談電磁攪拌技術在煉鋼連鑄機中的應用

楊彬斌

摘 要：電磁攪拌技術是在冶金及鋼鐵制品生產中不可缺少的技術手段，現代化生產工藝中根據這一技術的基本原理進行合理改進，使其在實際生產效果中得到更好的提升。以作用形式作為區分，可以將電磁攪拌技術分為幾種不同類型，在實際生產中需按照要求與相應條件合理選擇。本研究對電磁攪拌技術的作用原理、工作參數及應用效果等展開分析，從而發現目前在煉鋼連鑄機應用中存在的不足，這為日后技術強化與完善提供了基礎和依據。

關鍵詞：電磁攪拌技術;連鑄;應用

中圖分類號：TF777.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0118-02

0 引言

鋼鐵行業在近些年的發展可謂是突飛猛進，在激烈競爭的國際市場中，我國鋼鐵行業的發展較為穩定。企業在生產中要對技術的應用嚴格控制，不僅要不斷開展新技術的探索，同時也要重視對已存在并應用的技術進行創新。連鑄電磁攪拌技術是一種重要的冶金技術，雖然在鋼鐵行業生產中較為成熟，但仍需要根據實際效果加以完善，從而提高鋼鐵制品的生產質量與效率。

1電磁攪拌技術的基本概述

1.1電磁攪拌技術的發展背景

在鋼鐵工業生產過程中，不同時期主要應用的技術手段也在不斷發生變化，其中電磁攪拌技術的出現就是由于鋼鐵生產所需而產生。這一技術最早源于瑞典，是根據電弧爐煉鋼工作中的需要產生，經過對工藝的改進與創新，這一技術也在不斷的成熟，最終被廣泛應用于煉鋼連鑄機。連鑄機在煉鋼過程中發揮著不容忽視的作用，這種工藝技術與傳統煉鋼相比更加簡單易操作，能夠有效避免一些繁瑣的工序，同時在最終的產品收得率中也有顯著提升，所以逐步代替傳統煉鋼方法。煉鋼連鑄機在生產過程中不僅能夠達到節約金屬材料的目的，同時也能較大程度上節省人力資源。電磁攪拌技術作為在連鑄機中應用的一種重要技術手段，經過多年在實際應用中的不斷嘗試與發現，各種類型的電磁攪拌器相繼出現，它們的共同目標與任務就是控制鋼液流動，從而使產品的質量與產出率在現有基礎上得到提高，二冷區電磁攪拌器、結晶器電磁攪拌器以及固化終端電磁攪拌器等都是較為常用的類型。

1.2電磁攪拌技術的發展現狀及主要應用

經過不斷的完善與實際應用驗證，電磁攪拌技術的理論研究方面已較為成熟，并在冶金工業中有著很高的應用價值[1]。近些年在生產制造業中，產品質量標準正隨著技術的強化而不斷提升，同時客戶對于產品質量的要求也是不斷推動生產方積極改進生產工藝與增強產品質量的重要因素。對于鋼鐵行業來說也是如此，其應用的電磁技術也經歷著更新與換代。現階段二冷區電磁攪拌技術的研究熱度較大，各國在對這一技術的應用中對攪拌方向嘗試各種改變，從而減少板坯夾雜物，提高鋼鐵的得出率與質量。出水口堵塞是生產過程中常會出現的問題，這種現象為鋼鐵行業帶來較大煩惱。經過對這一問題進行專項研究與模擬實驗后發現，攪拌位置為結晶器之間時可以有效帶動鋼液順利流出出水口，從而避免堵塞。這一技術不僅在鋼鐵行業中起到舉足輕重的作用，同時在其他金屬生產行業中也有著廣泛的應用。

