1连铸与电磁搅拌理论
(完整版)连铸电磁搅拌研究
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
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。
电磁搅拌技术在连铸上的应用
电磁搅拌技术在连铸上的应用陈明周代文(舞阳钢铁有限责任公司)摘要在连铸坯凝固过程中,由于冷却速度很快,造成铸坯凝固时柱状晶的发展,往往产生/搭桥0现象,导致铸坯内缩孔、偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。
为解决以上问题,电磁搅拌技术应运而生,采用电磁搅拌装置,有利于改善连铸坯的凝固组织,从而改善铸坯表面及内部质量。
本文介绍了电磁搅拌的主要类型、设备组成及其应用效果。
关键词电磁搅拌铸坯质量实际应用App lica ti on of EM S on Con ti nuous CasterChen M i n g and Zhou Da i w en(Wuyang Iron and Stee l Co.L t d)Abstra ct In the soli d ificati on process of co nti nuous casting strand,col umnar crysta l is developed due to fast cooli ng rate,li ke l y to cause the pheno m enon of bri dgi ng fi rst,resulti ng in the defects such as porosity,segregati on, l ooseness,i ncl usion conglo m erati on i n the slab.To resolve the above proble m s,e lectro m ag netic stirr i ng techn i que (E M S)was i nvented accord i ngly.The appli catio n of E MS devi ce is not o n l y favorab le for i m provi ng t he soli d ifi catio n structure of the casti ng strand,but is a lso an effecti ve m easure to i m prove t he strand surface qua lity.The a rtic l e de2 scr i bes t he m ajor types,equ i p m ent bu il dup and appli catio n resu lt of E MS device.K ey wor ds E lectro m agne ti c stirri ng(E MS),Qua lity of co n tinuo us casti ng slab,A ct ua l appli catio n0电磁搅拌装置的主要形式根据铸机的类型、铸坯断面和电磁搅拌器安装的位置不同,连铸机常用的有如下几种类型:按感应形式分:有直流传导式、交流感应式和永磁式。
l连铸电磁搅拌器标准 -回复
l连铸电磁搅拌器标准-回复电磁搅拌器（electromagnetic stirring, EMS）是一种通过电磁力来搅动液体或半固体材料的设备。
它广泛应用于熔化金属、混合化学物质、均匀化液体温度等领域。
本文将以连铸电磁搅拌器为主题，详细介绍其标准、工作原理以及应用。
连铸电磁搅拌器是一种特殊的电磁搅拌器，主要用于连续铸造过程中铸坯的搅拌和液态金属的混合。
连铸电磁搅拌器标准主要包括以下几个方面。
首先，外观标准。
连铸电磁搅拌器应具备外观整洁、无划痕、无磨损、无明显变形等特点。
标准要求其外壳应采用耐腐蚀、防尘防水材料制成，表面应进行防锈处理。
同时，搅拌器应具备结构紧凑、实用美观的特点。
