末端電磁攪拌技術在連鑄生產中的應用分析

韓曉艷

摘要：本文主要針對八鋼150t轉爐連鑄為提高特鋼生產的品質，投入連鑄電磁攪拌系統。從技術特點、針對性的選型、功能介紹及效果對比等方面進行了全面分析。

關鍵詞：電磁攪拌;凝固;電磁力;漏磁;電導率;攪拌強度;鋼液粘度

2012年，八鋼第一煉鋼廠150t轉爐根據公司下達的生產任務，針對優鋼生產鑄坯內部質量仍然存在一些問題，如∶鑄坯存在中心偏析.中心疏松.縮孔.夾雜等缺陷。為了提高特鋼生產的品質，150t轉爐連鑄決定投人電磁攪拌系統。

電磁攪拌器技術特點

連鑄電磁攪拌器是一種工作在高溫高濕度及高塵渣等惡劣環境下的電氣設備，主要由產生電磁場的電磁感應器.保護電磁感應器的外殼體及冷卻電磁感應器的冷卻水路組成。具有以下特點∶1采用低電壓.大電流的設計方案，有效地防止高壓峰值對絕緣的破壞，延長攪拌器的使用壽命。2對L/D比值進行優化，適當加長攪拌器的長度∶3適當放寬電源頻率范圍。

4 適當降低攪拌器安裝位置，使彎月面附近的磁場盡可能小。5采用純凈水直冷式電磁攪拌器，漏磁少，中心磁感應強度高，攪拌效果好。

電磁攪拌結構的分類及性能比較∶

從電磁攪拌器所處安裝于連鑄機位置分∶結晶器電磁攪拌器：二冷區電磁攪拌器：凝固末端電磁攪拌器。

從電磁攪拌器所使用的冷卻方式分∶油一水冷卻電磁攪拌器：水直接浸泡冷卻式電磁攪拌器：空芯銅管純水內冷式電磁攪拌器。

現在方坯電磁攪拌普遍使用了結晶器電磁攪拌器，結晶器電磁攪拌器從結構上來講又分為兩類∶1.結晶器內置式電磁攪拌器：2.結晶器外置式電磁攪拌器。

針對以上電磁攪拌各種不同方式，采用的是M-EMs，從結晶器電磁攪拌器的結構上采用了結晶器內置式電磁攪拌器。

電磁攪拌的原理及分析∶

電磁攪拌的實質是借助在鑄坯的液相穴內感生電磁力強化液相穴內鋼水的運動，由此強化鋼水的對流.傳熱和傳質過程，從而控制鑄坯的凝固過程，對改善鑄坯質量起了重大的作用。影響連鑄電磁攪拌的冶金效果的主要因素在于∶_.電磁攪拌器能否提供足夠大的電磁推力。a.不同鋼種的末凝固鋼液需要多大的電磁推力。b.電磁攪拌的作用區域是否足夠大。c.電磁攪拌的安裝位置是否得當。

對電磁攪拌器本身而言其設計性能的高低就體現在對電磁推力的合理設計上，從理論模型加以適當簡化可得電磁推力的表達式為∶ed=1/2gVsBo2KsKd……①式中∶g—鋼液的電導率Vs—電磁攪拌器磁場的運行速度（Vs=2re，e頻率，r極距）Bo—電磁攪拌器表面磁場強度1/Ks—磁場的衰減系數（變量）Kd—磁場的漏磁系數

影響電磁推力大小的主要因素為∶_.電磁攪拌器的表面磁場（Bo）：a.電磁攪拌器磁場的運行速度（Vs）：b.電磁攪拌器的固有特征系數（Ks.Kd）：

c.鋼液的電導率（g）。

1. 電磁功率

從上面①式可知對電磁推力影響最大的是電磁攪拌器的表面磁場（Bo），而Bo是與電磁攪拌器的線圈安匝數（N.I）成正比的。通常，由于受安裝空間的限制同時也為了降低電磁功率，線圈匝數（N）不能加得太多，因此，怎樣最大限度的提高電流強度（I）就成為提高電磁推力的最有效途徑

2. 最佳頻率

從上面①式可知增加頻率（e）可增加電磁推力，但另一方面，增加頻率會引起磁場衰減系數（1/ks）變大，從而又減小電磁推力，因此電磁推力隨頻率的變化不是單調的，而是有一個最大值。

3. 鋼水導電率

不同鋼種，其鋼液導電率（g）是不同的，但相差不是很大，因此一般情況下，可以不予考慮。

4. 鋼液粘度

從力學原理上來講，電磁攪拌的過程，實質上就是電磁力克服鋼水粘

性力從而使鋼液產生運動的一種過程，不同鋼種，其粘性系數相差很大，因此所需電磁推力也是不同的，對碳結構鋼而言，主要取決于含C量，含C量越高所需電磁推力就越大，不銹鋼所需電磁推力比碳鋼要大1倍以上。具體應根據鋼種和鑄坯截面及安裝位置進行確定。

5. 合金元素的影響

合金元素的加人改變了凝固組織結構，不同化學成份的鋼水，其柱狀晶發展程度也不一樣，一般來講合金元素的成份越多，其柱狀晶就越發達，所需電磁力也越大。

6. 安裝位置的影響

按照電磁攪拌傳統的柱狀晶切斷機械模型理論，認為在二冷區內安裝電磁攪拌是改善鑄坯內部質量的最佳位置，但隨著結晶器電磁攪拌的使用，這種機械模型理論必須得到修正，由于鋼水的冷卻速度在結晶器上部最快，因此電磁攪拌安裝在結晶器上部效果是最好的。

效果∶

從電磁攪拌器實際運用的冶金效果分析可以看出.采用結晶器電磁攪拌器對改善鑄坯質量具有非常明顯的作用。在表面質量方面.采用M-EMs后.由于強力旋轉磁場的作用.部分上升的鋼液流股在結晶器內彎月面形成熱頂端.有利于保護渣均勻熔化填充，同時使夾雜物和氣泡充分上浮分離，從而獲得良好的鑄坯表面及表層質量，為熱送創造良好的先決條件。在內部質量方面，由于M-EMs強化了結晶器內傳熱，細化了凝固組織.抑制了結晶前沿的不均勻生長，同時為坯殼進人二冷區的繼續凝固創造了良好的基礎條件，最終將獲得優良的鑄坯質量。

結論∶在使用結晶器電磁攪拌技術后，控制鋼水在結晶器內的運動形態，減少皮下氣孔和裂紋.增加等軸晶區.減小成分偏析.減低鋼中夾渣.降低鋼的過熱度，鋼坯的質量得到了極大的改善。

參考文獻

1. 韓至成.電磁流體力學在冶金生產中的應用與研究[J].國外鋼鐵，1992，（11）∶1-10.

2. 韓至成.電磁冶金學[M].北京∶冶金出版社，2001，1-16