电磁搅拌器发展及应用现状解析.docx

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电磁搅拌器发展及应用现状解析

电磁搅拌器的调查报告

目录

第1章电磁搅拌器的简介1

1.1定义1

1.2原理1

1.3安装模式及分类1

1.4.2SEMS扩大等轴晶率2

1.4.3FEMS细化等轴晶2

第2章电磁搅拌器的发展2

2.1电磁搅拌技术在国外的发展和应用情况3

2.2电磁搅拌技术在中国的发展和应用现状5

第3章电磁搅拌器的应用7

第1章电磁搅拌器的简介

1.1定义

电磁搅拌器，是炼钢行业中的一种机器，具有强化钢水运动和推动钢水运动的能力。

1.2原理

电磁搅拌器（Electromagneticstirring:

EMS）的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。

具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。

1.3安装模式及分类

根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置大致有以下几种模式：

（1）结晶器电磁搅拌：

MoldElectromagneticstirring:

MEMS搅拌器安装在结晶器铜管外面。

（2）二冷区电磁搅拌：

StrandElectromagneticStirring:

SEMS搅拌器安装在铸坯外面。

（3）凝固末端电磁搅拌：

FinalElectromagneticstirring:

FEMS用于方坯连铸搅拌器安装在铸坯外面。

1.4电磁搅拌器的冶金效果

1.4.1MEMS增加等轴晶率

钢种

作用

低合金钢

减少表面和皮下的气孔和针孔

弹簧钢

减少表面和皮下的夹杂物

冷轧钢

坯壳均匀化

中高碳钢

稍稍改善中心偏析

表1

1.4.2SEMS扩大等轴晶率

钢种

作用

不锈钢

减少内裂改善中心偏析

工具钢

减少中心疏松

表2

1.4.3FEMS细化等轴晶

钢种

作用

弹簧钢

有效地改善中心偏析

轴承钢

有效地改善中心缩孔和疏松

表3

第2章电磁搅拌器的发展

连铸是钢铁生产流程中的重要环节，钢材的质量在很大程度上取决于连铸坯的质量。

生产实践表明，应用电磁搅拌技术能有效改善连铸坯的质量。

从20世纪80年代开始，国外的电磁搅拌技术逐渐走向成熟。

80年代中期，国在引进国外连铸机的同时，也引进了一批不同类型的电磁搅拌装置。

但由于种种原因，许多钢厂电磁搅拌技术的应用并不理想，造成设备的闲置。

与此同时，我国仍在继续引进国外的电磁搅拌技术0在这种情况下，有必要对现有连铸用电磁搅拌器的设计、工艺优化进行广泛深入的研究与开发，形成国产化设计、制造、生产、应用的工程化实施能力，以使国内相关企业摆脱仅能仿制的困境。

在“国家科技攻关（双重）项目”的支持下，连铸技术国家工程研究中心与相关单位合作，完成了电磁搅拌器的设计、制造，在重钢七厂1号连铸机进行了工业试验，并对电磁搅拌工艺进行了优化，获得了良好的使用效果，所设计和制造的内置式结晶器电磁搅拌器的性能已达到国外同类产品的水平。

2.1电磁搅拌技术在国外的发展和应用情况

电磁搅拌器（EMS）是由瑞典ASEA公司首先发明的。

l932年Dreyfus博士根据法拉第的电磁感应原理，发现低速移动着的感应磁场会对钢水产生强烈的搅拌作用，于l948年制造出世界上第一台电磁搅拌器并用于电弧炉炼钢。