其次，安装标准。
连铸电磁搅拌器的安装应符合一定的标准要求。
首先，要确保搅拌器的安装位置与铸造机具有足够的空间，以方便操作和维护。
其次，搅拌器与铸造机的连接部分应牢固可靠，无松动和漏电的情况。
此外，也需要对搅拌器进行接地处理，以确保工作安全。
再次，性能标准。
连铸电磁搅拌器的性能是评判其质量好坏的重要指标之一。
标准要求其工作效率高，搅拌效果好，并且具备稳定可靠的特点。
此外，搅拌器还应具备电流输出稳定、噪声低、能耗低等特点，以满足连续铸造过程的需求。
接下来，工作原理。
连铸电磁搅拌器主要通过电磁力来实现搅拌。
它通常由搅拌器本体、电源系统、控制系统等组成。
电源系统主要提供搅拌器所需的电流和电压，控制系统则控制搅拌器的工作状态。
当电流通过搅拌器时，会产生强大的磁场，将磁力传递给液态金属，从而实现对其的搅拌和混合。
最后，应用领域。
连铸电磁搅拌器在连续铸造过程中具有广泛的应用。
首先，它可以提高铸坯的质量，通过搅拌使铸坯中的夹杂物得到有效的分散，减少铸坯中的氢气含量，提高铸坯的均匀性和致密性。
其次，连铸电磁搅拌器还可以改善铸坯的物理性能，如减少金属的晶格缺陷，提高晶粒的细度，提高铸坯的力学性能。
此外，它还可以提高铸坯的表面质量，减少铸坯的表面缺陷。
连续铸钢与电磁搅拌技术
F-EMS安装位置示意图
国外凝固末端位置的确定
公司 Concast
1）180mm方 坯：液芯厚 度约为30～ 40mm； 2）240mm方 坯：液芯厚 度约为50～ 70mm
日本大同特钢
韩国 浦项
日本神户 制钢
含C=0.6%的 钢种，当液相 穴和铸坯断面 之比小于0.2 或粥状区中固 相分率在 0.1～0.2时进 行搅拌
方坯常见
与铸坯脱方有关
表面质量
表面横裂纹（角部横裂纹）
含AL高的钢种和含Nb、Cu、Ni、N等微量元素 的钢种
在钢的第三脆性区（600-900℃），沿粗大的 奥氏体晶界有AlN、BN等化合物析出 经常发生在振痕的波谷处，波谷中充填有保 护渣，此处冷却速度降低，凝固组织粗大，坯 壳强度低 结晶器锥度过大，振动参数不当，拉速不稳 定，二冷区铸坯冷却不均匀
A、电磁搅拌作用机理必须与冶金机理相结合，才能产生良好的冶金效果。
B、在采用电磁搅拌技术的同时，必须使铸机保持良好的运行状态。
C、在采用电磁搅拌技术的同时，仍须优化连铸工艺技术，如钢水洁净度控制、 过热度的控制、液面自动控制等。 D、电磁搅拌器具有良好的工艺设计。
3）影响电磁搅拌技术冶金效果的因素很多，只有在优化连铸 工艺技术和电磁搅拌工艺设计的前提下，才能保证该项技术 的最佳应用效果。
时多用较大断面的原因。
立式、立弯式连铸机
弧形连铸机
凝固组织对称
凝固组织不对称 外弧侧等轴晶比率大于内弧侧
100.00% 90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% 190A 220A 190A 220A 190A 220A
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。
l连铸电磁搅拌器标准 -回复
l连铸电磁搅拌器标准-回复什么是连铸电磁搅拌器?连铸电磁搅拌器是一种应用电磁原理的金属连铸设备，用于提高连铸坯的质量和均匀度。
它通过在液态金属中施加电磁力来搅拌金属流动，使得熔融金属的组织更加均匀，非金属夹杂物被搅至铸坯表面，从而提高产品的质量。
连铸电磁搅拌器的原理是什么？连铸电磁搅拌器通过在导体线圈中通电产生的磁场来实现搅拌作用。
当电流通过导体线圈时，产生的磁场作用于熔融金属中的电流，从而产生电磁力。
电磁力可以搅动液态金属的流动，并改变其流动方式和速度，使熔融金属更均匀地分布在整个连铸结晶过程中。
连铸电磁搅拌器有哪些优势？1. 提高产品质量：连铸电磁搅拌器能够将熔融金属中的夹杂物、气泡和其他不均匀物质搅至铸坯表面，从而减少铸坯中的缺陷和气孔，提高产品的质量。
2. 增加连铸速度：连铸电磁搅拌器可以提高铸机的冷却功能，减少结晶过程中的温度梯度，从而使连铸速度得到提升。
