當代電磁冶金技術的現狀與前景

【摘要】：概述了電磁冶金的發展歷程，著重介紹了以電磁攪拌技術為基礎的電磁攪拌的裝置、工作原理及類型。詳細論述了電磁連鑄中的多種技術，介紹了尖端科技冷坩堝電磁冶金技術。最后對未來我國電磁冶金技術的發展方向做出展望。

【關鍵詞】：電磁攪拌技術；軟接觸電磁連鑄技術；冷坩堝技術；應用；展望

電磁冶金，材料的電磁工藝，這是近代冶金與材料造就的一項全新技術，正在影響著新時代的冶金人。這項技術在創新發展的同時，也在為傳統冶金工業注入新的力量，從此電磁冶金技術在整個冶金工業甚至經濟發展上有著極其重要的地位，尤其是電磁冶金中的冷坩堝技術更是被科技大國視為尖端技術。

1.電磁攪拌技術的產生

在1982年，英國劍橋大學首次召開了由IUTAM主持的磁流體力學在冶金中應用的國際會議。對當時日本國內的冶金行業產生了極為深刻的影響，這個\"新技術”使日本科學家對冶金有了進一步的認識，并且開始嘗試將磁流體力學應用到冶金領域中，將其命名為\"電磁冶金”。1985年日本國內成立了鋼鐵協會電磁冶金委員會，電磁冶金從此成為獨立的學科！同時世界多國也開始對電磁冶金技術展開深入探索。

2.電磁攪拌技術理論

2.1電磁冶金概論

電磁冶金即材料的電磁處理，是借助電磁力對正在加工的材料產生影響從而控制反應提高材料質地的技術，同時也是一門新興的工程學科。 電磁力產生的能量是一種可持續發展的低污染的能源，電磁冶金被各國視為本世紀最值得發展的尖端技術之一。

2.2電磁攪拌類型

電磁攪拌當前共有四種類型，分別是移動磁場產生的電磁感應攪拌、固定磁場產生的電磁攪拌、行波磁場電磁攪拌和加電后產生的電磁攪拌。[1]

2.3電磁攪拌裝置的工作原理以及裝置類型

目前連鑄機使用最多的電磁攪拌裝置主要有兩種：旋轉磁場型、直線移動磁場型。這兩種攪拌裝置與感生電動勢原理類似，可以產生感應電流，這種感應電流受到電磁場的作用產生電磁力。

3.電磁技術在冶金行業中的應用

3.1電磁連鑄

電磁冶金技術是20世紀最偉大的發現之一，電磁連鑄是電磁冶金應用最多的技術，隨后又發展出了多種電磁冶金技術，他們之間相互聯系，相輔相成，經過幾十年的磨合之后形成了現代電磁連鑄技術。

3.2電磁制動

（1）原理：直流感應在鋼水中產生的磁力方向與從中間包水口流出來的鋼液方向相反，借此可以減小鋼液對側壁凝固殼的沖擊和在液穴內的浸入深度，促使夾雜物上浮分離，這正好與鋼水的運動方向相反，對鋼水起制動作用，從而形成了電磁制動。

3.3軟接觸電磁連鑄技術

3.3.1軟接觸電磁連鑄技術是由不斷進行電磁變化的結晶器來實現鋼坯的連鑄的技術，基本理論為麥克斯韋方程組。軟接觸技術可以有效解決鋼坯表面振痕、表面裂紋、非金屬夾雜物和氣泡等問題。實現軟接觸條件下的電磁連鑄。

3.3.2軟接觸電磁連鑄對結晶器的質量要求：在軟接觸電磁連鑄過程中，對于結晶器的質量水平要求極為嚴苛，因為結晶器的能力決定了整個連鑄反應的成敗，沒有高水平的結晶器就無法使連鑄反應安全發生。在鋼的連鑄過程中，需要的電磁壓力非常大，同時也就意味著對軟接觸結晶器的質量要求更為嚴格，因為只有高水平的結晶器才能有效提高結晶器的透磁率，使磁場分布合理。[2]

3.3.3軟接觸鋼的電磁連鑄結晶器的結構特點：對于電磁軟接觸連鑄的頻率選擇，可選用低頻、高頻或者更高頻率的超高額。超高頻的電磁技術可獲得穩定的彎月面，圓坯和方坯的電磁軟接觸連鑄一般采用超高頻電磁連鑄技術。雖然超高頻電磁連鑄技術已經得到了長足發展，可是在目前工業的實際應用中依然存在很多問題，這些問題也困擾著電磁冶金實現質的飛躍。如果要讓電磁冶金技術的效率達到最大值，我們就必須對那些存在的問題完全解決，實現技術的絕對應用，得到最高的收益。

4.冷坩堝

冷坩堝電磁冶金技術是開發特種材料的新技術，多年來，在幾代科學家們的不斷探索下，已經開展了大量的基礎實驗，并且將此技術投入到工業生產中。冷坩堝技術已經在多種特殊材料的研發中加以使用，也在一定程度上代表一個國家的科技發展水平。電磁冶金技術在一個國家的制造業領域之中扮演著絕對重要的角色。實質：水冷坩堝炫富熔煉是一種用以制取高熔點、高純度和極為活潑金屬或非金屬材料的有效方法。

冷坩堝電磁冶金的主要特點是分瓣感應加熱和坩堝水冷控溫，通過調節感應和水冷參數來控制凝殼的厚度及熱平衡。

坩堝的分瓣形狀對透磁性產生顯著的影響，三角形分瓣時磁流密度最大，方形分瓣時磁流密度最小，分瓣數和分瓣形狀這些都會影響冷坩堝的電熱性能。坩堝的質量對于坩堝的工作效率有著一定的影響，減少坩堝的重量可以講的磁場能的損耗。冷坩堝的開縫寬度也會對電熱性能產生影響，寬度增大會使透過的電磁場變強，這樣可以提升懸浮熔煉的能效，但寬度過大也會造成金屬熔體的泄露，最終導致縫間的材料被燒蝕。。切縫寬度的增加，材料表面的磁通密度變大，主要集中于切縫附近。[3]

5.未來我國電磁冶金技術的發展方向展望

電磁冶金技術在科學史上算是一項新技術，也可以說是由電磁與冶金的結合而產生的，這是人類歷史中的又一次偉大創新，同時它也在各國之間產生一些深遠的影響，比如經濟、文化、軍事等方面。我國的電磁攪拌技術在上世紀80年代開始發展，經過了近半個世紀的探索，已經取得了一些值得稱贊的成就，這是在幾代科學家們嘔心瀝血不斷努力下鉆研出的\"無價科技”，同時也使我國電磁冶金技術有了很好的發展前景。通過多年的探究，電磁攪拌技術在很多領域都有著應用，也取得了良好的效果，這項技術最大的優點是它始終可以成為使新科技誕生的源動力。我們要敢于對電磁攪拌技術進行創新發展，讓它在新時代的科學廣場迸發出更強大的力量。

參考文獻：

[1]韓至成著，電磁冶金學[M].冶金工業出版社，2001.

[2]王瑋，王強，鄧安元，等.鋼的軟接觸電磁結晶器的研究進展[J].鑄造，2003 ，52（6）.

[3]韓至成著.電磁冶金技術及裝備[M]. 冶金工業出版社，2008.