淺議電磁連鑄技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘 要：本文分析了電磁連鑄技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為電磁連鑄技術走持續(xù)、穩(wěn)定及健康的發(fā)展道路提供了一定的見解。

關鍵詞：電磁連鑄技術，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢

1、引言

電磁連鑄技術是一項綜合性的技術。其在連鑄過程中進行應用是一項系統(tǒng)工程。因為其在實際生產的過程中存在一定的問題而需要進行發(fā)現(xiàn)和解決，所以需要對其進行深入的探索。由于電磁連鑄技術和相關的學科進行交叉滲透，而且和科學技術的發(fā)展有著密切關系，因此其需要對技術研發(fā)的思路進行了解，以促進集成技術的進一步推廣。在生產中，電磁連鑄技術的冶金效果受多種因素影響，而且與裝備和工藝密切相關。在電磁連鑄技術的應用中，國外鋼鐵公司對其中的攪拌器的設計做了大量研究，既達到良好的冶金效果，又滿足使用靈活方便的要求，而且能降低投資和生產維護成本。同時國外對脈沖電磁和中間包電磁技術的研究也有了新的進展。國內電磁連鑄技術的研究雖然取得了顯著的進步，但是電磁裝備的設計與應用與國外還有差距。未來國內應當加大電磁裝備的自主研究設計，以及加強原創(chuàng)性技術的研究，努力掌握核心技術，以提升企業(yè)的國際競爭力。

2、對電磁連鑄技術現(xiàn)狀的分析

電磁技術是20世紀70年代發(fā)展起來的連鑄新技術。不同種類及安裝位置的電磁技術，可以起到不同的改善鑄坯質量的作用。其總體效果是：電磁攪拌能有效地改善鑄坯內部組織結構，增加等軸晶比率，促進鋼液中非金屬夾雜物上浮，減少中心偏析和縮孔等缺陷。結晶器電磁制動則是為了實現(xiàn)高拉速而設計。其目的在于減小鋼液的沖擊深度和減輕對板坯窄面的沖擊程度，利于夾雜物的上浮。多模式電磁攪拌能夠產生加速力或制動力，或使鋼水產生旋轉運動，根據(jù)鑄速的變化，加快或減小從浸入式水口流出的鋼水流速。此外，其還出現(xiàn)了脈沖電磁技術以及中間包電磁控技術等，均起到了改善鑄坯質量的作用。

2.1、電磁力效應在連鑄過程中的應用

電磁力學效應是利用不同形式磁場發(fā)生裝置，通過電磁感應實現(xiàn)能量無接觸轉換，將電磁能轉換成鋼液動能。連鑄過程中的應用包括電磁攪拌、電磁制動、電磁軟接觸、電磁脈沖等。在金屬流動的電磁控制中，電磁攪拌可加速、促進鋼液流動，而電磁制動借助電磁力可抑制鋼液流動。在鑄坯初始凝固過程的電磁控制中，電磁軟接觸及電磁脈沖通過電磁力作用于鑄坯初始凝固區(qū)域，改善結晶器的冷卻效果，實現(xiàn)初始凝固控制。

2.1.1、金屬流動的電磁控制

電磁攪拌使鋼液所產生的強制流動增強了固一液界面的對流換熱，減小了凝固前沿的溫度梯度，促進了等軸晶形成。其已經成為鋼鐵企業(yè)提高鑄坯質量及產品附加值的重要手段。

目前，國內的電磁攪拌技術在方坯連鑄應用方面覆蓋率較高，而且以結晶器電磁攪拌器為主。在生產中其多采用結晶器、二冷區(qū)和凝固末端攪拌組合方式。而板坯連鑄電磁攪拌的應用尚不普及。其主要是二冷區(qū)電磁攪拌，而且板坯結晶器的電磁攪拌器仍需從國外引進閉。在對鋼液流動的控制中，旋轉型電磁攪拌用于方坯、圓坯和異型坯，對板坯及寬厚比大的矩形坯則采用線性電磁攪拌。

2.1.2、初始凝固過程的電磁控制

在電磁攪拌中，電磁力作用于整個熔體，通過使枝晶臂折斷、破碎和增殖而影響枝晶生長過程。但由于電能效率低，二冷區(qū)攪拌有產生負偏析的趨勢。因此，基于連鑄坯表面缺陷產生的機理，將電磁力效應用于連鑄坯初始凝固控制，以改善凝固組織和性能，成為冶金工作者的研究熱點。

試驗研究表明：采用高頻電磁軟接觸連鑄技術生產的鑄坯表面光滑、內部晶粒細小。目前在鋁、銅合金的連鑄生產中已有應用。鋼連鑄主要面臨電力供應及結晶器構造方面的問題。為此，研究人員通過施加間歇式磁場、脈沖磁場、調幅磁場，在取得相同功效的情況下節(jié)約了電力。但該技術的成本仍然偏高。