3. 降低能耗：相比传统的机械搅拌方法，连铸电磁搅拌器可以在搅拌效果相当的情况下节约能源，减少设备的运行成本。
4. 减少工艺调整时间：连铸电磁搅拌器能够在连铸过程中实时调节搅拌强度和位置，从而减少停机调整的时间，提高生产效率。
5. 便于自动化控制：连铸电磁搅拌器可以与自动化控制系统配合使用，实现连铸过程的智能化和自动化，提高生产线的管理和控制水平。
连铸电磁搅拌器的使用注意事项：1. 导体线圈的选择和布置应根据具体连铸设备的特点和要求来确定，确保搅拌力的均匀分布和合适大小。
2. 连铸电磁搅拌器应视具体生产情况进行调整，在不同的连铸条件下，合理选择搅拌强度、频率和时间，以达到最佳的搅拌效果。
3. 在连铸电磁搅拌器工作过程中，应定期检查设备的工作状态、散热情况和线圈的磨损程度，及时进行维护和更换。
4. 连铸电磁搅拌器的使用应严格按照操作规程进行，操作人员需要经过专业培训，熟悉设备的操作方法和安全注意事项。
总结：连铸电磁搅拌器是一种先进的连铸设备，采用电磁搅拌原理，可以提高产品的质量和均匀度，同时增加连铸速度，降低能耗，减少工艺调整时间，并便于自动化控制。
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。
l连铸电磁搅拌器标准 -回复
l连铸电磁搅拌器标准-回复连铸电磁搅拌器是一种常用于铸造和冶炼过程中的设备，是利用电磁力和传热原理实现金属液体搅拌的装置。
它通过在铸造液中施加电磁场，改善铸造液的流动性和均匀性，提高铸坯质量。
本文将详细介绍连铸电磁搅拌器的标准规范，并分步回答相关问题。
一、连铸电磁搅拌器的基本原理连铸电磁搅拌器通过在连铸过程中施加电磁场，利用电磁力的作用改善铸造液的流动性和均匀性，使其凝固过程更加均匀，得到高质量的铸坯。
连铸电磁搅拌器的基本原理包括磁流体力学和传热原理。
在磁流体力学原理中，电磁搅拌器利用导线通过电流产生磁场，使得铸造液中的金属液体受到电磁力的作用，形成液流，并通过磁阻力和电磁涡流阻力的耗散作用使得液流层内不同位置的流速趋于一致，从而改善金属液体内部流动的均匀性。
传热原理中，连铸电磁搅拌器的作用是加快铸造液的传热速度，使得液体内温度分布均匀，从而避免热裂纹和内部偏析的产生。
搅拌的同时，连铸电磁搅拌器还能提高流体对坯壳内壁的冷却效果，有助于形成坯壳结构的均匀和致密。
二、连铸电磁搅拌器的标准规范（一）设备选型和安装1. 根据工艺要求和铸造工况，选择适用的型号和规格的连铸电磁搅拌器。
2. 确保设备的安装平稳、可靠，并配备必要的安全装置，确保操作人员的安全。
3. 设备应布置在便于操作和维护的位置，方便观察和调整搅拌效果。
（二）参数设定1. 根据铸造工艺要求和金属液体特性，设置连铸电磁搅拌器的搅拌参数，包括电流、频率和时间等。
2. 连铸电磁搅拌器的电源和调节装置应具备精确可调的功能，以满足不同工艺需要。
（三）操作和维护1. 连铸电磁搅拌器操作人员应熟悉设备的工作原理和操作要领，并按照操作规程进行操作。
2. 定期检查设备的电气线路和连接部分，确保无安全隐患。
3. 定期对搅拌器的工作性能进行测试和评估，保证其稳定可靠地运行。
4. 对设备进行定期保养，包括清洁、涂抹润滑剂和更换易损部件等。
三、连铸电磁搅拌器的优势和应用连铸电磁搅拌器具有以下几个优势：1. 提高铸坯质量：连铸电磁搅拌器能够改善铸造液的流动性和均匀性，减少气泡和夹杂物的形成，提高铸坯质量。
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。
高碳钢连铸结晶器和凝固末端组合电磁搅拌技术
高碳钢连铸结晶器和凝固末端组合电磁搅拌技术一、方坯连铸电磁搅拌技术的基本知识连铸是铸坯在强制冷却下在其运动过程中具有很长液相穴的凝固过程，它受钢水对流运动和传热两个基本物理现象所控制。
液相穴内钢水对流运动对消除过热度、凝固组织和成份偏析有重大的影响。
而钢水对流的驱动力来自注流的动能和外力，前者与浇注方式有关，后者则可以在液相穴的任何位置上外加电磁力即使用电磁搅拌，而后者的影响比前者强得多。
