1.什么叫電磁攪拌(簡(jiǎn)稱(chēng)EMS)?

大家知道，一個(gè)載流的導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，就受到電磁力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。同樣。載流鋼水處于磁場(chǎng)中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁力推動(dòng)鋼水運(yùn)動(dòng)，這就是電磁攪拌的原理。

電磁攪拌是改善金屬凝固組織，提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。應(yīng)用于連續(xù)鑄鋼，已顯示改善鑄坯質(zhì)量的良好效果。

早在1922年就提出了電磁攪拌的專(zhuān)利。論述了流動(dòng)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)、致密性、偏析和夾雜物等方面的影響。1952年開(kāi)始在鋼廠連鑄機(jī)二次冷卻區(qū)裝置電磁攪拌的試驗(yàn)。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，為改善連鑄坯質(zhì)量，人們對(duì)電磁攪拌結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、攪拌方式和冶金效果進(jìn)行廣泛深入研究，使電磁攪拌技術(shù)日益成熟，得到了廣泛的應(yīng)用。

2.電磁攪拌器有哪幾種類(lèi)型?

電磁攪拌器型式和結(jié)構(gòu)是多種多樣的。根據(jù)鑄機(jī)類(lèi)型、鑄坯斷面和攪拌器安裝位置的不同，目前處于實(shí)用階段的有以下幾種類(lèi)型。

 (1)按使用電源來(lái)分，有直流傳導(dǎo)式和交流感應(yīng)式。

 (2)按激發(fā)的磁場(chǎng)形態(tài)來(lái)分，有：恒定磁場(chǎng)型，即磁場(chǎng)在空間恒定，不隨時(shí)間變化；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)型，即磁場(chǎng)在空間繞軸以一定速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；行波磁場(chǎng)型，即磁場(chǎng)在空間以一定速度向一個(gè)方向作直線運(yùn)動(dòng)；螺旋磁場(chǎng)型，即磁場(chǎng)在空間以一定速度繞軸作螺旋運(yùn)動(dòng)。

目前，正在開(kāi)發(fā)多功能組合式電磁攪拌器．即一臺(tái)攪拌器具有旋轉(zhuǎn)、行波或螺旋磁場(chǎng)等多種功能。

 (3)按使用電源相數(shù)來(lái)分，有兩相電磁攪拌器，三相電磁攪拌器。

 (4)按攪拌器在連鑄機(jī)安裝位置來(lái)分，有結(jié)晶器電磁攪拌器、二次冷卻區(qū)電磁攪拌器、凝固末端電磁攪拌器。

3.電磁攪拌技術(shù)有何特點(diǎn)?

與其他攪拌鋼水方法(如振動(dòng)、吹氣)相比，電磁攪拌技術(shù)有以下特點(diǎn)：

 (1)通過(guò)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量無(wú)接觸轉(zhuǎn)換，不和鋼水接觸就可將電磁能轉(zhuǎn)換成鋼水的動(dòng)能。也有部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/span>

 (2)電磁攪拌器的磁場(chǎng)可以人為控制，因而電磁力也可人為控制，也就是鋼水流動(dòng)方向和形態(tài)也可以控制。鋼水可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)?？筛鶕?jù)連鑄鋼鋼種質(zhì)量的要求，調(diào)節(jié)參數(shù)獲得不同的攪拌效果。

 (3)電磁攪拌是改善連鑄坯質(zhì)量、擴(kuò)大連鑄品種的一種有效手段。

4.什么叫結(jié)晶器電磁攪拌(簡(jiǎn)稱(chēng)M--EMS)，有何作用?

結(jié)晶器電磁攪拌器特點(diǎn)：鋼水在結(jié)晶器內(nèi)，攪拌器置于結(jié)晶器外圍。攪拌器內(nèi)的鐵芯所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)結(jié)晶器的鋼質(zhì)水套和銅板滲入鋼水中，借助電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力，促使鋼水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或上下垂直運(yùn)動(dòng)。

結(jié)晶器銅板的高導(dǎo)電性，使用工頻(50Hz)電源，由于集膚效應(yīng)，磁場(chǎng)在銅層厚度由外向里穿透能力只有幾毫米，小于銅壁的厚度，也就是磁場(chǎng)被結(jié)晶器銅壁屏蔽不能滲入鋼水內(nèi)，無(wú)法攪拌鋼水。為此采用低電源頻率(2～10Hz)，使磁場(chǎng)穿過(guò)銅壁攪拌鋼水。

結(jié)晶器電磁攪拌作用：1)鋼水運(yùn)動(dòng)可清洗凝固殼表層區(qū)的氣泡和夾雜物，改善了鑄坯表面質(zhì)量。2)鋼水運(yùn)動(dòng)有利于過(guò)熱度的降低，這樣可適當(dāng)提高鋼水過(guò)熱度，有利于去除夾雜物，提高鑄坯清潔度。3)鋼水運(yùn)動(dòng)可把樹(shù)枝晶打碎，增加等軸晶核心，改善鑄坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4)結(jié)晶器鋼-渣界面經(jīng)常更新，有利于保護(hù)渣吸收上浮的夾雜物。

某廠板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器采用線性電磁攪拌器，電流為400A，電源頻率為1～5Hz，使用后，板坯皮下(約1/8鑄坯厚度范圍內(nèi))夾雜物、氣孔的數(shù)量大大減少。大方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器采用電磁攪拌后，對(duì)改善鑄坯表面質(zhì)量效果顯著。

5.什么叫二次冷卻區(qū)電磁攪拌(簡(jiǎn)稱(chēng)S-EMS)，有何作用?

