谈电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用

杨彬斌

摘 要：电磁搅拌技术是在冶金及钢铁制品生产中不可缺少的技术手段，现代化生产工艺中根据这一技术的基本原理进行合理改进，使其在实际生产效果中得到更好的提升。以作用形式作为区分，可以将电磁搅拌技术分为几种不同类型，在实际生产中需按照要求与相应条件合理选择。本研究对电磁搅拌技术的作用原理、工作参数及应用效果等展开分析，从而发现目前在炼钢连铸机应用中存在的不足，这为日后技术强化与完善提供了基础和依据。

关键词：电磁搅拌技术;连铸;应用

中图分类号：TF777.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0118-02

0 引言

钢铁行业在近些年的发展可谓是突飞猛进，在激烈竞争的国际市场中，我国钢铁行业的发展较为稳定。企业在生产中要对技术的应用严格控制，不仅要不断开展新技术的探索，同时也要重视对已存在并应用的技术进行创新。连铸电磁搅拌技术是一种重要的冶金技术，虽然在钢铁行业生产中较为成熟，但仍需要根据实际效果加以完善，从而提高钢铁制品的生产质量与效率。

1電磁搅拌技术的基本概述

1.1电磁搅拌技术的发展背景

在钢铁工业生产过程中，不同时期主要应用的技术手段也在不断发生变化，其中电磁搅拌技术的出现就是由于钢铁生产所需而产生。这一技术最早源于瑞典，是根据电弧炉炼钢工作中的需要产生，经过对工艺的改进与创新，这一技术也在不断的成熟，最终被广泛应用于炼钢连铸机。连铸机在炼钢过程中发挥着不容忽视的作用，这种工艺技术与传统炼钢相比更加简单易操作，能够有效避免一些繁琐的工序，同时在最终的产品收得率中也有显著提升，所以逐步代替传统炼钢方法。炼钢连铸机在生产过程中不仅能够达到节约金属材料的目的，同时也能较大程度上节省人力资源。电磁搅拌技术作为在连铸机中应用的一种重要技术手段，经过多年在实际应用中的不断尝试与发现，各种类型的电磁搅拌器相继出现，它们的共同目标与任务就是控制钢液流动，从而使产品的质量与产出率在现有基础上得到提高，二冷区电磁搅拌器、结晶器电磁搅拌器以及固化终端电磁搅拌器等都是较为常用的类型。

1.2电磁搅拌技术的发展现状及主要应用

经过不断的完善与实际应用验证，电磁搅拌技术的理论研究方面已较为成熟，并在冶金工业中有着很高的应用价值[1]。近些年在生产制造业中，产品质量标准正随着技术的强化而不断提升，同时客户对于产品质量的要求也是不断推动生产方积极改进生产工艺与增强产品质量的重要因素。对于钢铁行业来说也是如此，其应用的电磁技术也经历着更新与换代。现阶段二冷区电磁搅拌技术的研究热度较大，各国在对这一技术的应用中对搅拌方向尝试各种改变，从而减少板坯夹杂物，提高钢铁的得出率与质量。出水口堵塞是生产过程中常会出现的问题，这种现象为钢铁行业带来较大烦恼。经过对这一问题进行专项研究与模拟实验后发现，搅拌位置为结晶器之间时可以有效带动钢液顺利流出出水口，从而避免堵塞。这一技术不仅在钢铁行业中起到举足轻重的作用，同时在其他金属生产行业中也有着广泛的应用。

2连铸电磁搅拌技术的形式及原理

2.1两级电磁搅拌

两级电磁搅拌是出现较早的一种形式，一般用S-EMS来表示。这种技术的要点就是将搅拌器安装于二冷区内，具体的位置是位于结晶器的下方。对这一类型的搅拌器进行细化区分还能分为三种，它们之间在设计、工作特点上存在较大不同。首先是插入式，这种设计对支撑辊的距离有一定要求，需要在两个支撑辊之间插入搅拌器。但是这种搅拌器容易造成铸坯表面凸起，所以需对连铸机的弧度进行及时调控。辊后式也是十分常见的一种，这种搅拌器的构造较为简单，但是由于搅拌器位置较远容易造成效率较低的问题，从而在使用这种搅拌器时，生产过程中所需的电功率往往较大，进而生产成本过高。第三种是辊式，它的搅拌器距铸坯较近，所以能避免工作电功率较大的问题。同时这种搅拌辊具有易于拆卸与安装的特点，可以根据不同生产需求来调整搅拌速度，生产效率处于较高水平。

2.2模具电磁搅拌

这种搅拌形式也称为结晶器电磁搅拌，通常用M-EMS来表示。从名字上可以看出，这种搅拌器的最大特点就是将搅拌器安装于结晶器的位置上，对具体位置进一步区分有内置式与外置式两种。搅拌器带动结晶器附近的钢液进行流动，能够保证产生凝固的坯壳表面更加均匀，从而提高铸坯的整体质量。内置式搅拌器位于结晶器内部，从而与铸坯的距离很近，所以在工作效率上更具优势。但是由于其与结晶器共同使用一套结构系统，所以对冷却水的质量要求较高，这在一定程度上增加了生产成本。外置式搅拌器的位置在结晶器的外部，所以对冷却水就没有很高的要求，但是由于距铸坯的距离相对较远，在效率上低于内置式。在实际应用中可以根据实际条件与要求合理选择。