电磁搅拌的实质简单地说是借助在铸坯的液相穴内感生电磁力强化液相穴内钢水的运动。
由此强化钢水的对流、传热和传质过程，从而控制铸坯的凝固过程，对改善铸坯质量起了重大的作用，成为连铸技术的重要一环。
1.1电磁搅拌的意义连铸使用电磁搅拌技术的意义在于：①改善铸坯表面、皮下和内部质量，如：●减少表面和皮下的气孔、针孔、夹杂物和表面裂纹；●减少中心偏析、V形偏析；●减少中心疏松、缩孔和内裂；②放宽连铸工艺条件，如：●过热度；●铸机对中要求；③扩大连铸钢种，如●沸腾钢；●易切钢；●轴承钢和滚珠钢；1.2电磁搅拌的模式①结晶器电磁搅拌（MoldEMS：MEMS）●结晶器区域内电磁搅拌（MEMS）：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●跨于结晶器和足辊的电磁搅拌器（M-IEMS）：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
②铸流电磁搅拌器(StrandEMS：SEMS)●结晶器下口电磁搅拌器(SubMoldEMS：SMEMS)：采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●足辊下电磁搅拌(IntinialEMS：IEMS)：通常采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
●二冷区电磁搅拌(SecodaryCoolingZoneEMS：SEMS):采用旋转磁场搅拌器或行波磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动或直线运动。
在改善白亮带缺陷上，后者比前者好。
③凝固末端电磁搅拌(FinilSolidificationZone：FEMS)通常采用旋转磁场搅拌器，使钢水产生旋转运动。
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术随着社会经济与科学技术不断的发展与完善，对连铸坯的质量提出了更高要求。
最近几年，建筑行业得到迅猛发展，人们越来越重视连铸坯的质量。
电磁搅拌技术在建筑领域中的应用进一步提高了连铸坯的质量，并且对于降低杂物质量和促进成分融合具有至关重要的作用。
磁场相互作用产生电磁力，对钢水起到搅拌作用。
是通过恒定磁场与运动的导电钢水相互作用，在钢水中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，此电磁力的方向恰好与钢水的运动方向相反，对钢水起制动作用，因此这种搅拌被称为电磁制动。
文章从多个角度就电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用进行探究。
标签：电磁搅拌技术；连铸机；应用技术随着钢管连铸生产需求不断增加，我国对电磁搅拌连铸工艺的理论研究与实践研究不断加大，并且在各个领域中得到广泛应用。
超纯净钢的开发与应用对铸坯的质量与凝固组织提出了更严格的要求，电磁搅拌技术以其独特被广泛应用，对社会生产生活以及社会经济发展具有积极的促进作用。
1、电磁搅拌技术原理电磁搅拌的工作原理主要是依靠磁场，也就是说当电流变化时，线性感应电机的磁极和另一个极点会产生相同的电磁力，然后开始以恒定角速度切断熔金属，熔体内就会产生相应的感应电流。
当前我国对电磁搅拌技术的理论研究与实践研究还不够成熟，由于多方面因素限制在生产过程中还存在一些问题，并没有发挥出应有的效能。
从本质上来说，电磁搅拌技术就是使用电磁力迫使熔融金属产生平稳移动，减少外界因素对电磁场的影响。
同时使凝固过程熔熔金属的温度与浓度保持均匀，如果在凝固过程中受到其他因素影响或者操作失误等原因导致熔融金属浓度与温度都不符合相应要求，则就降低凝固过程的形核功和临界核半径。
只有保持熔融金属浓度与温度均匀化，才可以增加等轴晶的数量，最终实现晶粒细化的目的。