随着炼钢技术的发展和成熟，电磁搅拌技术逐渐被应用于连铸设备。

20世纪60年代，奥地利Kapfanberg厂的Beohler连铸机开始使用电磁搅拌技术浇铸合金钢。

20世纪70年代，法国钢研院（IRSID）首次在方坯连铸机上进行了线性电磁搅拌技术的工业性试验。

英国钢公司（BSC）也进行了类似试验。

电磁搅拌使硅铝镇静钢的皮下质量得到了改善，试验中由于采用了低频电磁场，提高了搅拌效率，并采用铜作为结晶器材料，很快在生产中得到应用。

随后，圆坯连铸设备的旋转搅拌技术研究取得了突破性进展。

Karl-HeinzSpitzer等人用模型实验和数值模拟的方法研究了圆坯在旋转搅拌作用下钢水内的电磁场和流场。

分析各种情况下的计算结果，讨论了搅拌器的内径、长度、磁感强度、激磁电流的频率、搅拌器沿长度方向的安装位置对流场的影响。

板坯连铸机电磁搅拌技术开发较晚。

1973年世界首台板坯连铸机二冷段电磁搅拌器在新日铁君津厂投入使用。

同年，法国钢研院在西德Eillingen厂的板坯连铸机上也使用了电磁搅拌技术。

其方法是在结晶器宽面铜板后面的冷却水箱内装有线圈，产生竖直方向的线性搅拌。

搅拌后发现，低碳铝镇静钢的皮下质量明显改善。

1977年ASEA（现在的ABB）提出辊后箱式搅拌的设想，安装在铸流奥氏体钢（无磁性）支撑辊后面，沿拉坯方向搅拌铸坯，适用于辊子直径小、搅拌器与板坯之间距离小于250mm的连铸机。

后来，日本神户钢铁公司在弧形板坯铸机上安装了直线型电磁搅拌器，同样改善了铸坯质量。

日本新日铁公司经过长期的研发，用结晶器电磁搅拌装置（简称M-EMS）控制钢液流动，大幅度提高了板坯表面质量及合格率；铸坯初期凝壳厚度均匀，因纵裂而引发的拉漏事故明显减少，稳定了连铸操作。

现在，新日铁公司的板坯连铸机几乎全都采用了M-EMS。

20世纪80年代初，日本川崎钢铁公司和瑞典ASEA公司共同开发了结晶器电磁制动装置，将这项技术应用于川崎公司的铸机上，获得良好的冶金效果。

20世纪90年代，间歇搅拌器和多频搅拌器相继得到开发，这标志随着电磁搅拌技术的发展和成熟，该技术已成为改进铸坯质量的重要手段。

随着技术的进步，人们开发了组合式电磁搅拌技术。

与单一位置搅拌相比较，组合式电磁搅拌在改进铸坯质量、减少中心偏析方面的效果更好。

1991年日本NKK引进了钢水能加速或减速离开浸入式水口的EMLS/EMLA（电磁液面减速器/电磁液面加速器）工艺，还有能使结晶器弯月面处或弯月面下钢水旋转的EMRS。

据报道，日本神户钢铁公司研究了一种新型的电磁搅拌技术，即对中间包到结晶器之间的铸流采用电磁搅拌，解决了浸入式水口堵塞的问题，实现了在整个连铸过程中低过热度浇铸。

日本新日铁公司目前又开发了一种铸流电磁搅拌，这种铸流电磁搅拌安装在足辊以下、二冷段以上的狭缝里，通过改进等轴晶区的比率来减少中心偏析，防止内裂的产生。

2.2电磁搅拌技术在中国的发展和应用现状

我国20世纪70年代末才开始研究电磁搅拌技术，主要经历了3个阶段。

（1）20世纪70年代末至80年代中期，我国开始对电磁搅拌技术进行摸索和探讨，虽然经过试验及工业运行，但性能不太稳定。

20世纪80年代中期，我国引进了一批特殊钢连铸机，都配有进口电磁搅拌装置，这虽然对我国连铸电磁搅拌技术的发展起到了一定的积极作用，但也说明我国当时还不具备制造高性能电磁搅拌装置的能力。

