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电磁冶金,助钢铁工业飞翔

[日期:2009-03-05] 来源:中国金属加工在线  发布: [字体: ]
    9月9日,为庆祝《电磁冶金技术及装备》一书出版发行,探讨电磁冶金技术在我国的发展现状和应用前景,由苏州振吴电炉有限公司与冶金工业出版社联合组织的电磁冶金技术及装备研讨会在苏州召开,来自哈尔滨工业大学、北京科技大学、中国科学院沈阳金属研究所等单位的38位专家、教授出席了会议。

电磁冶金成为21世纪新技术发展亮点

 

    会上,《电磁冶金技术及装备》一书的主编韩至成教授详细介绍了电磁冶金技术及装备在国内外的发展概况:电磁冶金是以电磁热流体力学理论为基础,研究冶金过程和材料制造的新兴工程学科。其实质是借助电流与磁场所形成的电磁力对材料加工处理过程中的表面形态、流动和传质等施加影响,以便有效地控制其变化和反应过程,改善材料的表面质量和组织结构的技术。电磁力可以通过不直接接触的方式传递到金属材料的内部,避免了空气和炉衬材料对金属的二次氧化,且电磁能源是一种清洁能源,不会污染环境,所以电磁冶金被认为是21世纪冶金技术发展的重要方向之一,是冶金新技术的一大亮点。

    电磁冶金具有多方面的功能,其中包括板形控制功能、流动控制功能、悬浮控制功能、雾化功能、电磁感应热生成功能、精炼功能、凝固组织控制功能、高能密集发生功能以及检测功能等,因此它的实际应用范围极其广泛。就当前国内外电磁冶金技术的发展而言,其大致分为3种情况:已广泛应用于工业化生产或正在工业化生产中得到初步应用,技术及装备水平均较成熟或趋于成熟,并朝着更高的水平发展;已经进行了实验室或完成了小型工业实验装置的开发与研究,为工业化生产奠定了相当的基础;已经有系统地或开始进行了某些领域基础理论方面的研究并已取得重要成果。

    电磁冶金技术和相关设备已实际广泛应用在下列8个方面:ASEA-SKF钢包精炼炉技术,炼钢连铸的电磁搅拌、铝熔炉的电磁搅拌,铝和铜合金的电磁铸造技术,中频感应炉的熔炼技术及其设备,真空感应熔炼技术及其设备,钢坯钢管及其他有色金属坯料的电磁感应加热技术与设备,直接感应熔炼玻璃化材料的高级冷坩埚技术与设备,电磁离心铸造技术。

    早在1965年,瑞典SKF公司的海莱伏斯钢厂(Hallefors)就建成了第一座ASEA-SKF钢包精炼炉。该精炼炉具有电磁搅拌、真空脱气和电弧加热功能,与其他精炼炉相比最显著的特点是采用电磁感应搅拌,设备由变压器、低频变频器以及感应搅拌器组成,通过水冷电缆将变压器二次电流送给变频器。感应搅拌变频器一般采用晶闸管式低频变频器,通过自动或手动方式调整频率。搅拌器主要有圆筒式和片式两种,搅拌器的不同布置可产生不同的搅拌效果。日本、美国、英国、意大利和我国都先后从瑞典引进过钢包精炼设备,容量从20吨到150吨不等。现在世界上约有100台左右的ASEA-SKF钢包精炼炉应用在实际生产中。

    一些电磁冶金技术已经进行实验室试验以及小型工业实验装置的开发与研究,为工业化生产奠定了基础,其中包括钢的软接触结晶器连铸技术、水冷坩埚悬浮熔炼技术、双辊薄带连铸机浇注系统固态堰与电磁堰结合的侧封技术、铝及钢液的电磁净化技术。

电磁冶金加速连铸技术更新换代

    连铸钢坯热直接轧制与中间包钢液电磁感应加热得益于电磁冶金技术的发展。据苏州振吴电炉有限公司董事长兼总经理朱兴发介绍,在连铸工艺发展的初期,铸坯断面较小,降温快,而且铸坯质量较差,在轧制前需要进行表面精整,故采用冷钢坯再加热轧制,但这样会浪费大量能源。国外经过长期研究,开发成功宽断面连铸板坯热送热装并直接轧制工艺,使连铸和连轧的紧凑化程度有效提高,可显著节约能源。连铸坯热送热装和直接轧制技术,利用了包括高温铸坯四角用电磁感应迅速加热温度补偿新技术在内的多项技术。

    我国为了提高生产效率,节约能源,对连铸坯热送热装技术愈发重视。但限于原有的设计条件,铸坯温度达到700摄氏度已很不容易,需要采取多种保温措施,对铸坯再加热多采用燃烧燃料的加热炉。苏州振吴电炉有限公司采用电磁感应在线快速加热铸坯的方法,取得很好的使用效果。这种方法的优点如下:钢坯在电磁感应炉内加热的时间比它在火焰炉内加热所需的时间短得多,不仅有利于减少铁损,而且能提高铸坯在轧制过程中的表面质量;采用电磁感应加热,在加热区没有燃烧生成物,从而有效避免了铸坯的氧化和脱碳,可以得到洁净的钢坯;感应加热炉没有燃烧产物,有利于环保且大大减少了热辐射;感应加热炉使用方便,可以快速精确地自动控制温度,而且节能;采用感应加热炉加热钢坯,其设备维护费远比火焰炉要小;感应加热钢坯可以较方便地加热超长钢坯,有利于实现半无头轧制,提高轧制效率。

    随着连铸技术的不断进步,用户对钢材质量要求的日益提高,节能降耗的需要以及炉外精炼与连铸工艺的衔接配套逐渐发展起来,连铸中间包钢液电磁感应加热和控制技术日益受到冶金界的重视。

    中间包感应加热有如下特点:加热速度快,电热效率高;某些类型还具有一定的电磁搅拌作用,有利于夹杂物的去除;过程温度控制方便,最关键的是可较为精确地控制浇铸钢液的过热度;加热功率大小受到中间包液位深度的限制,只有中间包内钢液积累到一定深度时,加热才能顺利地进行。中间包感应加热的方式主要有几种:按感应器类型可分为无芯感应加热和有芯感应加热,按感应器结构可分为坩埚式和隧道式(沟槽、熔沟)感应加热,按加热部分可分为局部加热和整体加热。苏州振吴电炉有限公司生产的8吨及14吨中间包电磁感应加热装置已被钢铁企业的水平连铸机配套使用。实践证明,中间包感应加热能够严格精确地控制钢液温度(误差范围仅为±5~6摄氏度),因而保证了钢坯的质量。此外,中间包调温时间也可适当延长,显示出感应加热的良好效果。弧形方坯连铸机采用电磁感应加热中间包后,出钢温度可以降低(例如可从1700摄氏度降至1650摄氏度),这不仅有利于提高炼钢(转炉、电弧炉或中频炉)炉衬寿命,而且能使连铸中钢液温度稳定,保证连铸钢坯的质量。

    会上,来自哈尔滨工业大学、中国科学院金属研究所、上海大学的有关教授分别作了关于电磁冶金技术与装备发展的学术报告。中国工程院院士傅恒志在《电磁冶金技术及装备》的序言中指出,推广应用先进的电磁冶金技术并提高其装备水平,不仅节约资源,减少环境污染,也使我国材料及制造业能够更好地满足航空、国防及民用工业等行业对多品种和高质量材料的迫切需求,使我国成为世界一流的冶金和材料工业强国。




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