2.3固化终端电磁搅拌

固化终端电磁搅拌用F-EMS来表示，其搅拌器的位置在二冷区的末端。这种电磁搅拌装置与其他类型相比具有使用寿命较长、工作状态稳定、运行安全等优点。同时由于其结构特点，在运行过程中所需要的冷却水量较小，这在一定程度上节约了搅拌所需要的成本。这种电磁搅拌形式是在以往传统类型的基础上改进而来，具有较好的搅拌效果及工作效率，其发展前景十分可观。

3电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用效果

3.1凝固过程中热力学方面

搅拌的基本作用就是为了使钢液的流动速度得到控制，从而使其热力学条件得到改变。从物理方面进行原理分析，当液体处于较高温度时，液体无外界作用力处于静态的散热速度较慢，而利用外界的作用使液体成为流动状态时，则散热速度可以得到显著提高。电磁搅拌器就是对钢液进行外界力的施加，从而加快其内部的流动。电磁搅拌技术的应用使这一效果得到显著改善，在提高流速的过程中降低钢液的温度。温度是等轴晶生长的重要条件因素，从以往的试验研究中可以发现，较低温度下它才能快速生长。为了加快钢液中等轴晶可以在较短时间内就能形成，降低钢液的整体温度不容忽视，而电磁搅拌则能够为其达到这一目的提供必要条件，同时电磁搅拌与其他类型搅拌技术相比，内部装置较为简单，对于等轴晶的生长不会造成不利影响。另一方面温度降低还可以使坯壳凝固所需要时间的缩短，使整个炼钢连铸过程的工作效率得到显著提升。

3.2凝固过程中动力学方面

等轴晶的生长是炼钢过程中的一个重要环节，在其形成与生长的过程中，很容易受到温度、压力等因素的影响。当不对环境条件进行控制时，容易造成等轴晶的生长速度不一致、生长位置不均一的情况，这对于是否能得到稳固的坯壳十分不利。所以想要得到分布排列较为紧密且距离均等较近的等轴晶就要利用电磁搅拌技术来加以控制。搅拌可以在动力学方面对等轴晶的生长加以干预，其位置对搅拌产生的作用力会产生一定影响，所以对实际效果进行分析选择合理的位置尤为关键。当搅拌器以一定速度进行搅拌时，对于在其附近钢液产生均匀一致的搅拌力，所以可以促进这一位置中等轴晶的形成，且可以为这些等轴晶提供一致的生长条件，最终得到稳固性较好的坯壳。

4电磁搅拌的相关参数

4.1电源频率

在电磁搅拌器中，电源频率是一项重要的参数，它在搅拌过程中会在一定的范围内进行改变，从而间接调节电磁力的大小。选择合适的电源频率需要根据实际工作状态进行不断的实验与尝试，从而在综合因素的影响下找到最适频率。在对电源频率进行设置的过程中还要考虑到安全方面，对于一些大型炼钢连铸机进行工作时，往往需要较大的电磁搅拌速度，但安全防护设备配套不完善等因素的限制造成不能为其提供较大的电源频率，这时就要从改变电磁搅拌器的位置以及更换攪拌器类型的方面进行改进，而不能一味增大电源频率。同时不同电源频率也可能会使电磁搅拌器产生干扰信号，想要避免干扰信号对装置正常工作的影响，就要利用有效的屏蔽装置，从而保证电磁搅拌器的工作质量。

4.2电磁功率

在实际生产工作中电磁功率较大会造成成本过高，所以就要努力改变相关影响因素来降低电磁功率。其中最有效的方法就是提高电流强度，但是较大的电流强度会引发产热等危险，所以需要加强冷却设备的装置。在以往的实际案例中，有很多企业在炼钢过程中忽视了对炼钢连铸机进行相应冷却设备的配套，以至于产生严重的生产安全事故，这种情况的发生不仅对企业自身的经济效益受到重创，同时更是使生产线上工人生命安全的不负责，所以加强冷却装置等设备保护装置的安装与完善是企业应当重视的内容。同时线圈匝数与电磁功率也成正比，在合理的范围内降低匝数也能取得相应的效果，这就需要生产技术人员根据实际的炼钢效果以及文献资料查询等途径进行合理控制。

4.3钢液物理性质

对于钢液来说，其所具备的物理性质也对电磁搅拌效果起到影响作用，其中粘度、导电率以及所含的合金元素类型等较为重要。根据这些物理性质的不同，对电磁搅拌器的类型以及工作状态进行设定与调整，炼钢质量才能得到进一步提高。技术人员在开展炼钢工作时首先需要对钢液的性质信息进行掌握，通过分析结果对设备进行有效调试，这其中就包括对电磁搅拌器的工作参数进行必要调整，使其在实际应用中能够起到更好的工作效果。

5电磁搅拌技术在炼钢连铸机中应用存在的问题

技术创新仍是未来发展中的关键问题，近些年随着自动化控制系统的出现与应用，进一步减小炼钢工作中人员的压力，许多工序都能通过自动化系统的控制来实现[2]。这进一步方便了炼钢连铸机中电磁搅拌技术的控制，通过控制系统下达的指令及时高效改变电磁搅拌器的工作状态，从而得到更优质的钢铁产品。鼓励新技术的应用是提高电磁搅拌技术在炼钢连铸机效果的基础，也是下一步发展的重要目标。

6结语

钢铁是建筑、交通、机械制造等多种行业中必不可少的基础性材料，所以钢铁工业的发展前景十分可观。所以将提高电磁搅拌技术水平作为长期任务意义重大，使其在炼钢过程中发挥更好的作用。

参考文献

[1] 张波.电磁搅拌技术在连铸生产中的应用[J].时代农机，2018，45（6）：196.

[2] 袁志刚，李建超，王宝峰.电磁搅拌技术应用存在的问题及探索[J].重型机械，2016（1）：16-18.