(完整版)连铸电磁搅拌研究
1连铸与电磁搅拌理论
1 连铸与电磁搅拌理论随着用户对钢材质量提出越来越高的要求，使得提高铸坯质量成为连铸生产中的首要问题。
铸坯内部质量在很大程度上取决于铸坯内部是否呈现均匀而致密的等轴晶凝固组织。
但是在连铸坯实际凝固过程中，由于钢水冷却速度很快，造成铸坯凝固时柱状晶的发展，往往产生“搭桥”现象，带来缩孔偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷。
由于电磁场的作用具有非接触的特点，特别适合于高温钢水这种特殊场合，连铸机的电磁搅拌(electromagnetic stirring:ems)技术随之应运而生，它可以显著改善铸坯质量，因此在国内外受到高度重视并得到快速发展与广泛应用。
目前，炼钢厂连铸机电磁搅拌装置已经成为冶炼高性能品种钢水必不可少的设备。
电磁搅拌的工作原理基于电磁感应定律，载流导体处于磁场中就要受到电磁力的作用而发生运动。
就此而言，电磁搅拌的工作原理和异步电机相同, 搅拌器相当于电机的定子，钢水相当于电机的转子。
由电磁搅拌器的线圈绕组产生旋转磁场，在导电的钢水中产生感应电流,感应电流与磁场作用产生电磁力,对钢水起到了搅拌作用。
连铸电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力来强化钢水的运动。
带有电磁搅拌器的结晶器结构形式如图1所示。
2 电磁搅拌对电源的特殊要求电磁搅拌系统由两大部分组成:电磁搅拌器和变频电源。
钢水之所以能被搅拌，是由于搅拌器线圈激发的交变磁场穿透到铸坯的钢水内，在其中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，电磁力作用在钢水体积元上，从而推动钢水运动。
其中感生电磁力与电流强度的平方成正比。
电流越大，中心磁感应强度越高。
一般情况下，结晶区电磁搅拌器要求中心磁感应强度幅值＞500gs;为保证达到磁感应强度要求，必须要有足够大的电流。
这就要求变频电源必须能够长时间提供大电流，通常要在达到400a以上。
电磁搅拌器作用在钢水中的电磁力和钢水搅拌的速度不仅与电流强度有关，而且受电源频率的影响很大。
频率的选择主要和结晶器铜管的导磁率、厚度、断面等因素密切相关，它们不仅影响最大电磁力的量值，选择不当还会弱化搅拌功率。
连铸电磁搅拌
连铸电磁搅拌1.引言连铸技术是金属冶炼和加工过程中的重要环节，其目的是将高温熔融的金属连续不断地浇注成所需形状的固体金属件。
在连铸过程中，为了提高铸坯的质量和产量，人们引入了多种冶金技术和工艺，其中连铸电磁搅拌是近年来发展起来的一项重要技术。
2.电磁搅拌技术原理电磁搅拌技术是一种利用磁场力对金属熔体进行非接触式、低能耗的强化搅拌技术。
在连铸过程中，通过在钢水注入结晶器的过程中施加一个适当的磁场，使钢水在磁场的作用下产生旋转或流动，从而实现钢水的均匀混合和传热。
这种技术的应用可以显著提高铸坯的内部质量和表面质量，减少铸坯的缺陷和裂纹，从而提高了产品的成品率和力学性能。
3.连铸电磁搅拌的应用连铸电磁搅拌技术在多种金属材料的连铸过程中得到了广泛应用，如钢铁、铜、铝等。
在钢铁行业，连铸电磁搅拌技术主要用于提高方坯、板坯和圆坯的质量和产量。
通过对方坯进行电磁搅拌，可以显著减少中心疏松和偏析，提高其力学性能；对板坯进行电磁搅拌，可以提高其表面质量和尺寸精度；对圆坯进行电磁搅拌，可以提高其内部质量和生产效率。
在铜、铝行业，连铸电磁搅拌技术也得到了广泛应用。
例如，对铜合金进行电磁搅拌可以显著提高其成分均匀性和力学性能；对铝合金进行电磁搅拌可以改善其组织结构和力学性能，从而提高其抗拉强度和延伸率。
4.经济效益与社会效益连铸电磁搅拌技术的应用可以带来显著的经济效益和社会效益。
首先，通过提高铸坯的质量和产量，可以减少产品的废品率和生产成本，提高企业的经济效益。
其次，连铸电磁搅拌技术的应用可以显著降低能耗和减少环境污染，从而提高了企业的环保水平和社会形象。