（2）20世纪80年代后期，电磁搅拌得到国家的高度重视。

经过十多年的努力，我国电磁搅拌技术的研究终于取得了重大突破和进展。

1996年5月，舞钢首次在大型厚板坯连铸机上成功地使用了国内自行设计研制的SEMS成套装置，这标志着我国结束了完全依靠进口电磁搅拌装置的历史。

这些装置的研制水平和使用效果达到了引进装置的效果。

（3）1997年，宝钢同其它单位合作，成功研制出了宝钢大板坯连铸SEMS，价格不到引进设备的1/3。

宝钢SEMS的研制成功标志着我国已经具备研制高性能电磁搅拌装置的能力，且具备了出口竞争的实力。

我国目前应用电磁搅拌器的连铸设备有100多台，多为电炉连铸，绝大部分是引进的，仅有重庆特钢和宝钢等使用了国产电磁搅拌装置。

由于国内EMS的应用研究还不充分，不少厂家的运用效果不够理想，主要存在以下问题：

（1）工艺试验不足，未对工艺参数充分优化。

（2）国内引进的EMS多为早期产品，功率不足，使用效果不够理想。

（3）存在水质处理问题。

由于EMS功率大，电磁线圈多采用水冷，对水质要求很高，而国内厂家水质处理多数达不到标准，造成线圈及接线处绝缘损坏。

（4）钢种不合适。

EMS对高碳钢、不锈钢、厚板等特殊钢种的作用比较明显，对普通钢效果一般，对船板钢和某些低合金钢强电磁搅拌后，易产生白亮带和负偏析。

国内对EMS的研究和应用情况见表4所示。

表4国内连铸电磁搅拌器的应用实例

第3章电磁搅拌器的应用

电磁搅拌技术（Al-EMS）由于具有无接触搅拌特点，使铝合金成分均匀，缩短熔炼时间，降低能耗，减少熔体上下部温差，减少熔渣的产生等优点，已经在铝熔铸行业得到推广应用。

在电磁半固态铸造合金浆料的制备工艺中电磁搅拌也起到重要的作用。

二相电磁搅拌器在铝熔炉底搅拌等场合应用比较多。

二相六桥臂的IGBT逆变器电源结构具有全部电压利用能力，在开关器件额定值相同的情况下，特别是采用非对称结构时，理论上其输出容量是二相四桥壁结构逆变器的一倍。

因此，对于大型二相电磁搅拌器，采用二相六桥臂低频逆变器供电，可以得到更大的电磁供电容量。

总体而言，方圆坯结晶器电磁搅拌在国内的使用历史最长，技术上也相对较为成熟，宝钢从1996年开始在引进的方圆坯连铸机上就配置有Danieli公司的结晶器电磁搅拌装置，自投产以来使用效果一直非常不错。

宝钢股份炼钢厂根据产品质量的要求在不同连铸机上分别配置r目前国际上主流的各种类型电磁搅拌装置，见表3。

在宝钢集团新疆八一钢厂、特钢及不锈钢事业部等子公司内也都分别装配有不同类型的电磁搅拌设备，这也是产品质量要求不断提高下的一个必然趋势。

值得一提的是为高拉速而设计的ABB电磁制动技术在宝钢股份炼钢厂及梅钢公司都得到了应用，并且使用结果也表明电磁制动在提高铸机拉速、改善铸坯表面质量和减少内部夹杂物等方面都取得了良

好的冶金效果。

虽然电磁搅拌在宝钢各子公司里都得到了广泛的应用，通过现场工艺实验研究的不断摸索，也掌握了一些电磁参数与产品质量之问的相互关系和影响规律，但由于各种原因，电磁搅拌技术的优势并没有得到充分发挥。

表5宝钢股份炼钢厂电磁搅拌使用状况

作为目前世界上二冷区电磁搅拌中电磁力最强的设备，DKS在新日铁以及国内的武钢都是生产硅钢必不可少的冶金设备。

近年来，在对产品质量要求不断提升的背景下，宝钢在电磁搅拌技术方面持续开展了广泛而又深入的研究，辊式搅拌器的机理研究与优化就是一个成功的典范。

在板坯结晶器电磁搅拌技术、方圆坯凝固末端螺旋电磁搅拌技术等方面的系统研究工作也正在积极开展之中。

目前，世界上主要有三种形式的板坯二冷区电磁搅拌装置，分别是新日铁的DKS插入式搅拌器、辊后箱式搅拌器及以法国Rotelec公司为代表的辊式搅拌器。