连铸电磁搅拌工艺的优化与硬线钢铸坯质量的研究

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硬线钢的品种多样、用途广泛,主要用于加工低松弛预应力钢丝、钢丝绳、钢绞线等。其中,SWRH82B主要用来生产高强度预应力钢绞线。生产过程中发现,SWRH82B盘条在拉拔过程中经常因塑性不足而发生断裂,分析其发生原因是铸坯缺陷较严重。电磁搅拌能推动钢水做旋转运动,实现对铸坯凝固结构、成分偏析、夹杂物含量等的有效控制,从而提高连铸坯质量。  本文以国内某冶金企业Φ250mm圆坯硬线钢连铸机为研究平台,结合电磁搅拌器磁场分布测试、连铸坯凝固坯壳厚度测定、连铸坯低倍检验、枝晶显示、凝固组织形态、夹杂物分布等铸坯质量分析,研究结晶器电磁搅拌方式、搅拌强度、末端电磁搅拌器的安装位置及拉速等对铸坯质量的影响规律,并分析了连铸坯凝固机理、白亮带产生机理等,得到的结论如下:  (1)磁场分布测试表明:结晶器中心轴方向最大磁感应强度位于距结晶器上端780mm处;当电流强度480A时,最大磁感应强度约为550Gs。末端电磁搅拌器最大磁感应强度位于搅拌器中心偏下380mm处;磁感应强度随频率的增加而减小。  (2)凝固坯壳厚度测定表明:拉坯速度对凝固坯壳生长曲线有较大影响;末端电磁搅拌器安装位置距结晶器上部11.1m,拉速为1.0m/min时,通过末端电磁搅拌器的铸坯液芯直径为16mm左右。  (3)电磁搅拌工艺参数优化工业性实验结果表明:采用交替搅拌时,连铸坯易产生皮下裂纹,等轴晶率相对较低,仅为40%左右;当采用合理的连续搅拌参数,铸坯等轴晶率提高到50%以上,铸坯中心质量得到进一步改善,而且由于连续搅拌方式更有利于结晶器内钢液过热度的耗散和熔体温度的均匀化,减小初始凝固坯壳的温度梯度,使连铸坯皮下裂纹消失。  (4)当采用交替搅拌方式时,可显著减轻连铸坯的负偏析。但是,有时仍然产生四层环状分布的白亮带。通过理论分析认为,这是由于在结晶器电磁搅拌的有效作用区内,一定拉速下的铸坯,经历了4个交替搅拌周期,使铸坯的凝固速度(K)和有效扩散系数(Deff)发生周期性变化所造成的。  (5)铸坯中夹杂物主要是氧化物(Al2O3、 CrO等)以及硫化物(MnS和CaS),铸坯内夹杂物尺寸主要是以5μm以下的为主,少量10~20μm的夹杂物主要集中在皮下5~10mm范围内,连续搅拌比交替搅拌更能促进夹杂物的上浮,而提高拉速将会导致铸坯中夹杂物含量的增加。  (6)连续搅拌时,钢液的流速增加,层流边界层值(δ)变大,温度梯度(GL)增大,使两侧的温度分布和层流层分布呈不对称状态,这种不对称的温度分布是造成迎流侧、背流侧的过冷度不同,从而引起柱状晶倾斜生长。  (7)采用电磁搅拌后,钢液的温度增高,搅拌能力加强,使得夹杂物更容易发生布朗碰撞和湍流碰撞,长大上浮后的夹杂物容易在磁场的弱用区被凝固坯壳捕获。
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