝晶的重新分布，從根本上改善兩相區(qū)鋼液的凝固過程，消除鑄坯中心偏析、中心疏松和V型偏析，從而達到改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的目的。目前電磁攪拌作為一種改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的有效手段，已廣泛地應用于鋼連鑄生產(chǎn)過程。
[0004]對于大斷面尺寸方(圓)坯連鑄生產(chǎn)，現(xiàn)在采用的凝固末端電磁攪拌器中心磁感強度普遍較小，最大磁感強度僅為60?75mT，在鑄還中產(chǎn)生的感應電磁力很弱。而在連鑄坯的凝固后期，鑄坯表面已經(jīng)形成一定厚度的固相坯殼，可攪拌的區(qū)域減?。辉谝合嘌ㄖ兄Р粩嘈魏瞬㈤L大，生長的枝晶相互接觸并搭接形成固體網(wǎng)絡，枝晶間液體流動阻力急劇增大。因此在連鑄坯凝固末端需要強大的電磁力驅(qū)動兩相區(qū)鋼液的流動，而目前的電磁攪拌器電磁力較弱無法有效地打破枝晶搭接、驅(qū)動兩相區(qū)鋼液的充分流動和溶質(zhì)元素的重新分布，對連鑄坯中心偏析和疏松的改善效果較差。在連鑄生產(chǎn)過程的由于鑄坯的非穩(wěn)態(tài)傳熱，凝固末端電磁攪拌區(qū)內(nèi)的連鑄坯坯殼厚度和中心固相率時刻在變，這樣給連鑄電磁攪拌效果的穩(wěn)定性帶來很大影響，影響鑄坯的成材率。
[0005]因此，有必要設計一種更好的電磁攪拌器，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決目前大斷面連鑄坯凝固末端電磁攪拌器攪拌能力不足的缺陷和連鑄坯末端電磁攪拌效果不穩(wěn)定的現(xiàn)象，提出一種強磁場、低能耗的電磁攪拌器及其動態(tài)調(diào)整方法，從而能夠有效的驅(qū)動連鑄坯兩相區(qū)鋼液的流動，促進枝晶和富集溶質(zhì)元素鋼液的重新分布，降低連鑄坯的中心偏析，穩(wěn)定鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種用于連鑄凝固末端的電磁攪拌器，包括內(nèi)筒，外筒，所述內(nèi)筒內(nèi)具有連鑄坯，所述內(nèi)筒與所述外筒之間設有直流電磁體，所述直流電磁體具有帶凸極的環(huán)形鐵芯及繞于所述環(huán)形鐵芯的線圈，所述直流電磁體被傳動裝置驅(qū)動繞所述內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)，在所述連鑄坯內(nèi)形成交變磁場。
[0009]進一步，在所述內(nèi)筒與所述外筒之間通入冷卻水以對所述直流電磁體進行冷卻。
[0010]進一步，所述直流電磁體的上下兩端分別設有上隔板和下隔板，兩者分別安裝有導輪與所述內(nèi)筒上的導軌接合，限制所述直流電磁體沿著所述內(nèi)筒壁面移動。
[0011]進一步，安裝于所述下隔板的導輪呈錐形，其與所述內(nèi)筒底部錐形的導軌接合。
[0012]進一步，所述傳動裝置包括安裝于上隔板的錐形齒槽，所述錐形齒槽與安裝在變頻電動機上的錐形齒輪相互作用，驅(qū)動所述直流電磁體旋轉(zhuǎn)。
[0013]進一步，所述線圈包括引導線圈和勵磁線圈，所述引導線圈纏繞于所述環(huán)形鐵芯的臂部，所述勵磁線圈纏繞于所述凸極上。
[0014]進一步，帶所述凸極的所述環(huán)形鐵芯采用高磁導率的硅鋼片疊加而成，所述凸極端面采用半圓弧設計。
[0015]一種采用上述電磁攪拌器的動態(tài)控制方法，包括:
[0016]a.采集連鑄工藝參數(shù)，獲取攪拌位置處連鑄坯坯殼厚度和中心固相率；
[0017]b.對比當前攪拌參數(shù)與最佳攪拌參數(shù)，若無差值，則保持所述電磁攪拌器內(nèi)的所述直流電磁體的電流和所述變頻電動機的轉(zhuǎn)速不變，若有差值，則調(diào)整所述所述直流電磁體的電流及/或所述變頻電動機的轉(zhuǎn)速。
[0018]進一步，步驟a中，在連鑄機上讀取鋼種、拉速、水量、過熱度等參數(shù)，在線計算連鑄坯凝固傳熱模型，進而獲取攪拌位置處連鑄坯坯殼厚度和中心固相率。