此外，连铸电磁搅拌技术的应用还可以提高生产效率和生产能力，从而为企业创造更多的商业机会和竞争优势。
5.结论连铸电磁搅拌技术是一种重要的冶金技术，其在提高铸坯质量和产量、降低能耗和环境污染等方面具有显著的优势。
随着技术的不断发展和完善，连铸电磁搅拌技术的应用范围和效果将不断扩大和提高。
连铸电磁搅拌技术的应用分析
邱 刚 ＱＩ Ｕ Ｇａ ｎ ｇ
ｆ 中冶 东 方工 程 技 术 有 限 公 司 ， 青岛 ２ ６ ６ ５ ５ ５ ）
（ Ｂ Ｅ Ｒ Ｉ Ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ５ ５ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｖａ ｌ ｕｅ Ｅｎ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
・４ ３・ 连铸 电磁来自拌 技术 的应 用分 析 Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｓ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
关键词 ： 电磁 搅拌 技术； 冶金 行业； 钢铁； 质量 ； 电磁 力
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ； ｇ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ； ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ； ｑ ｕ ｌｉ ａ ￣； ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ
摘要 ： 连铸 电磁搅拌技 术在 冶金行 业已得到非常广泛的应用 ， 推动 了冶金行业的发展 。笔者详 细分析 了五种 不同类型 的电磁搅 拌技 术 阐述 当前 学界在连铸 电磁搅拌技术上取 得的成果， 并 简要 阐述冶金行 业的未来发展方向。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｍｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｙ ．Ｔ ｒ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉｖ ｆ ｅ ｄ ｉ ｆ ｅ ｅｎ ｒ ｔ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｉ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ．Ｆ ｇ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｎ ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ， ａ ｎ ｄ ｂ ｉｅ ｒ ｌ ｆ ｙ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｙ． ｒ
连铸电磁搅拌
1.什么叫电磁搅拌(简称EMS)?大家知道，一个载流的导体处于磁场中，就受到电磁力的作用而发生运动。
同样。
载流钢水处于磁场中就会产生一个电磁力推动钢水运动，这就是电磁搅拌的原理。
电磁搅拌是改善金属凝固组织，提高产品质量的有效手段。
应用于连续铸钢，已显示改善铸坯质量的良好效果。
早在1922年就提出了电磁搅拌的专利。
论述了流动对金属结构、致密性、偏析和夹杂物等方面的影响。
1952年开始在钢厂连铸机二次冷却区装置电磁搅拌的试验。
随着连铸技术的发展，为改善连铸坯质量，人们对电磁搅拌结构、类型、搅拌方式和冶金效果进行广泛深入研究，使电磁搅拌技术日益成熟，得到了广泛的应用。
