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浅议电磁连铸技术的现状及发展趋势

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摘要：本文分析了电磁连铸技术的现状及发展趋势，为电磁连铸技术走持续、稳定及健康的发展道路提供了一定的见解。

关键词：电磁连铸技术，现状，发展趋势

1、引言

电磁连铸技术是一项综合性的技术。其在连铸过程中進行应用是一项系统工程。因为其在实际生产的过程中存在一定的问题而需要进行发现和解决，所以需要对其进行深入的探索。由于电磁连铸技术和相关的学科进行交叉渗透，而且和科学技术的发展有着密切关系，因此其需要对技术研发的思路进行了解，以促进集成技术的进一步推广。在生产中，电磁连铸技术的冶金效果受多种因素影响，而且与装备和工艺密切相关。在电磁连铸技术的应用中，国外钢铁公司对其中的搅拌器的设计做了大量研究，既达到良好的冶金效果，又满足使用灵活方便的要求，而且能降低投资和生产维护成本。同时国外对脉冲电磁和中间包电磁技术的研究也有了新的进展。国内电磁连铸技术的研究虽然取得了显著的进步，但是电磁装备的设计与应用与国外还有差距。未来国内应当加大电磁装备的自主研究设计，以及加强原创性技术的研究，努力掌握核心技术，以提升企业的国际竞争力。

2、对电磁连铸技术现状的分析

电磁技术是20世纪70年代发展起来的连铸新技术。不同种类及安装位置的电磁技术，可以起到不同的改善铸坯质量的作用。其总体效果是：电磁搅拌能有效地改善铸坯内部组织结构，增加等轴晶比率，促进钢液中非金属夹杂物上浮，减少中心偏析和缩孔等缺陷。结晶器电磁制动则是为了实现高拉速而设计。其目的在于减小钢液的冲击深度和减轻对板坯窄面的冲击程度，利于夹杂物的上浮。多模式电磁搅拌能够产生加速力或制动力，或使钢水产生旋转运动，根据铸速的变化，加快或减小从浸入式水口流出的钢水流速。此外，其还出现了脉冲电磁技术以及中间包电磁控技术等，均起到了改善铸坯质量的作用。

2.1、电磁力效应在连铸过程中的应用

电磁力学效应是利用不同形式磁场发生装置，通过电磁感应实现能量无接触转换，将电磁能转换成钢液动能。连铸过程中的应用包括电磁搅拌、电磁制动、电磁软接触、电磁脉冲等。在金属流动的电磁控制中，电磁搅拌可加速、促进钢液流动，而电磁制动借助电磁力可抑制钢液流动。在铸坯初始凝固过程的电磁控制中，电磁软接触及电磁脉冲通过电磁力作用于铸坯初始凝固区域，改善结晶器的冷却效果，实现初始凝固控制。

2.1.1、金属流动的电磁控制

电磁搅拌使钢液所产生的强制流动增强了固一液界面的对流换热，减小了凝固前沿的温度梯度，促进了等轴晶形成。其已经成为钢铁企业提高铸坯质量及产品附加值的重要手段。

目前，国内的电磁搅拌技术在方坯连铸应用方面覆盖率较高，而且以结晶器电磁搅拌器为主。在生产中其多采用结晶器、二冷区和凝固末端搅拌组合方式。而板坯连铸电磁搅拌的应用尚不普及。其主要是二冷区电磁搅拌，而且板坯结晶器的电磁搅拌器仍需从国外引进闭。在对钢液流动的控制中，旋转型电磁搅拌用于方坯、圆坯和异型坯，对板坯及宽厚比大的矩形坯则采用线性电磁搅拌。

2.1.2、初始凝固过程的电磁控制

在电磁搅拌中，电磁力作用于整个熔体，通过使枝晶臂折断、破碎和增殖而影响枝晶生长过程。但由于电能效率低，二冷区搅拌有产生负偏析的趋势。因此，基于连铸坯表面缺陷产生的机理，将电磁力效应用于连铸坯初始凝固控制，以改善凝固组织和性能，成为冶金工作者的研究热点。

试验研究表明：采用高频电磁软接触连铸技术生产的铸坯表面光滑、内部晶粒细小。目前在铝、铜合金的连铸生产中已有应用。钢连铸主要面临电力供应及结晶器构造方面的问题。为此，研究人员通过施加间歇式磁场、脉冲磁场、调幅磁场，在取得相同功效的情况下节约了电力。但该技术的成本仍然偏高。

2.2、电磁热效应的应用

铸坯在连铸过程中存在不同程度的热损失，产生较大的温降，需要外部热源补偿钢液或铸坯温度，以提高产品质量、稳定生产。由于钢是电的良导体，感应加热的电能通过电磁感应传输给钢水，电磁感应加热也因此成为连铸生产主要的外部补热方式之一。

2.3、电磁检测的应用

不同材料由于性能电阻率、磁导率等物理特性差异，在磁场中产生不同的感应电流，通过感应线圈阻抗或感应电流检测即可实现连铸过程中金属、非金属及金属位移的检测。

2.4、应用现状

电磁技术发展迅速，其在连铸机上的应用研究始终属于活跃的领域，且已经被广泛应用于工业化生产。在理论研究方面，国内高校针对电磁技术数值模拟展开了诸多研究。其利用有限元软件，将铸坯凝固机理与电磁技术进行了有机的融合，而且研究成果对实际应用具有一定指导作用，即应用更具针对性。

在设备及现场应用方面，国内设备制造厂家协同钢铁企业进行了大量现场试验，研发具有自主知识产权的电磁设备，取代引进，而且在部分领域已达国际先进水平。

3、依靠技术进步，以促进电磁连铸技术的发展

3.1、国外电磁技术