基於潔淨鋼高效生產的新型電磁冶金技術研究

《基於潔淨鋼高效生產的新型電磁冶金技術研究》是依託東北大學，由王強擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於潔淨鋼高效生產的新型電磁冶金技術研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：王強
• 依託單位：東北大學

中文摘要

改變我國鋼鐵工業低端鋼材產能過剩、高端產品不足，尤其是高品質鋼材生產技術嚴重缺乏的局面具有重要的戰略意義。面向潔淨鋼高效生產，本研究針對連鑄過程從鋼包到結晶器的工藝環節提出了鋼包電磁感應加熱出鋼技術、鋼包底部電磁防漩技術和浸入式水口電磁旋流技術等多項電磁冶金新技術。利用和鋼液成分相同或相近的鐵碳合金替代傳統引流砂，採用電磁感應加熱的方法熔化合金封堵層，實現自動開澆並顯著提高鋼的潔淨度。利用電磁力抵消鋼包底部誘發漩渦形成的力，降低漩渦臨界高度或實現無漩渦出鋼，大量減少下渣量並提高金屬收得率。對浸入式水口施加旋轉電磁力，使水口內鋼液旋轉，避免水口堵塞並均勻水口出流，直接改善結晶器內流場，抑制彎月面波動，防止卷渣並減少鋼坯夾雜物。針對不同問題，上述新技術可獨立或組合使用，實現潔淨鋼的高效生產。該項目有利於形成具有獨立智慧財產權的電磁冶金新技術，提高我國鋼鐵企業競爭力和自主創新能力。

結題摘要

改變我國高品質鋼材自主生產技術嚴重缺乏的局面具有重要的戰略意義。面向潔淨鋼高效生產，本項目針對連鑄過程從鋼包到結晶器的工藝環節，提出了鋼包電磁感應加熱出鋼技術、浸入式水口電磁旋流技術和鋼包底部電磁防漩技術等研究。電磁感應加熱出鋼技術中，利用和鋼液成分相同或相近的鐵碳合金替代傳統引流砂，採用電磁感應加熱的方法熔化合金封堵層，實現完全自動開澆並大幅提高鋼的潔淨度。建立了模擬電磁出鋼系統的磁-熱-結構耦合數值模型，搭建了實驗室和工業生產試驗裝置。闡明了鐵碳合金顆粒特性對固液界面位置與封堵層厚度的作用規律和作用機制，揭示了線圈和電源參數對電磁出鋼效果的影響規律。通過模鑄和連鑄工業實驗，解決了封堵層位置確定、電磁感應加熱效率等關鍵問題，驗證電磁出鋼技術和工藝及裝置的可行性，並成功進入成果轉化階段。浸入式水口電磁旋流技術中，通過施加旋轉電磁力使浸入式水口內鋼液旋轉，直接解決水口偏流問題，改善結晶器內流場和溫度場，提高鑄坯質量。分別針對圓坯、方坯和板坯連鑄，建立了模擬電磁旋流水口和結晶器內的磁場、流場、溫度場多場耦合數學模型，闡明了電磁旋流對浸入式水口及結晶器內鋼液流場、溫度場的影響規律和影響機制。在液態金屬實驗驗證的基礎上，利用自主開發的電磁旋流設備和工藝，成功實施了方坯和大圓坯的工業實驗，顯著提高了鑄坯的等軸晶比率，改善了巨觀偏析。鋼包底部電磁防漩技術中，提出利用電磁力等外力改變漩渦流場分布，降低漩渦臨界高度。通過理論分析、數值模擬和水模型實驗，揭示了鋼包底部漩渦的生成機理和抑制漩渦生成的影響因素及其作用機制，提出了利用電磁力和吹氣方式通過擾亂形成漩渦的流場進而抑制漩渦形成的技術原型。該項目形成了多項具有獨立智慧財產權的電磁冶金新技術，可獨立或組合使用，降低夾雜物引入而實現潔淨鋼高效生產，有利於提高我國鋼鐵企業競爭力和自主創新能力。