2.电磁搅拌器有哪几种类型?电磁搅拌器型式和结构是多种多样的。
根据铸机类型、铸坯断面和搅拌器安装位置的不同，目前处于实用阶段的有以下几种类型。
(1)按使用电源来分，有直流传导式和交流感应式。
(2)按激发的磁场形态来分，有：恒定磁场型，即磁场在空间恒定，不随时间变化；旋转磁场型，即磁场在空间绕轴以一定速度作旋转运动；行波磁场型，即磁场在空间以一定速度向一个方向作直线运动；螺旋磁场型，即磁场在空间以一定速度绕轴作螺旋运动。
目前，正在开发多功能组合式电磁搅拌器．即一台搅拌器具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能。
(3)按使用电源相数来分，有两相电磁搅拌器，三相电磁搅拌器。
(4)按搅拌器在连铸机安装位置来分，有结晶器电磁搅拌器、二次冷却区电磁搅拌器、凝固末端电磁搅拌器。
3.电磁搅拌技术有何特点?与其他搅拌钢水方法(如振动、吹气)相比，电磁搅拌技术有以下特点：(1)通过电磁感应实现能量无接触转换，不和钢水接触就可将电磁能转换成钢水的动能。
也有部分转变为热能。
(2)电磁搅拌器的磁场可以人为控制，因而电磁力也可人为控制，也就是钢水流动方向和形态也可以控制。
钢水可以是旋转运动、直线运动或螺旋运动。
可根据连铸钢钢种质量的要求，调节参数获得不同的搅拌效果。
(3)电磁搅拌是改善连铸坯质量、扩大连铸品种的一种有效手段。
电磁搅拌技术在合金钢连铸机中的研究与应用
势在必行 ， 它是提高连铸坯质量的重要保证手段。 电磁搅拌技术是改善金属凝固组织 ， 提高产品
质 量 的有 效 手段 。 自 ２ ０世 纪 ６ ０年代 以来 ， 电磁 搅 拌 （ ＭＳ 作 为 一 项 新 技 术 在 世 界 主 要 发 达 国家 开 Ｅ ） 始应 用 于连 铸 生产 中 ， 国 自 ２ 纪 ７ 我 ０世 ０年 代初 开 始 研究此 项技 术 ， 今 已取 得 较 大 突破 。因 此合 理 至
械设计 与制造专业。现为特殊钢厂 炼钢检修车 间机械工程 师 ， 主要 从事设备技术管理工作。
Ｅ Ｓ 技术。而且大量资料调查 ， Ｍ） 普遍认为轴承钢采 用 Ｍ＋ — Ｍ 组合式 电磁搅拌最合适。同时根据 Ｆ ＥＳ ２合金钢连铸机工艺特点 、 生产现状及质量要求 ， 采
５ ５
张秀 荣 ： 电磁搅拌 技术在 合金 钢连铸 机 中的研究 与应用
关键词： 合金钢连铸 电磁搅拌装置 组织 质量 ０ 前言
特殊钢厂第二连铸车间是 ２０ 年建成投产的合 ０２ 金钢连铸车间， 主要生产优质结构钢、 合金结构钢、 齿 轮钢、 轴承钢、 锚链用钢等特殊钢种 ， 年生产能力为 ４ Ｊ Ｄ 万ｔ 。随着连铸生产技术的不断发展 ， 对铸坯质量 的 要求也越来越高。提高合金钢市场竞争力， 尤其是轴 承钢、 齿轮钢、４ Ｒ 级海洋系泊链钢等特殊钢中的市场 占 有份额和知名度 ， 已经成为合金钢连铸生产过程 中
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安装凝 固末端 电磁搅拌 ｌ
，
区浓 度 过冷增 加 。
电磁搅 拌 的形 式有 多 种 ， 以单 独搅 拌 也 可 以 可
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连铸电磁搅拌技术的试验研究
分析 试验 数 据 表 明 ， 矩 随着 电流 、 率 的增 扭 频
大 而增 加 ， 图 ２ 见 。在 磁 场 中 ， 均时 间 内的磁 力 平 密 度 值 Ｆ Ｎ ｍ ）可用 下式 表 示 ： （／
可 明显看 到结 晶器 内熔 融合 金 在 电磁搅 拌 作用 下
２ 试 验的方 法与步骤
试验 在 电磁搅 拌平 台上 进行 ， １０ｍｍ×１ ０ 用 ４ ４ Ｉｎ 的方坯 外 置式 结 晶器搅 拌 器 。 验介 质 伍德 合 ｎ 试 金 （ ｂＳ — ｉ的成 分 为 ： ｂ １ ． ６ 、 ｎ５ ． ４ 、 Ｐ —ｎＢ ） Ｐ ０ １ ％ Ｓ ９ ２ ％ Ｂ ０ ６ ％ ， 始 熔 化 温 度 １ ０ ｏ ｉ ．０ 初 ３ ０ Ｃ，液 相 线 温 度