[0019]進一步，步驟a中的參數(shù)可直接由連鑄機控制系統(tǒng)讀取。
[0020]本發(fā)明與傳統(tǒng)的末端電磁攪拌器相比有顯著的優(yōu)點:
[0021]1.耗電量低，效率高:傳統(tǒng)末端電磁攪拌器大多是通過在克蘭母繞組或凸極型繞組上施加三相交流電產(chǎn)生交變磁場，因此在鐵芯中不可避免存在磁滯損耗和渦流損耗，此夕卜，線圈中的交變電流同時受到導線的電阻和線圈的電抗。采用直流電勵磁后，當線圈中的直流電達到穩(wěn)定水平后，鐵芯內(nèi)部磁場穩(wěn)定，不存在磁滯損耗、渦流損耗和線圈的電抗，直流電僅受到導線的自身電阻的阻礙，而線圈普遍采用的銅制導線，電阻很小，耗電量較小。變頻電動機驅(qū)動直流電磁體旋轉(zhuǎn)時，需克服阻力為電磁發(fā)生器旋轉(zhuǎn)的阻力，阻力很小。因此電磁攪拌器的耗能小，效率高。
[0022]2.磁場強度大:直流勵磁僅需要克服線圈電阻，線圈的穩(wěn)態(tài)電流較大，且采用環(huán)形鐵芯后內(nèi)部空間較大，安裝線圈較多，從而產(chǎn)生磁場強度較大。在環(huán)形鐵芯凸極端部采用半圓形型端口，將磁場集中于連鑄還。
[0023]3.操作性強:傳統(tǒng)電磁攪拌器的采用變頻器將工頻電降為低頻電輸入攪拌器，由于線圈電抗受頻率影響，電流頻率變化時，電流強度受到一定程度的影響。采用直流電磁攪拌器后，鑄坯內(nèi)磁場強度和磁場變化頻率可以單獨調(diào)節(jié)，互不干擾。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明連鑄過程示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明連鑄凝固末端的電磁攪拌器縱截面示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明連鑄凝固末端的電磁攪拌器橫截面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明連鑄凝固末端的電磁攪拌器的動態(tài)控制方法流程圖。
[0028]圖中，I一浸入式水口、2—結(jié)晶器、3—連鑄還、31—液相區(qū)、32—兩相區(qū)、33—還殼、4 一電磁攪拌器、41 一內(nèi)筒、411 一導軌、42 —外筒、43—直流電磁體、431—環(huán)形鐵芯、432—凸極、433—引導線圈、434—勵磁線圈、44一進水口、45 —出水口、46—上隔板、461—導輪、462—錐形齒槽、47—下隔板、48—變頻電動機、481—錐形齒輪、5—噴嘴。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0030]圖1是本發(fā)明大方坯連鑄過程示意圖，高溫液態(tài)鋼水通過浸入式水口 I進入結(jié)晶器2中進行一次冷卻，此時處于液相區(qū)31，冷卻后表面形成一定厚度的坯殼33從結(jié)晶器2拉出進入二冷區(qū)，在噴嘴5噴水的作用下進行二次冷卻，連鑄坯3坯殼33不斷增厚，液芯中的液相逐漸消失，液相穴為兩相區(qū)32。具有一定厚度坯殼33的鑄坯穿過凝固末端電磁攪拌器4，在交變磁場的作用下產(chǎn)生感應電磁力，強迫兩相區(qū)鋼液的流動和溶質(zhì)元素的重新分布，改善鑄坯內(nèi)部的凝固過程，降低中心偏析和疏松。
[0031]圖2是連鑄凝固末端的電磁攪拌器4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，電磁攪拌器4包括內(nèi)筒41，外筒42和位于兩者之間的直流電磁體43，其中連鑄坯3從內(nèi)筒41中穿過，電磁攪拌器4頂端和底端的分別設有進水口 44和出水口 45，進、出冷卻水對直流電磁體43進行冷卻，直流電磁體43的上端和下端分別栓接上隔板46和下隔板47，上隔板46和下隔板47均安裝有滾動的導輪461，導輪461與安裝在內(nèi)筒41上導軌411接合，使得直流電磁體43繞