淺議電磁連鑄技術的現狀及發展趨勢

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

關鍵詞：電磁連鑄技術，現狀，發展趨勢

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現和解決，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展有著密切關系，因此其需要對技術研發的思路進行了解，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，以及加強原創性技術的研究，努力掌握核心技術，以提升企業的國際競爭力。

2、對電磁連鑄技術現狀的分析

電磁技術是20世紀70年代發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生裝置，通過電磁感應實現能量無接觸轉換，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域，改善結晶器的冷卻效果，實現初始凝固控制。

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連鑄過程中金屬、非金屬及金屬位移的檢測。

2.4、應用現狀

電磁技術發展迅速，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化生產。在理論研究方面，國內高校針對電磁技術數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。

在設備及現場應用方面，國內設備制造廠家協同鋼鐵企業進行了大量現場試驗，研發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鋼流控制系統可以根據鑄速的變化，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展

國內高校及鋼廠對電磁設備在使用過程中的參數優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，使設備處于最佳工作狀態，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展，人們對連鑄的質量越來越重視。市場經濟的發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。

參考文獻

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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的工作。