电磁搅拌

电磁搅拌
电磁搅拌技术和应用效果目前已经比较成熟。

对于大方坯和小方坯(＞150mm,≤150mm)连铸，为了生产高质量铸坯和轧材，电磁搅拌是必须采取的措施，而且必须采取提高铸坯表面质量的结晶器电磁搅拌(M-EMS)和改善中心偏析的二冷电磁搅拌(S-EMS)的组合式搅拌。

由于方圆坯断面积比板坯小，所以表面的清理损耗和工作量要比板坯大得多，因此提高方圆坯的表面质量的经济效益也比板坯大得多。

M-EMS搅拌对提高铸坯表面质量有重要作用。

其机理是：（1）液芯的运动均匀了内部钢水的温度，并使保护渣均匀熔化，因此形成振痕稳定和厚度均匀的坯壳并与结晶器壁接触良好；（2）液芯的流动冲洗使凝固壳内表层的夹杂和气泡上浮到液面中心，人工捞出可提高铸坯的表面质量和钢的纯净度。

S-EMS搅拌的作用是大幅度减小铸坯表层细等轴晶内侧的柱状晶厚度，使其变成等轴晶，从而可以明显降低中心偏析和疏松。

这对最终成品圆钢和线材的质量判定和二次加工性带有决定性。

为了消除轧材的柱状晶，不使用S-EMS的铸坯压缩比约在10左右，而采取S-EMS的压缩比为5时就可以达到。

因此采用S-EMS也可以使用较小尺寸的铸坯生产较大规格的成品，或在同等条件下进一步提高轧材的强度、塑性和冲击性。

中心偏析产生的原因是铸坯在凝固过程中碳、硫、磷、锰等溶质（含非金属夹杂物及气相等轻质相）元素的浓度逐渐增高的结果，因此S-EMS的作用机理是铸坯出结晶器后，利用电磁的作用使液芯钢水在转动的过程中凝固，这样，一方面使溶质元素分布均匀，改善中心偏析度；另一方面，由于钢水的转动冲刷凝固的前沿，使已成固态的微粒变成新的结晶核，因此扩大了等轴晶比率，相对减少了柱状晶量。

M-EMS与S-EMS组合式电磁搅拌可以适应优质钢和不锈钢的质量需要，但是对于碳含量＞0.50%的高碳钢和弹簧钢等钢种，为了解决芯部碳的偏析，应在铸坯凝固末期对糊状钢液进行电磁搅拌，即F-EMS。