2連鑄電磁攪拌技術的形式及原理

2.1兩級電磁攪拌

兩級電磁攪拌是出現較早的一種形式，一般用S-EMS來表示。這種技術的要點就是將攪拌器安裝于二冷區內，具體的位置是位于結晶器的下方。對這一類型的攪拌器進行細化區分還能分為三種，它們之間在設計、工作特點上存在較大不同。首先是插入式，這種設計對支撐輥的距離有一定要求，需要在兩個支撐輥之間插入攪拌器。但是這種攪拌器容易造成鑄坯表面凸起，所以需對連鑄機的弧度進行及時調控。輥后式也是十分常見的一種，這種攪拌器的構造較為簡單，但是由于攪拌器位置較遠容易造成效率較低的問題，從而在使用這種攪拌器時，生產過程中所需的電功率往往較大，進而生產成本過高。第三種是輥式，它的攪拌器距鑄坯較近，所以能避免工作電功率較大的問題。同時這種攪拌輥具有易于拆卸與安裝的特點，可以根據不同生產需求來調整攪拌速度，生產效率處于較高水平。

2.2模具電磁攪拌

這種攪拌形式也稱為結晶器電磁攪拌，通常用M-EMS來表示。從名字上可以看出，這種攪拌器的最大特點就是將攪拌器安裝于結晶器的位置上，對具體位置進一步區分有內置式與外置式兩種。攪拌器帶動結晶器附近的鋼液進行流動，能夠保證產生凝固的坯殼表面更加均勻，從而提高鑄坯的整體質量。內置式攪拌器位于結晶器內部，從而與鑄坯的距離很近，所以在工作效率上更具優勢。但是由于其與結晶器共同使用一套結構系統，所以對冷卻水的質量要求較高，這在一定程度上增加了生產成本。外置式攪拌器的位置在結晶器的外部，所以對冷卻水就沒有很高的要求，但是由于距鑄坯的距離相對較遠，在效率上低于內置式。在實際應用中可以根據實際條件與要求合理選擇。

2.3固化終端電磁攪拌

固化終端電磁攪拌用F-EMS來表示，其攪拌器的位置在二冷區的末端。這種電磁攪拌裝置與其他類型相比具有使用壽命較長、工作狀態穩定、運行安全等優點。同時由于其結構特點，在運行過程中所需要的冷卻水量較小，這在一定程度上節約了攪拌所需要的成本。這種電磁攪拌形式是在以往傳統類型的基礎上改進而來，具有較好的攪拌效果及工作效率，其發展前景十分可觀。

3電磁攪拌技術在煉鋼連鑄機中的應用效果

3.1凝固過程中熱力學方面

攪拌的基本作用就是為了使鋼液的流動速度得到控制，從而使其熱力學條件得到改變。從物理方面進行原理分析，當液體處于較高溫度時，液體無外界作用力處于靜態的散熱速度較慢，而利用外界的作用使液體成為流動狀態時，則散熱速度可以得到顯著提高。電磁攪拌器就是對鋼液進行外界力的施加，從而加快其內部的流動。電磁攪拌技術的應用使這一效果得到顯著改善，在提高流速的過程中降低鋼液的溫度。溫度是等軸晶生長的重要條件因素，從以往的試驗研究中可以發現，較低溫度下它才能快速生長。為了加快鋼液中等軸晶可以在較短時間內就能形成，降低鋼液的整體溫度不容忽視，而電磁攪拌則能夠為其達到這一目的提供必要條件，同時電磁攪拌與其他類型攪拌技術相比，內部裝置較為簡單，對于等軸晶的生長不會造成不利影響。另一方面溫度降低還可以使坯殼凝固所需要時間的縮短，使整個煉鋼連鑄過程的工作效率得到顯著提升。

3.2凝固過程中動力學方面

等軸晶的生長是煉鋼過程中的一個重要環節，在其形成與生長的過程中，很容易受到溫度、壓力等因素的影響。當不對環境條件進行控制時，容易造成等軸晶的生長速度不一致、生長位置不均一的情況，這對于是否能得到穩固的坯殼十分不利。所以想要得到分布排列較為緊密且距離均等較近的等軸晶就要利用電磁攪拌技術來加以控制。攪拌可以在動力學方面對等軸晶的生長加以干預，其位置對攪拌產生的作用力會產生一定影響，所以對實際效果進行分析選擇合理的位置尤為關鍵。當攪拌器以一定速度進行攪拌時，對于在其附近鋼液產生均勻一致的攪拌力，所以可以促進這一位置中等軸晶的形成，且可以為這些等軸晶提供一致的生長條件，最終得到穩固性較好的坯殼。