2.2、電磁熱效應的應用

鑄坯在連鑄過程中存在不同程度的熱損失，產生較大的溫降，需要外部熱源補償鋼液或鑄坯溫度，以提高產品質量、穩(wěn)定生產。由于鋼是電的良導體，感應加熱的電能通過電磁感應傳輸給鋼水，電磁感應加熱也因此成為連鑄生產主要的外部補熱方式之一。

2.3、電磁檢測的應用

不同材料由于性能電阻率、磁導率等物理特性差異，在磁場中產生不同的感應電流，通過感應線圈阻抗或感應電流檢測即可實現(xiàn)連鑄過程中金屬、非金屬及金屬位移的檢測。

2.4、應用現(xiàn)狀

電磁技術發(fā)展迅速，其在連鑄機上的應用研究始終屬于活躍的領域，且已經被廣泛應用于工業(yè)化生產。在理論研究方面，國內高校針對電磁技術數(shù)值模擬展開了諸多研究。其利用有限元軟件，將鑄坯凝固機理與電磁技術進行了有機的融合，而且研究成果對實際應用具有一定指導作用，即應用更具針對性。

在設備及現(xiàn)場應用方面，國內設備制造廠家協(xié)同鋼鐵企業(yè)進行了大量現(xiàn)場試驗，研發(fā)具有自主知識產權的電磁設備，取代引進，而且在部分領域已達國際先進水平。

3、依靠技術進步，以促進電磁連鑄技術的發(fā)展

3.1、國外電磁技術的研究進展

3.1.1、電磁攪拌

電磁攪拌的發(fā)展與用戶對產品質量的要求密切相關。電磁攪拌已經成為先進鋼鐵企業(yè)生產高附加值產品、提高鑄坯質量的重要措施。在電磁設備的優(yōu)化設計方面，其主要是提高能量效率、增強攪拌效果、降低設備操作和維護費用等。

3.1.2、多模式電磁攪拌

多模式電磁攪拌是在同一臺連鑄機上將三種電磁攪拌功能（減速EMLS、加速EMLA和旋轉EMRS）結合起來。該技術多應用于日本和韓國的鋼廠。

JFE公司研制的“電磁液面加/減速器”（EMLA/EMLS），從中間包水口出口到結晶器窄面設置低頻交變磁場，使作用于鋼水的電磁力方向與磁場移動方向相同。該電磁設備主要由線圈和磁極構成，磁極沿著結晶器寬面移動。EMLA /EMLS鋼流控制系統(tǒng)可以根據(jù)鑄速的變化，加快或減小從浸入式水口流出的鋼水的流速，保證鋼水流經結晶器窄面的“死角”處。

3.2、國內電磁連鑄技術的發(fā)展

國內高校及鋼廠對電磁設備在使用過程中的參數(shù)優(yōu)化設置開展了深入研究。其通過模型計算等方法分析制定最佳的工藝參數(shù)，使設備處于最佳工作狀態(tài)，進而達到減少鑄坯皮下氣泡、內部裂紋和非金屬夾雜物，改善鑄坯中心偏析和疏松等目的，即為高附加值鋼種的開發(fā)及產品質量的提升奠定了基礎。中鋼公司采用三維有限元分析+對磁通量通道建模的方式，計算出磁通的發(fā)散情況和實際有效利用的磁通量大小，以及電流、鋼水滲透性、電導率、定子尺寸、結晶器銅板厚度等參數(shù)對電磁力的影響，從而確定合適的磁場強度。

已經用于“線性感應型”電磁攪拌器電磁力的分析預報，提高了攪拌效率，有利于攪拌器的日常操作和維護。某鋼廠對電磁冶金技術也開展了前沿性研究，而且取得了良好的效果。其在中間包應用脈沖電磁技術對鋼水進行處理。處理結果表明：鑄坯中心等軸晶的比例增大，即改善了鑄坯質量。

目前國內生產中應用的電磁裝備主要從國外引進。其對裝備的自主設計和制造與國外還有差距。在實際生產中，其應當在提高裝備冶金效果的同時，盡力簡化裝備操作、降低裝備運行及維護費用等。

4、結束語

隨著連鑄技術的不斷發(fā)展，人們對連鑄的質量越來越重視。市場經濟的發(fā)展使市場競爭日益激烈，而且各種用戶對鑄坯的質量有了更高的要求。如何提高鑄坯質量已經成為連鑄生產中研究的重要問題。連鑄過程中的技術對連鑄質量也有著直接的影響。因為電磁連鑄技術能顯著減少鑄坯缺陷、保證連鑄高效穩(wěn)定運行，所以其在國內外冶煉、連鑄以及檢測等冶金領域普遍的應用。電磁連鑄技術為改善鑄坯質量的研究提供了強有力的技術支持，而且已成為提升連鑄產品質量的重要保障。

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作者簡介：李永平（1981.09.28），男，助理工程師，主要從事鋁及鋁合金加工裝備的管理及技術研發(fā)的工作。