国内外电磁搅拌技术的发展与展望

[摘 要]总结了电磁搅拌技术的发展、作用及其在国内外的应用，分析了组合式电磁搅/多模式电磁搅拌、电磁制动技术及连铸的软接触技术的特点，提出了关于优化鞍钢主要连铸生产线的几点建议

[关键词]电磁搅拌 电磁制动 连铸

中图分类号：044 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0118-01c

1 前言

近20年来，我国的连铸生产发展迅猛。2004年，全国连铸坯产量2.65亿t，正在运行的连铸机近600台，连铸机的数量和连铸坯的产量已居世界第一。全连铸企业已达 198家，占总数217家钢铁企业的91.24% 。与我国钢铁工业在世界上的地位一样，我国是一个连铸生产大国，但还不是连铸技术强国。

随着连铸技术的应用和发展，连铸坯的质量越来越受到重视。近年来，超纯净钢的开发和应用对铸坯的质量、凝固组织和成分均匀化提出了更高的要求。电磁搅拌技术对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、降低夹杂物含量并促进成分均匀化具有重要作用。

2 电磁搅拌器的分类及搅拌效果

2.1 电磁搅拌的分类

电磁搅拌器可分为水平旋转搅拌器和线性搅拌器两大类，而线性搅拌器又可细分为垂直线性搅拌器和水平线性搅拌器：

（1）水平旋转搅拌器

水平旋转搅拌器围绕铸流设置，其运转象一个异步旋转电机的定子，驱动钢液水平旋转，多用于圆坯、方坯和小矩形坯。

（2）线性搅拌器

垂直线性搅拌器靠近铸流侧，其运转象一个线性异步电机的定子，钢水沿垂直方向旋转运动，适合于大断面的矩形坯水平线性搅拌器安装在铸坯侧，其运转像一个平直定子，适合于板坯内弧侧。

2.2 电磁搅拌器的布置位置

电磁搅拌器的布置位置有：中间包加热用电磁搅拌 H-EMS；结晶器电磁搅拌 M-EMS；二冷段电磁搅拌S-EMS；凝固末端电磁搅拌 F-EMS。

（1）中间包加热用电磁搅拌：使连铸过程中钢水的过热度保持在 30～40℃ 。其突出特点是利用非金属夹杂物与金属液之间导电性的差异，实现两者的分离。

（2）结晶器电磁搅拌： 安装在结晶器的下部，用于减少表面缺陷、皮下夹杂物、气孔和针孔，改善凝固组织，降低表面粗糙度，增加热送率，扩大钢种，适合于冷轧钢、弹簧钢、半镇静钢等钢种的浇铸。

（3）二冷段电磁搅拌：可以促进铸坯晶粒细化，一般与 M-EMS 组合使用。能够增加等轴晶率，减少中心缩孔和疏松， 少 中 心 偏 析 及 内减裂，放宽过热度，提高拉速，降低压缩比。适于生产厚板、普板、不锈钢、工具钢等钢种。

（4）凝固末端电磁搅拌 ： 一般在浇铸对碳偏析有严格要求的高碳钢时使用，安装在凝固末端附近，可减少中心缩孔和中心偏析，提高拉速，降低压缩比。

2.3 电磁搅拌的组合使用

连铸机上使用一种搅拌方式比较普遍，但当浇注中、高碳钢以及合金钢时，有可能浇注速度过快、过热度高、铸坯尺寸小等比较困难或特殊要求情况，单一的搅拌工艺往往不能使铸坯形成足够的等轴晶，中心疏松或中心偏析严重，使产品达不到质量要求。解决方法是将几种搅拌方式组合使用。