根据磁场的工作形式，电磁搅拌可以分为直线型与旋转型，结合生产实际情况与生产需求，使用不同的电磁搅拌形式，从根本上保证铸坯内外部分的质量，一般情况下，直线型电磁搅拌磁场方向与坯材表面的宽度保持水平，也就是说在铁芯的定子绕组上连接交流电，通过金属液产生感应电流与电磁转矩，进而提高铸坯质量。
连铸电磁搅拌技术的应用分析
连铸电磁搅拌技术的应用分析摘要院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。
Abstract: Electromagnetic stirring technology has been widely used in metallurgical industry, which promotes the development ofmetallurgical industry. This article introduced five different types of electromagnetic stirring technology. Furthermore, the paper alsoexplained the current academic achievements on mixing technology in continuous casting electromagnetic, and briefly expounds the futuredirection of development of the metallurgical industry.关键词院电磁搅拌技术；冶金行业；钢铁；质量；电磁力Key words: electromagnetic stirring technology；metallurgical industry；steel；quality；electromagnetic force中图分类号院TF777 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）07-0043-040 引言早在19 世纪六七十年代，亚瑟和达勒恩就提出了以水冷、底部敞口固定结晶器为特征的常规连铸概念。
亚瑟倡导采用底部敞开、垂直固定的厚壁铁结晶器与中间包相连，施行间歇式拉坯。
连铸电磁搅拌
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(2) 线性电磁搅拌器
原理： 线性搅拌器则相当于直线电动机，即定子铁芯上的绕组通交 流电，在磁极间激发行波磁场，行波磁场在铸坯钢液内产生感应电流， 从而在铸坯内产生电磁力矩，形成线性搅拌。一般地，线性电磁搅拌的 行波磁场方向平行于铸坯的宽面方向。
2.1 连铸过程电磁搅拌技术简介
在钢的连铸过程中，电磁搅拌因其具有不接触钢液而 在钢液中产生搅拌作用的优点，成为继浸入式水口、保护 浇注等之后最重要发展的连铸技术之一，受到广泛的关注 和应用。
连铸电磁搅拌技术是指在连铸过程中，通过在连铸机的 不同位置处安装不同型式的电磁搅拌，利用所产生的电磁 力强化铸坯内钢液的流动，从而改善钢液凝固过程中的流 动、传热和传质条件，以改善连铸坯质量的电磁冶金技术。
辊式搅拌器外观
三环式
双蝶式
。
2.4 连铸过程电磁搅拌的冶金作用
连铸过程电磁搅拌对铸坯质量产生以下影响：
• 铸坯内部质量和均质性的改善; • 铸坯表面及皮下质量的改善; • 减轻中心偏析;如下图，有三种绕线方式，分别为迭绕式、凸极形 、套圈形。
迭绕式电磁搅拌器图
凸极形电磁搅拌器
套圈形电磁搅拌器
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(2) 线性电磁搅拌器
用于板坯连铸二冷搅拌的线性 搅拌器通常有辊内、辊后和辊间等 不同安装位置，如下图，辊式搅拌 器的外观如右图(上)，搅拌形式有 三环式和双蝶式两种，如右图(下)。
M-EMS S-EMS F-EMS
组合搅拌
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(1) 旋转磁场式电磁搅拌器