电磁搅拌的原理，以电磁感应原理为基础，闭合电路的一部分导体在磁场中运动会产生电流，带电的导体在磁场中运动会产生阻碍其运动的电磁力。

在结晶器内安装电磁搅拌，使钢水形成与之运动相反方向的力。

电磁搅拌分为螺旋搅拌、直线搅拌、旋转搅拌。

直线搅拌使钢水产生上下的运动；旋转搅拌使之产生水平方向的运动；螺旋搅拌即能产生水平方向也能产生竖直方向的运动。

目前中小方坯使用旋转搅拌，板坯使用直线旋转和螺旋旋转。

连铸机上电磁搅拌安装的位置一般有三处：1、结晶器电磁搅拌（M-EMS或E-MBR)2、二冷区电磁搅拌（S-EMS)3、凝固末端电磁搅拌（F-EMS)。

结晶器电磁搅拌的安装，线圈位置安装偏下，防止旋转钢液将表面保护渣卷入钢中。

有些结晶器还在搅拌线圈上安装一个能使钢液向相反方向运动的制动线圈（线圈通电方向与搅拌线圈方向相反）。

为保证有足够的电磁力能穿透结晶器壁，使用低频电流，采用不锈钢或铝等非铁磁性物质作结晶器水套（铜）。

结晶器电磁搅拌能够均匀钢水温度，减少钢水过热，促进气体和夹杂物的上浮，增加等轴晶晶核。

二冷区电磁搅拌安装在二冷区铸坯柱状晶“搭桥”之前，即坯壳厚度是铸坯的1/4处；其搅拌效果最好，也有利于减少中心疏松和中心偏析。

一般情况下小方坯搅拌器安装在结晶器下口1.3-4m 处，采用旋转搅拌方式较多；大方坯和厚板坯可安装在离结晶器下口9-10m处，采用直线搅拌或旋转搅拌方式。

当采用旋转搅拌时，为了防止在钢中产生负偏析白亮带，可采用正转-停止-反转（小方坯、大方坯、板坯、均采用此方法？）的间歇式搅拌技术。

二冷区电磁搅拌主要用来获得中心宽大的等轴晶带，使晶粒细化，减少中心疏松和中心偏析，使夹杂物在横断面上分布均匀，从而使铸坯内部质量得到改善。

凝固末端电磁搅拌安装在连铸坯凝固末端，可根据液心长度计算出具体的安装位置。

凝固末端电磁搅拌可使铸坯得到中心宽大的等轴晶带，消除或减少中心疏松和中心偏析。

对于高碳钢效果尤其明显。

结晶器电磁制动：在板坯连铸中，结晶器内向下的流股将夹杂物带入铸坯液相穴深处难于上浮；同时热中心下移造成坯壳重熔和发生角裂，水口外壁附近钢液容易凝结，保护渣不能均匀流动等。

为此在结晶器宽面加两个恒定磁场，产生于注流方向相反的电磁力，对流股起到制动作用，
即E-MBR技术。

电磁搅拌的应用：1、钢种：合金钢特别是不锈钢搅拌强度需要大些。

可选用E+F-EMS.
2、产品质量：中厚板主要应克服中心疏松和偏析，可采用F-EMS；薄板主要克服皮下气泡和夹杂物，可采用M-EMS。

3、连铸坯断面：连铸坯断面影响拉坯速度和液相穴长度，影响到搅拌器的安装位置。

小方坯连铸选择S-EMS或M+F-EMS。

在高温环境和电磁感应涡流作用下，为防止电磁搅拌装置被烧坏，应有独立的冷却水系统，大部分采用去离子水冷却；也有采用油冷却线圈，再通水对油冷却的。

注解：
去离子水
应用离子交换树脂去除水中的阴离子和阳离子，但水中仍然存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效，去离子水存放后也容易引起细菌的繁殖。

从自来水到去离子水一般要经过几步处理
先通过石英砂过滤颗粒较粗的杂质
再分别依次通过阴阳离子交换柱去除离子
然后加压通过反渗透膜
最后一般还要经过一步紫外杀菌以去除水中的微生物
假如此时电阻率还没有达到要求的话
可以再进行一次离子交换和反渗透过程
而蒸馏水只是先气化再冷凝
纯度一般不如去离子水
实际半导体工业中用的大多数是去离子水
系统工艺流程：自来水-->预处理-->活性炭-->保安过滤-->反渗透-->电去离子
高碳钢
常称工具钢, 含碳量从0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。

锤, 撬棍等由含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。

连铸包晶钢的注意事项是什么？
包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷。

因此，在连铸包晶反应钢时，以铸坯表面质量为主，其注意事项主要有以下几点：
（1）提高钢水洁净度。

尽量提高钢水的纯净度，降低钢中有害元素S、P的含量，提高Mn、S比。

（2）结晶器液面稳定控制。

采用结晶器液位自动控制，使结晶器液面波动范围控制在±5mm；合理的浸入式水口插入深度和出口倾角，以及水口对中，使坯壳均匀生长。

（3）合适的结晶器工艺参数。

良好的结晶器铜板表面质量；优化结晶器振动技术；结晶器采用缓冷，改善结晶器的冷却；合适的结晶器锥度。

（4）合适的二冷工艺参数。

二冷采用弱冷，尽量避开第Ⅲ脆性温度区。

（5）合适的结晶器保护渣。

保护渣的黏度、碱度应合理选择，使结晶器传热更加均匀。