摘 要：本文分析了電磁連鑄技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為電磁連鑄技術(shù)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(guān)鍵詞：電磁連鑄技術(shù)，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢

1、引言

電磁連鑄技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)。其在連鑄過程中進(jìn)行應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。因?yàn)槠湓趯?shí)際生產(chǎn)的過程中存在一定的問題而需要進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和解決，所以需要對其進(jìn)行深入的探索。由于電磁連鑄技術(shù)和相關(guān)的學(xué)科進(jìn)行交叉滲透，而且和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著密切關(guān)系，因此其需要對技術(shù)研發(fā)的思路進(jìn)行了解，以促進(jìn)集成技術(shù)的進(jìn)一步推廣。在生產(chǎn)中，電磁連鑄技術(shù)的冶金效果受多種因素影響，而且與裝備和工藝密切相關(guān)。在電磁連鑄技術(shù)的應(yīng)用中，國外鋼鐵公司對其中的攪拌器的設(shè)計(jì)做了大量研究，既達(dá)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(chǎn)維護(hù)成本。同時(shí)國外對脈沖電磁和中間包電磁技術(shù)的研究也有了新的進(jìn)展。國內(nèi)電磁連鑄技術(shù)的研究雖然取得了顯著的進(jìn)步，但是電磁裝備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用與國外還有差距。未來國內(nèi)應(yīng)當(dāng)加大電磁裝備的自主研究設(shè)計(jì)，以及加強(qiáng)原創(chuàng)性技術(shù)的研究，努力掌握核心技術(shù)，以提升企業(yè)的國際競爭力。

2、對電磁連鑄技術(shù)現(xiàn)狀的分析

電磁技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的連鑄新技術(shù)。不同種類及安裝位置的電磁技術(shù)，可以起到不同的改善鑄坯質(zhì)量的作用。其總體效果是：電磁攪拌能有效地改善鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，增加等軸晶比率，促進(jìn)鋼液中非金屬夾雜物上浮，減少中心偏析和縮孔等缺陷。結(jié)晶器電磁制動(dòng)則是為了實(shí)現(xiàn)高拉速而設(shè)計(jì)。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(chǎn)生加速力或制動(dòng)力，或使鋼水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(shù)以及中間包電磁控技術(shù)等，均起到了改善鑄坯質(zhì)量的作用。

2.1、電磁力效應(yīng)在連鑄過程中的應(yīng)用

電磁力學(xué)效應(yīng)是利用不同形式磁場發(fā)生裝置，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量無接觸轉(zhuǎn)換，將電磁能轉(zhuǎn)換成鋼液動(dòng)能。連鑄過程中的應(yīng)用包括電磁攪拌、電磁制動(dòng)、電磁軟接觸、電磁脈沖等。在金屬流動(dòng)的電磁控制中，電磁攪拌可加速、促進(jìn)鋼液流動(dòng)，而電磁制動(dòng)借助電磁力可抑制鋼液流動(dòng)。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(jié)晶器的冷卻效果，實(shí)現(xiàn)初始凝固控制。

2.1.1、金屬流動(dòng)的電磁控制

電磁攪拌使鋼液所產(chǎn)生的強(qiáng)制流動(dòng)增強(qiáng)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(jìn)了等軸晶形成。其已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)提高鑄坯質(zhì)量及產(chǎn)品附加值的重要手段。

目前，國內(nèi)的電磁攪拌技術(shù)在方坯連鑄應(yīng)用方面覆蓋率較高，而且以結(jié)晶器電磁攪拌器為主。在生產(chǎn)中其多采用結(jié)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(yīng)用尚不普及。其主要是二冷區(qū)電磁攪拌，而且板坯結(jié)晶器的電磁攪拌器仍需從國外引進(jìn)閉。在對鋼液流動(dòng)的控制中，旋轉(zhuǎn)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(gè)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(chǎn)生負(fù)偏析的趨勢。因此，基于連鑄坯表面缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，將電磁力效應(yīng)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(diǎn)。

試驗(yàn)研究表明：采用高頻電磁軟接觸連鑄技術(shù)生產(chǎn)的鑄坯表面光滑、內(nèi)部晶粒細(xì)小。目前在鋁、銅合金的連鑄生產(chǎn)中已有應(yīng)用。鋼連鑄主要面臨電力供應(yīng)及結(jié)晶器構(gòu)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(diào)幅磁場，在取得相同功效的情況下節(jié)約了電力。但該技術(shù)的成本仍然偏高。