注 ：表 中钢 蔽 是 在 １７ ０℃ 条 件 Ｆ的 粘 腰 值 ， 验 合 金 是 ０ 试
在 １０℃ 条 件 下 的粘 度 值 。 ２
试验 步 骤 为 ： １ 用 调 压器 逐渐 对 加热 电阻升 （） 压 ， 化 合 金 ；２ 合金 温度 达 到 ２ ０ｃ 时停 止加 融 （） １ ｃ
金
的旋 转状 态 ， 图 １ 见 。 试验 使 用 耐火 材 料 模 拟夹 杂物 。在 向心 力作 用下 ， 耐火 材 料 向中心 聚集 ， 随合 金 一起 旋 转 ； 并 同 时存 在 于表 层 区域 的气 泡 和 夹 杂 向中 心 聚集 、
逸 出 ，从 而 获得 洁 净 致 密 的表层 。在离 心 力作 用 下 ， 金 沿 结 晶器 四周 器 壁 向上 隆起 ， 合 电磁 力 可强
ｓ ｅ ｉｌｔ ｆｓｉ ｅ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ．Ｉ ｏ ｃ ｕ ｈ ｅ ａ ｉｎｓ ｐ ｂ ｔ ｅ ｈｅｓ ｅ ｉｌｔ ｆｍａ ｎｅｉ ｐ ｃ ａｉｙ ｏ ｔ ｒｈ ｓｂ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔｃ ｎ ｌ ｄｓｔ ｅｒ ｌ ｔ ｒ ｏ ｈｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｐ ０～２０ 年 投资 建设 了 电磁搅 ０１
连铸电磁搅拌器原理
连铸电磁搅拌器原理连铸电磁搅拌器是一种应用于连铸过程中的设备，通过电磁力的作用实现对铸坯温度和组织的控制。
它的原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，从而搅拌坯内的金属液，使其温度和组织均匀。
连铸电磁搅拌器主要由电磁线圈、电源和控制系统组成。
电磁线圈是通过电流产生磁场的装置，通常由多层螺线管组成。
电源主要用于提供电流，控制系统则用于控制电磁搅拌器的工作状态。
在连铸过程中，电磁线圈通过电流产生的磁场作用于铸坯内的金属液，从而达到搅拌的效果。
具体来说，连铸电磁搅拌器的工作原理如下：1. 电磁感应：当电流通过电磁线圈时，会在铸坯内产生交变磁场。
根据法拉第电磁感应定律，交变磁场会在金属液中产生涡流。
2. 涡流作用：涡流会在金属液中形成环流，这种环流会导致金属液受到电磁力的作用。
涡流的强度和方向与金属液的电导率、磁场强度和频率等因素有关。
3. 电磁力作用：涡流受到电磁力的作用，使金属液发生搅拌。
电磁力的大小和方向由涡流和磁场的相互作用决定。
通过调节电流和频率等参数，可以控制电磁力的大小和方向，从而实现对金属液的搅拌。
连铸电磁搅拌器的原理基于电磁感应和电磁力的相互作用，可以实现对连铸坯的温度和组织的控制。
通过搅拌坯内的金属液，连铸电磁搅拌器可以使铸坯的温度和组织更加均匀，提高产品的质量和性能。
此外，连铸电磁搅拌器还可以减少铸坯内部的气孔和夹杂物，提高产品的表面质量。
连铸电磁搅拌器是一种通过电磁力实现对连铸坯温度和组织控制的设备。
它的工作原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，对金属液进行搅拌。
连铸电磁搅拌器可以提高产品的质量和性能，使铸坯的温度和组织更加均匀。
它在连铸过程中具有重要的应用价值。
电磁搅拌技术在连铸中的应用
电磁搅拌技术在连铸中的应用近年来，连铸坯的质量越来越受到重视，因而围绕提高连铸坯质量的研究工作也取得了很大的进展。
电磁搅拌技术是电磁流体力学在钢铁工业中最成功的应用之一。
通过定量认识电磁场在多层介质中的传递，控制连铸过程中钢水的流动、传热和凝固，进而降低钢水的过热度、去除夹杂从而扩大等轴晶区，减少成分偏析，减轻中心疏松和中心缩孔。
