電磁攪拌典型應(yīng)用

電磁攪拌在典型鋼種生產(chǎn)中的應(yīng)用

不銹鋼

對(duì)于鐵素體不銹鋼SUS430，等軸晶率與冷軋板皺折的發(fā)生有很大關(guān)系，當(dāng)?shù)容S晶率大于等于50%時(shí)，可有效防止皺折的發(fā)生，通過(guò)使用S-EMS可達(dá)到這種效果 。

電工鋼

當(dāng)板坯內(nèi)部的凝固組織不同時(shí)，瓦楞狀缺陷會(huì)在成品電工鋼板中產(chǎn)生，瓦楞狀缺陷出現(xiàn)在軋制方向。當(dāng)硅鋼片堆積成鐵芯時(shí)，它不僅影響產(chǎn)品外形，而且降低了間隙系數(shù)，造成發(fā)電機(jī)或者變壓器使用性能的降低。電磁攪拌使鋼水在凝固過(guò)程中形成等軸晶，并獲得細(xì)小和均質(zhì)的凝固組織。

用于連鑄過(guò)程的電磁攪拌器按其安裝的位置，有如下幾種：

(1) 中間包加熱用電磁攪拌器HEMS：該種電磁攪拌使連鑄過(guò)程中的鋼水溫度在液相線(xiàn)溫度以上30℃或40℃，使中間包二次冶金的效果更佳。

(2) 結(jié)晶器電磁攪拌器MEMS：是目前各種連鑄機(jī)都適用的裝置，它對(duì)改善鑄坯表面質(zhì)量、細(xì)化晶粒和減少鑄坯內(nèi)部夾雜及中心疏松有明顯的作用，應(yīng)用最為廣泛。為不影響液面自動(dòng)控制裝置的使用，一般安裝在結(jié)晶器的下部。

(3) 二冷段電磁攪拌器SEMS：又可分為二冷一段電磁攪拌器S1EMS和二冷二段電磁攪拌器S2EMS。S1EMS安裝在結(jié)晶器一段的足輥處，其功能與MEMS類(lèi)似，兩者不重復(fù)使用，由于其更換、維修方便，因此其投資和運(yùn)行成本比較經(jīng)濟(jì)。S2EMS是促進(jìn)鑄坯晶粒細(xì)化的有效手段，一般與MEMS或S1EMS一起使用。

（4）凝固末端電磁攪拌器FEMS：一般在澆注對(duì)碳偏析有嚴(yán)格要求的含碳高的鋼種時(shí)采用，為保證攪拌效果，其安裝位置要靠近凝固末端，一般在液芯直徑為Φ60-80mm處為佳，并允許調(diào)節(jié)。

電磁攪拌的實(shí)質(zhì)就是借助在鑄坯的液相穴內(nèi)感生的電磁力強(qiáng)化液相穴內(nèi)鋼水的運(yùn)動(dòng)，由此強(qiáng)化鋼水的對(duì)流、傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，從而控制鑄坯的凝固過(guò)程，對(duì)提高鑄坯質(zhì)量具有積極的作用。

連鑄坯液相穴內(nèi)鋼水對(duì)流運(yùn)動(dòng)對(duì)消除過(guò)熱度、改善鑄坯凝固組織和成分偏析等有重大影響。而鋼水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自鑄流的動(dòng)能和外力，前者與澆注方式有關(guān)，后者則可以在液相穴的任何位置上外加電磁力即使用電磁攪拌，而后者的影響要遠(yuǎn)甚于前者 。

電磁攪拌，簡(jiǎn)稱(chēng)EMS。是由瑞典ASEA公司首先提出的，1932年Dreyfus博士從法拉第的電磁感應(yīng)原理中發(fā)現(xiàn)，低速移動(dòng)著的感應(yīng)磁場(chǎng)能在鋼水中產(chǎn)生強(qiáng)力的攪拌作用，并與Sandvik廠(chǎng)合作，于1948年研制成第一臺(tái)用于電弧爐煉鋼的電磁攪拌器，后來(lái)該技術(shù)逐漸應(yīng)用于感應(yīng)熔煉爐、鋼包精煉爐和連鑄機(jī)。電磁攪拌應(yīng)用于連續(xù)鑄鋼是連鑄技術(shù)最重要的發(fā)展之一 。

（1）可能卷入結(jié)晶器保護(hù)渣，使鑄坯夾雜物含量增加。M - EMS 攪拌能改善鑄坯質(zhì)量，攪拌強(qiáng)度越大，效果越明顯，但攪拌強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)引起保護(hù)渣的卷入，反而使夾雜物含量增加。同時(shí)，電磁攪拌還直接影響結(jié)晶器液面的檢測(cè)效果，目前普遍采取降低攪拌線(xiàn)圈安裝位置來(lái)解決這一問(wèn)題，但使M-EMS 的冶金作用受到了限制。

（2）M-EMS 攪拌難以改善高碳鋼的中心碳偏析。圖1為有無(wú)電磁攪拌澆鑄含碳0.61%的彈簧鋼大方坯的中心碳偏析比較。M-EMS攪拌雖然使中心偏析的偏差值和峰值大大降低，但中心偏析的平均值變化不大。因此，僅采用M-EMS攪拌難以使碳的中心偏析得到根本改善。

對(duì)于芯部質(zhì)量特別是中心碳偏析要求較高的鋼種，如鋼軌鋼、軸承鋼、彈簧鋼、鋼簾線(xiàn)鋼等，單一的結(jié)晶器電磁攪拌工藝難以滿(mǎn)足芯部質(zhì)量的嚴(yán)格要求，需要采用復(fù)合攪拌工藝。目前，在高碳鋼大方坯連鑄中應(yīng)用最多的是結(jié)晶器 凝固末端電磁攪拌(M F-EMS) 。

電磁攪拌是借助電磁力強(qiáng)化鑄坯內(nèi)未凝固金屬熔液的運(yùn)動(dòng)，改變凝固過(guò)程的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到細(xì)化晶粒、改善鑄坯質(zhì)量的目的。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，閉合回路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這里所說(shuō)的“磁通量發(fā)生變化”可分為兩種情況。第一種情況是導(dǎo)電回路不動(dòng)，穿過(guò)回路的磁通量隨時(shí)間而變化。第二種情況是導(dǎo)電回路與磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)。

從攪拌金屬液的流動(dòng)方式來(lái)分，電磁攪拌有3種形式，一是水平式，即感應(yīng)線(xiàn)圈平行于鑄形的軸線(xiàn)方向，固相粒子在準(zhǔn)等溫面內(nèi)流動(dòng)，攪拌的作用是固相粒子球化的主要機(jī)制;一種是垂直式，即感應(yīng)線(xiàn)圈與鑄形的軸線(xiàn)方向垂直;另一種是上述兩種旋轉(zhuǎn)方式的結(jié)合，即螺旋式。影響電磁攪拌效果的因素有攪拌功率、冷卻速度、金屬液溫度、澆注速度等。由于電磁攪拌的局限性(“集膚”效應(yīng))，通常認(rèn)為，直徑大于6英寸(約150mm)的鑄坯不宜采用電磁攪拌法生產(chǎn)。本節(jié)將簡(jiǎn)單介紹電磁攪拌的原理、電磁攪拌器的設(shè)計(jì)以及有關(guān)電磁特性方面的問(wèn)題。

美國(guó)Corning公司生產(chǎn)，包含三種數(shù)字顯示的產(chǎn)品：

Corning數(shù)字式加熱板；

Corning數(shù)字式攪拌器；

Corning加熱攪拌器