原理： 旋转磁场式电磁搅拌器的工作原理类似于交流电动机。 通三相交流电（有时采用两相供电），在磁极间产生旋转磁场，旋 转磁场在铸坯钢液内产生感应电流，进而在钢液内产生旋转力矩， 使钢液产生旋转运动。
连铸生产中的电磁搅拌技术
连铸生产中的电磁搅拌技术随着连铸技术的应用和发展，连铸坯的质量越来越受到重视。
近年来，超纯净钢的开发和应用对铸坯的质量、凝固组织和成分均匀化提出了更高的要求。
电磁搅拌技术对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、降低夹杂物含量并促进成分均匀化、改善铸坯内部、表面和次表面质量具有重要作用。
1.电磁搅拌的工作原理电磁搅拌的工作原理十分简单，如同由两相或三相电流驱动的、能产生交变磁场的线性感应马达。
电流发生相变时，磁场从一极到达另一极，并同时产生电磁推力，将液态钢水向磁场运动的方向推动。
这样，可以通过电流相位变化来选择方向，也可以通过电流密度和频率来调整推力大小。
2.电磁搅拌装置2.1电磁搅拌装置的分类电磁搅拌装置可分为水平旋转搅拌器和线性搅拌器两大类。
而线性搅拌器又可细分为垂直、水平线性搅拌器。
水平旋转搅拌器围绕铸流设置，其运转象一个异步旋转电机的定子，驱动钢液水平旋转，多用于园坯、方坯和小矩形坯。
垂直线性搅拌器靠近铸流侧，其运转象一个线性异步电机的定子，钢水沿垂直方向旋转运动，适合于大断面的矩形坯；水平线性搅拌器安装在铸坯侧，其运转象一个平直定子，在板坯内弧侧熔池内产生水平方向的磁场，推动钢水运动。
2.2电磁搅拌装置的布置电磁搅拌装置的布置位置有四种∶中间包加热用电磁搅拌(H—EMS)、结晶器电磁搅拌(M—EMS)、冷却段电磁搅拌(S—EMS)和凝固段电磁搅拌(F—EMS)。
?H—EMS∶使连铸过程中钢水的过热度保持在30~40摄氏度，其突出特点是利用非金属夹杂物与金属液之间导电性的差异，实现两者的分离。
1996年日本川崎制铁水岛厂在浇铸不锈钢时采用了此技术，生产的铸坯总氧含量低于0.001%，比采用传统中间包生产的铸坯减小2倍，夹杂物减少一半，不锈钢热轧和冷轧板卷缺陷减少了60%；?M--EMS∶一般安装在结晶器下部，用于减少表面缺陷、皮下夹杂物、针孔和气孔，改善凝固组织，降低表面粗糙度，增加热送率，扩大钢种。
连铸机电磁搅拌电磁力的数学分析
连铸机电磁搅拌电磁作用力的数学分析提纲一简单介绍电磁搅拌对铸坯质量的影响二电磁搅拌中电磁场的基本原理三铸坯中电磁作用力的数学分析四讨论与分析五电磁搅拌在石钢中的应用连铸机电磁搅拌电磁作用力的数学分析摘要：运用数学方法对电磁搅拌的铸坯内部产生的电磁搅拌力进行了数学分析，并具体分析流电磁搅拌力的作用位置和作用方向、电磁搅拌力与电磁场分布的关系以及对钢液流动的促进作用，这有利于更好的理解电磁搅拌力的实质。
分析指出，电磁搅拌力的产生是由于钢液内部电磁场分布不均匀造成的并作用在感生电流法平面内，电磁场的径向和轴向的分布梯度式产生电磁搅拌的根本原因：电磁搅拌力产生的涡流则是提高铸坯质量的关键。
并研究分析了电磁搅拌在石钢连铸机上的应用效果。
关键词：电磁搅拌电磁力连铸机数学分析一、电磁搅拌对铸坯质量的影响和简单介绍电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，由此强化钢液的对流、传热和传质过程，产生抑制柱状晶发展、促进成分均匀、夹杂物上浮细化、分布均匀的热力学和动力学条件，进而控制铸坯凝固组织，改善铸坯质量。
电磁搅拌装置按安装位置分为中间包电磁搅拌装置;结晶器电磁搅拌装置;冷却一段电磁搅拌装置;冷却二段电磁搅拌装置;凝固末端电磁搅拌装置。
本文通过对铸坯施加电磁场产生的电磁力进行流数学分析，研究了电磁场在钢液内部产生的电磁搅拌力的作用位置和作用方向，以及电磁搅拌力与电磁场分布的关系以及对钢液流动的促进作用，这有利于更好的理解电磁搅拌力的实质，并为实验研究和分析提供理论依据。
二、电磁连铸中电磁场基本原理电磁连铸过程中各个物理量之间满足电磁场的基本方程Maxwell方程组[5]。
设交便电磁场中各量均为正弦波，则：▽×H。
=J。