几十年来，国内外学者对电磁搅拌技术进行了大量的理论及实验研究，并应用于工业生产。
电磁搅拌技术已经成为连铸过程中改善铸坯质量的最重要和最有效的手段之一。
1国内外电磁搅拌技术的发展概况磁流体力学是电磁学，流体力学以及热力学相互交叉的学科，简称MHD(magnetohydrodynamics)，主要研究电磁场作用下，导电金属流体的运动规律。
在磁场里，导体的运动产生电动势，从而产生感应电流，导体本身也产生磁场。
液态金属作为载流导体，在外加磁场的作用下产生了电磁力，这种电磁力的作用促使载流液体流动，同时伴随着三种基本的物理现象——电磁热，电磁搅拌，电磁压力。
这三种现象在材料的冶炼、成形、凝固等工艺中已广泛应用。
连铸钢液电磁搅拌技术已经历几十年的试验研究和发展的过程。
早在上世纪50年代，就由在德国Schorndorf和Huckingen半工业连铸机上。
进行了首例连续铸钢电磁搅拌的试验。
60年代，在奥地利Kapfenberg厂的Boehler连铸机上用于浇铸合金钢。
60年代末一些工作者还进行了结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌的实验。
1973年法国的一家工厂率先在其连铸机上安装了电磁搅拌器并投入工业应用，从而奠定了连铸电磁搅拌技术工业应用的基础。
1977年，法国的Rotelec公司开发了小方坯和大方坯结晶器电磁搅拌器并以Magnetogyr-Process 注册商标，将其商品化。
1979年，法国钢研院又在德国Dunkirk厂板坯连铸机上采用了线性搅拌技术，取得良好效果。
进入80年代后，电磁搅拌技术发展更快，特别是日本，发展更为迅速。
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2. 该电流与磁场相互作用产生电磁力(F)： F= I B 电磁力作用在金属熔体上，从而驱动金属熔体运动。
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
iA(t)=Imsint iB(t)=Imsin(t -120o) iC(t)=Imsin (t + 120o)
两相区凝固模型固液界面前沿流动对晶体形态的影响
旋转钢液碰到结晶器壁或初始 凝固坯壳后，形成上下两股分 流，即二次流场；
搅拌作用越强，影响区域越大 。向上流场可到达弯月面，向 下流场可以直达结晶器出口；
影响区域大小取决于钢液的搅 拌速度。
电磁搅拌的工作原理
电磁搅拌扩大等轴晶区示意图
电磁搅拌可通过流动金属液 对树枝晶前端的动力折断及 熔蚀作用造成大量枝晶碎片 供作晶核；
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
电磁搅拌器的结构
凸极式
圆环形轭铁上嵌有六个凸极 铜扁线绕制（外冷） 每个凸极上套一个O形绕组 冷却不均匀且有死角； 冷却水量大；冷却 效果差；制作较简单；体积较小；成本较 低；使用寿命较短
环形式
一圈环形轭铁；铜管绕制（内冷） 12个绕组全部套在轭铁上（克兰姆绕组） 冷却均匀无死角；冷却水量小；冷却效果 好；制作较复杂；体积稍大；成本较高； 寿命较长
器；奥地利进行了结晶器工频旋转电磁搅拌的工业试验。 1973年，法国SAFE厂，在方坯连铸机采用电磁搅拌技术。 1979年，法国采用新型搅拌辊，进行板坯连铸电磁搅拌。 1982年，英国人首次提出MHD在冶金中应用的明确概念。 1985年，ISIJ把MHD在冶金中的应用称为电磁冶金。 1989年，电磁冶金改称为材料电磁加工(EPM)。 1990‘s，电磁搅拌技术日趋成熟，在大、小方坯，圆坯和板坯
柱状晶发展
电磁搅拌的工作原理
1. 电磁搅拌的机械效应
1) 可以促进壁面处结晶的形成和游离，增加晶核数量； 2) 当搅拌强度较小时（层流），树枝晶会迎着流动方向倾斜 3) 在较强的电磁搅拌作用下，钢液冲刷速度加大，凝固前沿