在板坯連鑄二次冷卻區(qū)，由于沿扇形段有支承輥的排列，給安裝攪拌器帶來(lái)一定困難。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，目前生產(chǎn)上應(yīng)用的主要有兩種型式：

 (1)平面攪拌器。在內(nèi)外弧各裝一臺(tái)與支承輥平行的攪拌器，或在內(nèi)弧側(cè)支承輥后面安裝攪拌器，或者把感應(yīng)器的鐵芯插入到內(nèi)弧兩輥之間的攪拌器。

 (2)輥式攪拌器。外形與支承輥類(lèi)似，輥?zhàn)永锩嫜b有感應(yīng)器，既支承鑄坯又起攪拌器作用。

攪拌器安裝在二次冷卻區(qū)的位置大約是相當(dāng)于凝固殼厚度為鑄坯厚度1/4～1/3液芯長(zhǎng)度區(qū)域。

二次冷卻區(qū)攪拌作用：打碎液芯穴內(nèi)樹(shù)枝晶搭橋，消除鑄坯中心疏松和縮孔；碎枝晶片作為等軸晶核心，擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶區(qū)，消除了中心偏析；可以促使鑄坯液相穴內(nèi)夾雜物上浮，減輕內(nèi)弧夾雜物集聚。

某廠板坯連鑄機(jī)，在二次冷卻區(qū)支承輥內(nèi)安裝了電磁攪拌器。在每流上設(shè)置3對(duì)6根電磁攪拌輥，它們距結(jié)晶器鋼水面距離分別為11.78m、13.56m、15.35m。攪拌輥電流為400A，電源頻率為2～10Hz。使用電磁攪拌后，板坯凝固組織等軸晶為15～30％，中心偏析、內(nèi)部裂紋和夾雜物分布都得到明顯改善。

6.什么叫凝固末端電磁攪拌(簡(jiǎn)稱(chēng)F—EMS)，有何作用?

鑄坯液相穴末端部區(qū)域已是凝固末期；鋼水過(guò)熱度消失，已處于糊狀區(qū)；由于偏析作用，糊狀區(qū)液體富集溶質(zhì)濃度較高，易形成較嚴(yán)重的中心偏析。為此，在液相穴長(zhǎng)度的3/4處安裝攪拌器，叫F—EMS。一般采用頻率為2～l0Hz的低頻電源。

攪拌器作用：通過(guò)攪拌作用，使液相穴末端區(qū)域的富集溶質(zhì)的液體分散在周?chē)鷧^(qū)域，降低鑄坯中心偏析，減少中心疏松和縮孔。

7.什么叫結(jié)晶器電磁制動(dòng)(EMB)，有何作用?

從浸入式水口側(cè)孔流出來(lái)鋼流，其速度較大，流到結(jié)晶器窄面，與窄面凝固殼相碰后分成兩股流動(dòng)，一股向結(jié)晶器表面流動(dòng)，一股沿凝固殼前沿向下流動(dòng)，把夾雜物帶入液相穴深部而上浮困難；流股沖刷凝固殼增加了角裂和漏鋼的危險(xiǎn)性；寬面中部彎月面鋼水不活躍易于凍結(jié)。

為了解決這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器電磁制動(dòng)技術(shù)(也叫EMB)。在板坯結(jié)晶器兩個(gè)寬面處外加兩個(gè)恒定磁場(chǎng)，從水口側(cè)孔吐出的注流，以相當(dāng)大的速度垂直切割磁場(chǎng)，從而在鋼水中產(chǎn)生了一個(gè)電磁力，其方向與注流方向相反，使注流減弱產(chǎn)生了制動(dòng)效應(yīng)。在電磁制動(dòng)作用區(qū)，注流被分裂成小的流股被分散開(kāi)，在結(jié)晶器引起了攪拌運(yùn)動(dòng)，活躍了結(jié)晶器鋼-渣界面。

電磁制動(dòng)的效果：減少內(nèi)部和表面夾雜物，提高了鑄坯清潔度；減少了鑄坯皮下氣孔；減輕了流股對(duì)凝固殼沖刷，減少了角裂和漏鋼幾率；可適當(dāng)提高拉速。

8.什么叫“白亮帶”，如何消除?