2.4 电磁搅拌的冶金效果

实践证明，合理的电磁搅拌能有效的改善铸坯的质量，扩大钢种，放宽工艺条件，尤其是大断面连铸及特殊钢连铸，电磁搅拌已成为必不可少的技术手段。

（1） 提高铸坯等轴晶率

（2） 改善铸坯的成分分布。

3 电磁搅拌技术的发展

3.1 电磁搅拌技术在国外的发展和应用情况

由传统的电磁搅拌技术向多模式电磁搅拌技术发展

3.2电磁搅拌技术在中国的发展和应用现状

我国20世纪70年代末才开始研究电磁搅拌技术，主要经历了3个阶段：

（1）20世纪70年代末至80年代中期，我国开始对电磁搅拌技术进行摸索和探讨，虽然经过试验及工业运行，但性能不太稳定。20世纪80年代中期，我国引进了一批特殊钢连铸机，都配有进口电磁搅拌装置，这虽然对我国连铸电磁搅拌技术的发展起到了一定的积极作用，但也说明我国当时还不具备制造高性能电磁搅拌装置的能力。

（2）20世纪80年代后期，电磁搅拌得到国家的高度重视。经过十多年的努力，我国电磁搅拌技术的研究终于取得了重大突破和进展。

（3）1997年，宝钢同其它单位合作，成功研制出了宝钢大板坯连铸 S-EMS，价格不到引进设备的1/3。宝钢S-EMS的研制成功标志着我国已经具备研制高性能电磁搅拌装置的能力，且具备了出口竞争的实力。

我国目前应用电磁搅拌器主要存在以下问题：

（1）工艺试验不足，未对工艺参数充分优化；

（2）功率不足，使用效果不够理想；

（3）存在水质处理问题；

（4）钢种不合适；

4 高拉速连铸坯质量控制的电磁制动技术

4.1 电磁制动 EMBR

电磁制动采用静态磁场来减弱钢流湍流和控制钢水流速。静态磁场作用在流动的钢水上产生感应电压，钢水流速越高，感应电压越高。这些电压在钢液中可以产生电流，感应电流和静态磁场作用会产生与钢水流动方向相反的制动力。钢水流速越高，制动力越大；控制弯月面钢水流速可减弱湍流，使弯月面钢水平稳，显著减少保护渣的卷入；减弱钢水向凝固壳的传热，提高弯月面钢水温度；改变结晶器中钢水流动的分配，使从水口流出的钢水穿透深度变浅，有利于夹杂物和气泡向弯月面上浮。

4.2 电磁制动的不足

钢水流动方式是保证钢质量的关键，结晶器应采内钢水的流动模式决定着板坯的质量用一种最佳模式。电磁制动在高拉速下取得显著效果，但其直流电磁体是“被动”仅能以一种与实际钢水速度成比例的制动作用制动流得太快的钢水。另外，其效果受板坯宽度、铸速、吹氩率和浸入式水口深度 / 设计的特殊影响，只能在特定的操作下产生好的效果。与此相反，交流磁场是“主动” 能实现浇铸操作的多功能性。

5 连铸的软接触技术

连铸的软接触技术借鉴了铝合金的无模电磁缺陷。电磁软接触通过结晶器的外侧施加交流磁场的作用，高频电磁场透过结晶器使液态金属与结晶器壁的接触压力减小，减轻了由于结晶器振动保护渣流入、流出时所造成的动压变化而引起的铸坯表面振痕。软接触电磁连铸技术自上世纪从理论到实验研究，从低熔80年代末开始开发点金属到直接进行钢的连铸试验，发展十分迅速。

实验表明，软接触技术电磁连铸技术在传统连铸机上的应用是可行的。但是，要真正实现工业应用还有一些关键技术需要攻克。

6 结论

（1）与单一位置搅拌相比较，组合式电磁搅拌在改进铸坯质量、减少中心偏析方面的效果更好。

（2）软接触电磁连铸技术是冶金工业新兴的前沿技术，实现工业应用还需攻克一些关键技术。

参考文献

毛斌等.《连续铸钢用电磁搅拌的理论与技术》

作者简介

孙程锦（1982，4-），女，汉族，冶金工程工程师，研究方向：冶金工程，辽宁大连，学历：大学本科。