电磁出钢系统用线圈制备与加热效果分析

发布时间：2020-06-30 23:36

【摘要】：钢包出钢系统是保证连铸生产顺利进行的重要环节。新型电磁出钢技术使用与钢液成分相近或相同的Fe-C合金颗粒来替代引流砂,利用置入钢包底部的感应加热线圈来迅速熔化水口内的Fe-C合金从而实现钢包自动开浇的目的。与传统的出钢方式相比,电磁出钢技术不仅可以使钢包的自动开浇率达到100%,还避免了引流砂对钢液及环境的污染,进而增强了企业的市场竞争力。电磁出钢系统需要在钢包底部布置感应加热线圈以熔化水口内的Fe-C合金。然而生产所使用的大型钢包底部的工况较为恶劣,普通的感应加热线圈无法满足该工况要求。为了找到一种可用于工业生产的、电磁出钢系统所用的感应加热线圈,本文首先设计了线圈的成分、制备了线圈原材料、改进了线圈结构并完成了线圈的成型,同时通过热态模拟实验初步分析了线圈的加热效果;此后对某钢厂生产所用的80t钢包进行电磁出钢技术改造并在此基础上完成了线圈的在线测试,考察了线圈的使用效果;最后根据线圈的在线测试结果对线圈进行了系统优化。本文的主要结论如下:(1)通过对比目前感应加热用线圈材料与类似工作环境的服役部件材料,选择Cu-Cr-Zr三元合金材料做电磁出钢用线圈的原材料,并根据相图与该合金的常用成分值设计了线圈的目标成分为Cu-0.4Cr-0.2Zr。按照该成分要求在某冶金设备厂进行了真空熔铸,并通过热处理获得了线圈原材料。最后分析得出成分与性能测定均满足设计要求。(2)根据电磁出钢技术对线圈的加热效果、环境温度、散热等要求,设计了可用于工业生产的线圈的形状及结构尺寸(截面尺寸20×10X2mm,内径d=250mm,高度h=130mm,匝数n=9)。根据上述形状和尺寸要求,在参考目前感应加热用无氧纯铜线圈的制备方法与矩形焊缝式钢管成型方法的基础上,完成了线圈的成型。此后对成型线圈进行性能测定,结果满足设计要求。(3)根据电磁出钢系统的工艺要求制备了新系统所用座砖(内置感应加热线圈),并以此为基础进行了高温模拟实验。结果表明,进行55kW高功率加载120s后可以将烧结层Fe-C合金温度升高到烧结温度以上并熔化,实现模拟状态下的钢包开浇。(4)对某钢厂生产所用的80t钢包进行电磁出钢技术改造,并在此基础上进行了现场工业实验。实验结果表明,置入装有线圈的座砖后,正常运行至浇铸位后线圈加载功率并通气冷却,打开滑板后松散的Fe-C合金下落,20kW功率加载5min,线圈稳定运行。继续进行钢包盛钢正常作业,钢包检修时打开座砖线圈烧断失效,线圈需要进一步优化。(5)针对线圈材料的高温耐受性不足出现连续作业时效的问题,对材料进行了成分与热处理工艺的优化。高合金添加量的材料Cu-0.6Cr-0.2Zr,经过980℃×1h的固溶处理后水淬,经过50%冷变形和450℃/6h时效处理后获得最佳的性能,超过未处理前和Cu-0.4Cr-0.2Zr。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF777
【图文】：

示意图,模铸,示意图,连铸

ＳＩＳＧ３５０２的高碳硬线钢、德国蒂森钢铁公司、以瑞典Ｏ－ＶＡＫＯ公司为代表的“ＵＨＰＥＡＦ逡逑—ＬＦ—１Ｃ”轴承钢；日本山阳特殊钢厂、中国大同特殊钢公司的齿轮钢；中国本钢特钢、逡逑太钢的不锈钢；以及重轨钢、弹簧钢和石油用管线钢等［３］。图１．１为模铸的示意图。逡逑ＨＺＺＺ５邋１逦１—１逦１邋小钢＆逡逑２邋水口逡逑３中柱管逡逑Ｉ丨＿１逦４钢症模逡逑：：邋Ｍ逦５邋底盘逡逑（ａ）：上注法：逦０＞＞ｓ下注法逡逑图１．１模铸示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｏｌｄ邋ｃａｓｔｉｎｇ逡逑早在１９世纪中期贝塞麦就提出了连续浇铸液态金属的设想。由于当时科学水平的逡逑限制，未能应用于工业生产。直到１９３３年，现代连铸的奠基人容汉斯提出并发展了结逡逑晶器振动装置之后，才奠定了连铸技术在工业应用上的基础。从２０世纪３０年代开始，逡逑连铸也成功地应用于有色金属生产。从２０世纪５０年代起连铸开始用于钢铁工业生产，逡逑之后就进入了连铸全盛发展的时期。连铸技术是当代钢铁工业发展的一个非常引人注目逡逑的动向。连铸之所以发展如此迅速，主要是它与传统的钢锭模浇铸技术相比具有较大的逡逑技术经济优越性，主要表现在以下几个方面。逡逑（１）

示意图,连铸机,结构示意图,连铸

【参考文献】