2.2、電磁熱效應(yīng)的應(yīng)用

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

2.3、電磁檢測的應(yīng)用

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

2.4、應(yīng)用現(xiàn)狀

電磁技術(shù)發(fā)展迅速，其在連鑄機(jī)上的應(yīng)用研究始終屬于活躍的領(lǐng)域，且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。在理論研究方面，國內(nèi)高校針對電磁技術(shù)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(jī)理與電磁技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的融合，而且研究成果對實(shí)際應(yīng)用具有一定指導(dǎo)作用，即應(yīng)用更具針對性。

在設(shè)備及現(xiàn)場應(yīng)用方面，國內(nèi)設(shè)備制造廠家協(xié)同鋼鐵企業(yè)進(jìn)行了大量現(xiàn)場試驗(yàn)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電磁設(shè)備，取代引進(jìn)，而且在部分領(lǐng)域已達(dá)國際先進(jìn)水平。

3、依靠技術(shù)進(jìn)步，以促進(jìn)電磁連鑄技術(shù)的發(fā)展

3.1、國外電磁技術(shù)的研究進(jìn)展

3.1.1、電磁攪拌

電磁攪拌的發(fā)展與用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求密切相關(guān)。電磁攪拌已經(jīng)成為先進(jìn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品、提高鑄坯質(zhì)量的重要措施。在電磁設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，其主要是提高能量效率、增強(qiáng)攪拌效果、降低設(shè)備操作和維護(hù)費(fèi)用等。

3.1.2、多模式電磁攪拌

多模式電磁攪拌是在同一臺(tái)連鑄機(jī)上將三種電磁攪拌功能（減速EMLS、加速EMLA和旋轉(zhuǎn)EMRS）結(jié)合起來。該技術(shù)多應(yīng)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(jié)晶器窄面設(shè)置低頻交變磁場，使作用于鋼水的電磁力方向與磁場移動(dòng)方向相同。該電磁設(shè)備主要由線圈和磁極構(gòu)成，磁極沿著結(jié)晶器寬面移動(dòng)。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(jīng)結(jié)晶器窄面的“死角”處。

3.2、國內(nèi)電磁連鑄技術(shù)的發(fā)展

國內(nèi)高校及鋼廠對電磁設(shè)備在使用過程中的參數(shù)優(yōu)化設(shè)置開展了深入研究。其通過模型計(jì)算等方法分析制定最佳的工藝參數(shù)，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到減少鑄坯皮下氣泡、內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量的提升奠定了基礎(chǔ)。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(jì)算出磁通的發(fā)散情況和實(shí)際有效利用的磁通量大小，以及電流、鋼水滲透性、電導(dǎo)率、定子尺寸、結(jié)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(qiáng)度。

已經(jīng)用于“線性感應(yīng)型”電磁攪拌器電磁力的分析預(yù)報(bào)，提高了攪拌效率，有利于攪拌器的日常操作和維護(hù)。某鋼廠對電磁冶金技術(shù)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(yīng)用脈沖電磁技術(shù)對鋼水進(jìn)行處理。處理結(jié)果表明：鑄坯中心等軸晶的比例增大，即改善了鑄坯質(zhì)量。

目前國內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用的電磁裝備主要從國外引進(jìn)。其對裝備的自主設(shè)計(jì)和制造與國外還有差距。在實(shí)際生產(chǎn)中，其應(yīng)當(dāng)在提高裝備冶金效果的同時(shí)，盡力簡化裝備操作、降低裝備運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用等。

4、結(jié)束語

隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對連鑄的質(zhì)量越來越重視。市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使市場競爭日益激烈，而且各種用戶對鑄坯的質(zhì)量有了更高的要求。如何提高鑄坯質(zhì)量已經(jīng)成為連鑄生產(chǎn)中研究的重要問題。連鑄過程中的技術(shù)對連鑄質(zhì)量也有著直接的影響。因?yàn)殡姶胚B鑄技術(shù)能顯著減少鑄坯缺陷、保證連鑄高效穩(wěn)定運(yùn)行，所以其在國內(nèi)外冶煉、連鑄以及檢測等冶金領(lǐng)域普遍的應(yīng)用。電磁連鑄技術(shù)為改善鑄坯質(zhì)量的研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，而且已成為提升連鑄產(chǎn)品質(zhì)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(shù)研發(fā)的工作。