不光滑，强制对流流动呈紊流状态，树枝晶受到很大抑制 ；一部分不仅可以切断及熔蚀柱状晶的晶臂，形成大量的 枝晶碎片充当等轴晶的晶核，使晶粒成倍增长，从而有利 于凝固组织中晶粒的细化。另一部分在糊状区，形成灌木 丛状。
t = 0o
t =90o
t = 180o
通电线圈合成磁场的磁极分布
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
液态金属旋转运动的特点及运动规律
运动对液态金属的凝固过程的影响主要体现在对凝固界面
前沿的冲刷，这种冲刷作用影响了液态金属凝固过程的传热、
传质及最终的凝固组织。
电磁搅拌液态金属运动速度分布
机械搅拌液态金属运动速度分布
柱状晶形成的影响因素
1）钢种（碳含量）：凝固两相糊状区大小；透磁效果等 2）过热度 3）拉速 4）断面尺寸
电磁搅拌抑制柱状晶生长的作用
1）金属熔体流动的机械力，抑制柱状晶生长 2）钢液中的碎片，对柱状晶产生剪切行为 3）过热钢水使柱状晶重熔，或部分重熔而更易于破碎，
乃至被钢流卷走 4）由于过热的加速耗散，大量细小晶粒快速生长，抑制
连铸应用，同时新的电磁搅拌技术不断地被开发和应用。 。。。
报告内容
引言 电磁搅拌的结构与原理 电磁搅拌的设计与要求 电磁搅拌的影响因素 结晶器电磁搅拌数值模拟 电磁搅拌与铸坯质量效果 小结
电磁搅拌器的布置方式
按安装位置：结晶器-EMS、二冷区-EMS、凝固末端-EMS
同时强力流动可大大加速液 心的传热而使过热度迅速消 失、两相区迅速扩大；
强力流动还可加速传质，使 凝固前沿扩散边界层减薄而 浓度梯度增大，两相区成分 过冷增加，有利于等轴晶的 发展。
电磁搅拌的工作原理
电磁搅拌引起的熔体强烈流
初生枝晶 枝晶臂碎片
动可以打断或弯曲枝晶臂。
部分枝晶碎片将作为金属液
枝晶重熔
搅拌速度，rad/min 搅拌速度，rad/min
离液态金属中心的距离，x/mm
离液态金属中心的距离，x/mm
电磁搅拌的工作原理
一、MEMS作用下结晶器内的流场：
1）无EMS时，由于重力作用，水口出流钢液快速向下，冲击 结晶器壁，形成上返流和向下的主流；
2）施加旋转磁场后，在以搅拌器 为中心对称的一段区域内形成 一强烈的环形流场 — 主流场；
凝固时的额外晶核；另一部
分富溶质枝晶碎片将被液流带来自远离枝晶的液穴中重熔，更多形核基底的出现和枝
电磁力引起的紊流流动
晶碎片重熔带来的温度均匀
化将促进更多等轴晶的形成
新形核基底
，从而实现提高铸坯等轴晶 率、减少中心偏析、中心疏
松和缩孔、改善铸坯凝固组
凝固前沿电磁搅拌细化晶粒示意图 织的目的。
电磁搅拌的工作原理
1）有效作用长度长；2）电磁力矩和能效大 3）使用寿命长得多（一倍以上）
电磁搅拌的工作原理
1. 根据电磁感应定律，闭合回路内的磁通量发生变化时， 闭合回路将产生感应电动势。
电磁搅拌器产生的交变电磁场(B)，在围绕导电的金属 熔体变化时，磁场和金属液间产生相对运动，使导电回 路内的磁通量发生变化。
(a) M-EMS
( b) S-EMS
(c) F-EMS
安装在铸机不同位置的电磁搅拌
电磁搅拌器的布置方式
电磁搅拌器的布置方式 — 组合形式
S1+S2
M+F
S+F
M+S+F
电磁搅拌的工作原理
旋转磁场
线性行波磁场
在结晶器、二冷段区域或凝固末端施加低频电磁场，利用电磁搅 拌改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，提高铸坯等轴 晶率比率，减轻成分偏析，消除中心疏松，以扩大生产钢种。
报告内容
引言 电磁搅拌的结构与原理 电磁搅拌的设计与要求 电磁搅拌的影响因素 结晶器电磁搅拌数值模拟 电磁搅拌与铸坯质量效果 小结
电磁连铸技术
电磁连铸技术
连铸电磁搅拌的发展历程
19世纪初，法国人Faraday从事磁流体动力学(MHD)的研究。 1922年，美国J. D. Mcneill获得了EMS控制凝固过程的专利。 1952年，德国在半工业连铸机上试验第一台二冷区电磁搅拌