▽×E=-jωB▽∙B=0 （1）B=μHJ=σE 。
其中：E为电场强度，V/m；B为磁感应强度，T；H为磁场强度，A/m；J为电流密度，A/m2；μ为导体磁导率，H/m；σ为导体电导率，S/m。
1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌技术
1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌技术在连铸设备正常运行和连铸工艺稳定的前提下，采用二冷区电磁搅拌，借助电磁力强化铸坯中液相穴内未凝固钢液的运动，从而改变钢水凝固过程中的对流、传热和传质过程，使钢液的凝固与铸坯冶金凝固机理相吻合，从而提高铸坯等轴晶率，减轻中心偏析、中心缩孔、中心疏松，改善铸坯内部质量。
板坯连铸机二冷区电磁搅拌要获得良好的冶金效果，搅拌位置、搅拌区有效作用长度和搅拌参数的选择至关重要。
而最佳搅拌位置和搅拌区有效作用长度的确定需综合考虑生产钢种、铸坯断面、过热度、拉坯速度、冷却制度、冶金长度和铸机结构等。
11号板坯连铸机二冷区电磁搅拌型式板坯连铸机二冷区电磁搅拌的型式主要有三种，单边行波磁场型、双边行波磁场型和辊式行波磁场型。
单边行波磁场型在内弧侧的支撑辊后面沿拉坯方向布置一台行波磁搅拌器，激发垂直向下或向上的行波磁场，内弧侧钢液由凝固前沿向下或向上流动，外弧侧钢液向上或向下流动，形成单一的环流，环流中心偏向内弧。
双边行波磁场型是在内外弧的宽面上沿板宽方向水平布置一对搅拌器，激发方向相同水平行进的磁场，导致钢液沿板宽向一个方向流动，冲击窄面坯壳后分裂成上下两股流动，在有效搅拌区上下各形成一个环流。
但上环流区相对下环流区钢液温度高，粘性小，因而上环流区比下环流区要大。
辊式行波磁场型，又称电磁搅拌辊型，使用4个搅拌辊在内外弧组成两对，若上下两对搅拌辊的有效搅拌区的流动方向一致，则形成两个蝶形流动；若上下两对搅拌辊的流动方向相反，则在两对辊之间形成一个大的环流，而在上一对辊的上方和下一对辊的下方又各形成一个小环流，3个环流中心的流速为零。
板坯连铸机二冷区电磁搅拌三种型式优缺点比较如表1所示。
由表1可看出，电磁搅拌辊型安装灵活，不需改变辊列结构，不需改变扇形段设计，是其他两种类型电磁搅拌不可比拟的。
根据1号板坯连铸机扇形段的辊子布置状况和二冷区电磁搅拌型式的生产应用反馈，确定1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌采用电磁搅拌辊型式。
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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。
一般情况下，为了保证磁场的穿透效果，最佳搅拌频率在1-8hz之间。
一般铸坯断面大、结晶器铜管厚的电源频率取低一点;断面小、铜管薄的电源频率取高一点。
由于大电流和钢水的热效应，搅拌器线圈温度较高，为了散热，搅拌器浸泡在冷却水中，这就要求搅拌器线圈的绝缘要很高，进而造成搅拌器线圈造价不菲。
为了尽可能延长搅拌器的使用寿命，变频电源要采用低电压、大电流的设计原则，并要有平滑的输出波形，以防止输出电压中的高压峰值对线圈绝缘造成破坏。
综上所述，电磁搅拌配套的变频电源要能够在低电压、低频率、大电流的情况下长时间可靠工作，对电磁搅拌器要提供必要的保护。
另外，通常情况下，连铸机启用电磁搅拌时，会有多台大功率变频电源同时工作，这就要考虑避免对电网产生有害影响，影响其它用电设备的正常运行。
3 vacon变频器适于电磁搅拌使用的特点
电磁搅拌电源基本可以分为两类:一是采用分立元件，配合plc或单片机、工控机，组成变频电源;二是采用改装通用型变频器的方法。
很多电源厂家通过攻关，研制出了采用分立元件的变频电源，但是由于国内电力电子技术和产品工艺相对落后，只能采用通用型控制芯片和电子技术，难以制造出高性能的交-直-交模式的专用电源;同时因为元件数目多，而生产没有规模，制造厂缺乏严格的质量控制手段，这种电源的可靠性比大规模生产的通用型变频器要低，故障率偏高，且在出现问题时不易查找到准确的故障点。