4電磁攪拌的相關參數

4.1電源頻率

在電磁攪拌器中，電源頻率是一項重要的參數，它在攪拌過程中會在一定的范圍內進行改變，從而間接調節電磁力的大小。選擇合適的電源頻率需要根據實際工作狀態進行不斷的實驗與嘗試，從而在綜合因素的影響下找到最適頻率。在對電源頻率進行設置的過程中還要考慮到安全方面，對于一些大型煉鋼連鑄機進行工作時，往往需要較大的電磁攪拌速度，但安全防護設備配套不完善等因素的限制造成不能為其提供較大的電源頻率，這時就要從改變電磁攪拌器的位置以及更換攪拌器類型的方面進行改進，而不能一味增大電源頻率。同時不同電源頻率也可能會使電磁攪拌器產生干擾信號，想要避免干擾信號對裝置正常工作的影響，就要利用有效的屏蔽裝置，從而保證電磁攪拌器的工作質量。

4.2電磁功率

在實際生產工作中電磁功率較大會造成成本過高，所以就要努力改變相關影響因素來降低電磁功率。其中最有效的方法就是提高電流強度，但是較大的電流強度會引發產熱等危險，所以需要加強冷卻設備的裝置。在以往的實際案例中，有很多企業在煉鋼過程中忽視了對煉鋼連鑄機進行相應冷卻設備的配套，以至于產生嚴重的生產安全事故，這種情況的發生不僅對企業自身的經濟效益受到重創，同時更是使生產線上工人生命安全的不負責，所以加強冷卻裝置等設備保護裝置的安裝與完善是企業應當重視的內容。同時線圈匝數與電磁功率也成正比，在合理的范圍內降低匝數也能取得相應的效果，這就需要生產技術人員根據實際的煉鋼效果以及文獻資料查詢等途徑進行合理控制。

4.3鋼液物理性質

對于鋼液來說，其所具備的物理性質也對電磁攪拌效果起到影響作用，其中粘度、導電率以及所含的合金元素類型等較為重要。根據這些物理性質的不同，對電磁攪拌器的類型以及工作狀態進行設定與調整，煉鋼質量才能得到進一步提高。技術人員在開展煉鋼工作時首先需要對鋼液的性質信息進行掌握，通過分析結果對設備進行有效調試，這其中就包括對電磁攪拌器的工作參數進行必要調整，使其在實際應用中能夠起到更好的工作效果。

5電磁攪拌技術在煉鋼連鑄機中應用存在的問題

技術創新仍是未來發展中的關鍵問題，近些年隨著自動化控制系統的出現與應用，進一步減小煉鋼工作中人員的壓力，許多工序都能通過自動化系統的控制來實現[2]。這進一步方便了煉鋼連鑄機中電磁攪拌技術的控制，通過控制系統下達的指令及時高效改變電磁攪拌器的工作狀態，從而得到更優質的鋼鐵產品。鼓勵新技術的應用是提高電磁攪拌技術在煉鋼連鑄機效果的基礎，也是下一步發展的重要目標。

6結語

鋼鐵是建筑、交通、機械制造等多種行業中必不可少的基礎性材料，所以鋼鐵工業的發展前景十分可觀。所以將提高電磁攪拌技術水平作為長期任務意義重大，使其在煉鋼過程中發揮更好的作用。

參考文獻

[1] 張波.電磁攪拌技術在連鑄生產中的應用[J].時代農機，2018，45（6）：196.

[2] 袁志剛，李建超，王寶峰.電磁攪拌技術應用存在的問題及探索[J].重型機械，2016（1）：16-18.