第25卷第3期东北大学学报(自然科学版)Vol.25,No.32004年3月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Mar.2004文章编号:1005-3026(2004)03-0239-04电磁搅拌对钢坯凝固过程中热工参数的影响王恩刚1,张宏丽2,邓安元1,赫冀成1(1.东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳110004;2.沈阳工程学院动力系,辽宁沈阳110036)摘要:采用自行设计的单侧冷却凝固实验装置进行了有无电磁搅拌作用下钢坯的凝固实验,并通过计算机数据采集系统对钢坯凝固过程中的各种热工参数进行了实时测试和分析·研究结果表明:施加电磁搅拌以后,钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加,促进了铸型内钢液过热的耗散,使得钢坯内的温度分布趋于均匀,降低了凝固前沿的温度梯度·这不仅抑制了柱状晶的发展,同时易于在钢液内部同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成,使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用下的47%提高到76%·这也说明了电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一·关键词:电磁搅拌;凝固;等轴晶;热流量;冷却速度;计算机数据采集;钢坯中图分类号:TF777.3文献标识码:A超级钢的开发[1]要求连铸能够提供成分均匀、量分数,%)为C0.17,Si0.18,Mn0.35,P高等轴晶比率的钢坯,以提高轧材的性能·电磁搅0.018,S0.027·本实验自行设计的单侧冷却实验拌技术作为提高铸坯等轴晶比率、改善铸坯内部质系统如图1所示·其中铸型尺寸为160mm×55量的重要手段之一,对改善连铸坯凝固组织发挥了mm×300mm·单侧冷却实验装置的冷却面为强[2～5]显著作用·近些年来,随着连铸比的不断提高制通水冷却的铜板,其他面采用性能较好的耐火及连铸生产品种的不断扩大,特别是一些特殊钢由材料和保温材料,以形成绝热面·钢料经中频感应模铸生产转为连铸生产,对电磁搅拌工艺提出了新炉内熔化后,在浇包内采用快速热电偶测温,达到的要求,需要对其细化凝固组织的作用机理和规律所需的浇注温度后进行浇铸·线性电磁搅拌器设进行新的认识,以对电磁搅拌工艺和设备的设计提置在铸型的一侧,对铸坯进行单侧向上的电磁搅[6,7]供基础资料·然而,多年来对于电磁搅拌促进等拌·[8,9]轴晶形成的作用机理说法不一·而且关于电磁搅拌作用下钢坯凝固过程中热工参数的测试和变化规律的研究还很少·为此,本文在此方面进行了尝试,在实验室条件下采用自行设计的单侧冷却实验装置进行了钢坯的浇铸实验,并通过实时计算机数据采集系统对单侧冷却面的进出水温度和流量,以及铸坯内部不同位置的温度进行了实时测量,从而对电磁搅拌作用下钢坯凝固过程中各热工参数的变化规律进行了研究·1实验条件图1实验装置示意图实验钢种为低碳钢Q235,其主要化学成分(质Fig.1Schematicofexperimentalsetup收稿日期:2003-08-28基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1998061510);国家高技术研究发展计划项目(2001AA337040);国家自然科学基金资助项目(50274023)·作者简介:王恩刚(1962-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士;赫冀成(1943-),男(满族),辽宁瓦房店人,东北大学教授,博士生导师·240东北大学学报(自然科学版)第25卷3在钢坯凝固过程中,采用实时计算机数据采为1570℃,冷却水流量为3.7m/h)·由图可见,集系统对冷却水进出口温度、冷却水流量及铸坯在无电磁搅拌作用时,在浇注后39s左右冷却水内6个点的温度进行了实时测量,以研究其热工温度升至最高点,最大温升为9.2℃·而在有电磁参数的变化规律·搅拌作用时,在浇注后30s时温度升至最高点,最大温升为14.5℃根据冷却水的温升,可以按2结果与讨论·式(1)确定某一时间段内铸型的平均热流量222.1电磁搅拌对铸坯热流量的影响QQctdAtd热流量=∫ρp(τ)τ=∫(τ)τ·(1)图2为钢坯凝固过程中测试的有、无电磁搅11拌作用下冷却水温升的动态变化曲线(浇铸温度式中,ρ为水的密度;Q为冷却水流量;cp为冷却水的比热;A为常数·表1为有、无电磁搅拌作用下铸坯在各时段的平均热量变化情况(浇铸温度为1570℃,冷却3水流量为3.7m/h)·在没有电磁搅拌的情况下,铸型的平均热流量较低,热量耗散速度较慢;而在有电磁搅拌作用下,在搅拌0～120s时间内热量释放较快,而后由于铸坯温度整体降低,与冷却面之间的换热减少,放热逐渐趋于缓慢·测试结果表明,在浇铸后的10