采用改装通用型变频器的方法与采用分立元件组装相比，电源的可靠性要高很多，但并不是每一种变频器都适合用来改装。
这主要是因为通用型变频器是为控制交流电机而设计的，并不适于用作电磁搅拌电源。
vacon公司的nxp系列变频器，与同类变频器相比较，更为适合改装成电磁搅拌用的变频电源。
vacon变频器内部都安置了交流电抗器，可以在电网电压瞬间波动时，保护变频器的整流部分，同时也抑制了由于整流所产生的部分谐波电流对电网的影响，改善了输入到变频器的电流波形，增强了变频器抵抗电网电压浪涌的能力，同时交流电抗器还减小了由于谐波电流所产生的谐波电压，减小了对同电源系统中的其他系统的影响。
变频器输出电流波形为正弦波，波形畸变率小，这对于保护搅拌器线圈十分重要。
在分立元件组成的电源系统中不可缺少的隔离变压器，在使用vacon变频器时就不再需要。
vacon变频器采取了齐全的保护功能，这为适应冶金系统的恶劣环境，达到高性能的要求提供了保证。
例如:vacon变频器采用了三相输出电流检测，而不是常规的二相输出电流信号检测，因此变频器能根据三相输出电流的检测值，计算三相输出电流之和，较快地判断变频器的是否接地，达到接地保护的功能，从而使得同类变频器制造出的低频电源不能实现的输出保护功能，在采用vacon变频器制造成的低频电源上得以全部实现。
另外，诸如过流保护、接地保护、欠压保护、过压保护、欠载保护、变频器低温/过热保护、过热保护、输入/输出相保护等保护功能也一应俱全。
可以使用满足iec61131-3标准的编程软件来编制变频器的所有控制软件是vacon变频器最大的特点。
编程软件具有与变频器硬件连接的接口文件，并且提供大至2m的用户程序空间，程序最短扫描时间为1ms，采用分时复用的操作系统方式，配合可以安装在变频器内部的 i/o 扩展卡和通讯适配器，能够编制满足特殊要求的用户程序，这为设计符合需要的应用方案提供了极大的便利条件。
4 具体实施方案及应用效果
宣钢炼钢厂四号连铸机在设计、安装电磁搅拌系统的电源、控制系统时，经过充分考察、论证后，采用了如图2所示的方案:
整个系统由8套电磁搅拌装置、冷却水系统、hmi组成，其最大特点是没有安装常规情况下采用的小型plc、单片机等控制器，而是通过在变频器内安装opt-a1、opt-c6接口卡，将电磁搅拌系统所有冷却水流量信号、温度信号，以及各种操作(如启动、停止、手动、自动、远程控制切换)、连锁信号，都直接接入了变频器，充分利用vacon变频器的内置plc功能，使用vacon nc1131-3编程软件编制符合实际需要的程序，由变频器负责运算、控制，使得变频器的控制可以与plc 控制有机结合，实现预期功能。
这种设计使得整个系统配置简洁、结构合理，大大减少了中间环节，不仅节省投资，还提高了系统的可靠性。
通过设置变频器参数，系统具备以下特殊功能:变频器的输出频率和输出电流可独立设置，并具备自动调节功能，以使设定值与实际值之间的偏差符合要求;变频器具备本地和远程控制方式，在本地操作时同样可以具有连续搅拌、正反交替搅拌等工作方式，正反交替搅拌工作周期可根据需要设定和修改;变频器具备完善的搅拌器线圈保护功能:如过电流、过电压、接地、过热、三相不平衡等等。
变频器使用内置的can总线接口与上位机之间保持通讯。
上位机既可以读取变频器的状态数据，同时又可以通过对变频器参数(包括电流值、频率值等工艺参数及启停等数字控制信号参数)进行设定，来达到远程控制的目的。
上位机系统主要完成显示电磁搅拌工艺流程，指导操作(在上位机直接选择钢种及其浇注条件后软件会自动设置搅拌工艺参数)，显示、存储、打印、查询关键参数，监视设备运行状态，对重要参数超限进行报警等工作。
这套电磁搅拌系统在四号连铸机的长时间使用表明，电磁搅拌在改善连铸坯柱状晶、搭桥、针孔，增加等轴晶区，减少成分偏析，减轻或消除中心疏松和中心缩孔等方面的效果非常明显，对提高连铸坯质量具有明显作用。
而vacon变频器的稳定可靠运行，为电磁搅拌系统充分发挥作用提供了基础保证。