电机钢板铸造工艺的研究

　　工业用电工钢是重要的能源钢铁材料，分用于制造变压器铁芯和电机铁芯。电机钢主
要用于制造在旋转磁场中工作的电动机和发电机铁芯材料，应具有良好的电磁性能、工艺
性能和机械性能。在相当长的时期内，我国冷轧电机钢的生产不能满足机电、电子、发电工
业的迅速发展，进口量很大，其中既有生产技术原因，也有经济因素。为摸索冷轧电机钢
小板坯连铸的工业实验，本课题组开展了摸索采用普通钢铁生产流程生产带宽 500mm 以
下的小电机用低成本冷轧电机钢带的工业实验研究。本论文重点叙述其中小板坯连铸对中
间包、结晶器内部流场进行模拟计算和连铸生产实验结果。
　　1 小板坯连铸的工艺技术参数 1. 1 装备参数铸机机型为一机二流四点矫直全弧形板坯
连铸机，弧形半径为 R 6. 5 /8. 6 /12. 8 /25，铸坯断面为 180mm 495mm，结晶器铜板高度
为 850mm，冶金长度为 18. 03m.
　　1. 2 工艺参数连铸过程需采用全程保护浇铸。大包至中间包采用氩封长水口，内径
70mm；中间包加硅钢专用覆盖剂。钢水过热度控制在 10 30 ，中包温度控制在 1550 1580.
结晶器需加硅钢专用保护渣以防止增碳，喂铝线，并要求液面保持稳定，以防止卷渣。硅
钢导热性能比普通钢差，含硅量为 1. 0%的电机钢其导热系数为 0. 385J/cm s，故降低拉速
至 0. 8 1. 0m /m in，提高二冷水比水量至 0.8L /kg，以保证钢水的正常凝固冷却，并防止
铸坯表面出现瓦楞、内部出现气孔等缺陷。铸坯定尺保障卷重，取为 12m.
　　1. 3 钢液化学成分转炉冶炼选用铁水 C 含量 4. 28% 4. 62%  

， S 含量 0. 025% 0. 052%.

　　1. 4 物性参数低硅冷轧电机钢成分与普钢相近，故以其为对比参照物。液态 1600 时，
上述成分电机钢物性参数。
　　2 中间包内钢水流场模拟实验连铸是电机钢生产工艺中非常重要的一环，对铸坯成
分和板型有决定性作用。本实验采用 CFX 软件对连铸工序中间包和结晶器内部流场进行
数值模拟和虚拟计算，对比普钢与低硅电机钢不同生产工况下的流场性能指标，指导实
际的工业实验。
　　本实验小板坯连铸中间包公称容量 10，t 注入区和流出区之间没有挡墙和挡坝，冲
击区域 700mm 宽，比包底其它部位厚 200mm，以防治钢液注入是的冲刷。包中钢液公称
液面深度为 680mm，几何结构如所示。大包水口内径 70mm，水口浸入深度 200mm，中包
出水口内径 40mm.
　　针对不同拉速下的中间包内流场进行模拟，设计两组对比性实验。以考察中包稳态流
场、停留时间等指标。
　　1）低硅电机钢，拉速 1. 0m /m in；2）普钢，拉速 1. 4m /m in.
　　虚拟实验使用商用软件 ANSYS CFX 和 ANSYS ICEM CFD 工具，中间包内钢液稳态
流场的数值模拟每次计算时间约 4h，加示踪剂的刺激响应虚拟实验耗时约 6h，数据后处
理时间约 1h，典型的虚拟实验结果。
　　3 中间包钢水停留时间模拟实验实验后处理阶段加入示踪剂，以描述中间包流场钢
液的运动轨迹，并计算钢液实际平均停留时间，死区比例、滞止时间。
　　测量平均停留时间可以用类似于经典控制论中的脉冲刺激响应实验。在一个稳态的流
程中在某一时刻（t = 0）于反应器入口投入质量为 G 的示踪剂，在反映器的出口观察示
踪剂浓度 C 随时间的变化，可得到如所示的响应曲线。此脉冲实验表征了该反应器中流体
流动的宏观特征。
　　4 结晶器内钢水流动模拟实验实验生产小板坯尺寸 495 180mm，结晶器内部尺寸：上
口 510mm，下口 506mm，厚度 180mm.水口浸入深度 140mm，倾角 30 ，内径 20mm.结晶
器内部钢液公称液面深度为 770mm，几何结构如所示：笔者主要考察了结晶器内部流场