随着连铸技术的快速发展,电磁搅拌技术应用越来越广泛,结晶器电磁搅拌是应用最为广泛的连铸电磁搅拌技术,电磁搅拌技术对提高连铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、改善夹杂物分布并促进成分均匀化具有重要作用。
采用0~350 A的结晶器电磁搅拌电流,铸坯横断面碳成分分布均比较均匀。因此,HRB335等低碳钢连铸结晶器电磁搅拌电流采用0~350 A,可满足连铸生产顺行和获得表面质量和内部优良的铸坯,以实施热送热装工艺的需要,具备开展低碳钢连铸电磁搅拌强度调整扩大试验的基本条件。
试验结果分析
由于铸坯的凝固过程是一个非平衡过程,凝固过程中固相和液相中溶质元素的再分配决定于溶质在固、液相的溶解度,由于溶质元素在固相中的溶解度低于在液相中的溶解度,因此凝固开始时,在固、液界面处就会发生溶质元素的析出和浓度的增加,溶质元素开始向液相扩散或移动,根据凝固界面处的溶质守恒原理,可导出液相中溶质浓度的表达式, 可见,凝固前沿的温度梯度越大,浓度梯度越大,α增大。GL越大.造成溶质元素的中心偏析越大;拉速增加,凝固速度降低,也是α增大,溶质元素的中心偏析增大。
在晶粒周围存在一个对流作用较弱的扩散边界层,过冷度包括由成分过冷引起的△Tc和温度过冷△Tt在这个微区内的温度和成分分布是控制晶粒生长行为的重要因素。在边界层中溶质浓度分布是从晶粒到液相逐渐降低,即存在局部的负的浓度梯度,因而液相线为由低到高。同时由于结晶潜热的释放,使得扩散边界层中温度从晶粒向液相也是渐低的,即存在负的温度梯度,因而晶粒可以通过向液相直接排出结晶潜热而不断长大。
使用结晶器电磁搅拌后,在电磁力的作用下,凝固前沿的液相对流会加剧,对以柱状晶生长的凝固前沿进行冲刷和清洗,凝固前沿的液相流动使母液与两相区的液体互相混合,使溶质浓度趋向均匀。这时,溶质元素在固、液相间的CS和CL不再服从平衡分配系数,而引入有效分配系数,
于是,电磁搅拌造成的液体流动对两相区的冲洗深度就决定于固相分率fs,处于结晶器位置的铸坯,凝固刚刚开始,此时的fs很小,Keff较大,接近于1,溶质元素是接近均匀分布的。
在搅拌过程中,将较冷的熔体带人熔体内部而将温度较高的熔体带来补充,从而延缓了这些部位温度的降低,推迟了表层稳定凝固壳层的形成。较冷的熔体进入内部,较热的熔体到表层受到冷却,这种混和作用加速了内部熔体温度的降低,从而使全部液态金属在一个相对较短的时间内降到凝固温度,整个熔体处于过冷状态而不只是表层,并且温度相对均匀。同时金属液体的紊流,使金属液中许多小的热起伏和成分起伏区域同时具备了形核条件,从而可以大量生核,并使得晶粒在熔体内部运动漂移过程中得以留存下来继续长大。