經(jīng)過(guò)電磁攪拌的方坯，取一塊橫斷面試樣，做低倍檢查，可在硫印圖上的鑄坯外表面與鑄坯中心之間的某一位置觀察到呈白亮色的方圈，其寬度為2～10mm，習(xí)稱(chēng)白亮帶。白亮帶中C、S、P元素含量比周?chē)饘僦械囊?，故又叫?fù)偏析白亮帶。

白亮帶形成原因是電磁攪拌產(chǎn)生的流股沿凝固前沿流動(dòng)，把兩相區(qū)樹(shù)枝晶間富集溶質(zhì)的母液沖刷出去而造成的。采用正反向交替運(yùn)行，或各相電流采用不同頻率運(yùn)行方式的電磁攪拌器，使磁場(chǎng)按設(shè)定的時(shí)間，周期交替變換運(yùn)動(dòng)方向，鋼水也周期地改變流動(dòng)方向．這樣可減輕或消除白亮帶。

這種負(fù)偏析的白亮帶是否會(huì)給鋼材性能帶來(lái)危害，目前還無(wú)一致看法。但負(fù)偏析嚴(yán)重時(shí)，會(huì)對(duì)鋼的淬透性、表面硬度、機(jī)械性能等帶來(lái)一定影響。選擇電磁攪拌方式時(shí)應(yīng)該引起注意。

9.選擇電磁攪拌應(yīng)考慮哪些因素?

目前，連鑄生產(chǎn)上使用電磁攪拌技術(shù)來(lái)改善鑄坯質(zhì)量，這一點(diǎn)已為人們所接受。但哪一些鋼種用、怎么用還有賴于正確選擇電磁攪拌器。

一般來(lái)說(shuō)，在連鑄機(jī)不同的位置采用不同類(lèi)型的攪拌器，對(duì)改善鑄坯質(zhì)量都會(huì)有一定效果。但在實(shí)際應(yīng)用中有一個(gè)最佳選擇和最佳冶金效果問(wèn)題，以下參數(shù)可作為選擇攪拌器的基本要素：　　　

鋼種：合金鋼含有較多的合金元素。為得到相同的攪拌鋼水流速，攪拌不銹鋼的磁感強(qiáng)度比碳鋼要高一些；不銹鋼 的柱狀晶比碳鋼發(fā)達(dá)，折斷不銹鋼的枝晶就需要較大的電磁力。

產(chǎn)品質(zhì)量：應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量確定電磁攪拌要解決連鑄坯主要缺陷類(lèi)型。如中厚板主要是中心疏松、偏析；薄板主要是皮下氣孔和夾雜物。

鑄坯斷面：鑄坯斷面大小決定了拉速和液相穴長(zhǎng)度。因而就影響到攪拌器安裝位置。

攪拌方式：根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量，以確定攪拌器安裝位置，是單一攪拌方式還是組合攪拌方式。

攪拌器參數(shù)：應(yīng)根據(jù)鋼種和工藝參數(shù)(如鋼水過(guò)熱度、拉速)來(lái)確定攪拌器型式、功率、電源頻率、運(yùn)行方式等。

10.什么叫組合式電磁攪拌?

在連鑄機(jī)的單一部位(如結(jié)晶器、二次冷卻區(qū))攪拌時(shí)，改善鑄坯中心偏析的效果都是有限的。尤其對(duì)高碳鋼來(lái)說(shuō)，僅采用某一攪拌方法不能解決鑄坯中嚴(yán)重的中心偏析問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，提出采用組合式電磁攪拌技術(shù)。如采用結(jié)晶器電磁攪拌和凝固末期電磁攪拌兩者組合攪拌時(shí)，鑄坯中心等軸晶區(qū)擴(kuò)大，偏析元素被分散到等軸晶之間，中心偏析明顯改善。即使中間包鋼水過(guò)熱度較高時(shí)，也能達(dá)到改善鑄坯中心偏析的目的。

如在300×400mm大方坯連鑄機(jī)上，在結(jié)晶器和凝固末端安裝了電磁攪拌器，澆注彈簧鋼，中間包鋼水過(guò)熱度為50℃，連鑄坯中心等軸晶區(qū)達(dá)40％，消除了鑄坯中心疏松和偏析。在大方坯連鑄機(jī)二次冷卻區(qū)采用多級(jí)式電磁攪拌，即上部和中部分別安裝電磁攪拌器，增加了鑄坯中心等軸晶區(qū)和中心致密度。在125×125mm小方坯連鑄機(jī)上采用組合式電磁攪拌，即在結(jié)晶器、二次冷卻區(qū)和凝固末端分別安裝旋轉(zhuǎn)磁　 場(chǎng)型電磁攪拌器。鋼種為碳鋼(C=0.12～0.51％)，拉速為2.5m/min，中間包鋼水過(guò)熱度30～40℃。采用這種組合式電磁攪拌后，鑄坯內(nèi)外弧區(qū)等軸晶擴(kuò)大。而不攪拌時(shí)，則內(nèi)外弧側(cè)均無(wú)等軸晶出現(xiàn)。