电磁冶金概论

电磁冶金概论班级：冶金11-A2学号：姓名：电磁冶金在连铸中的应用匡德强辽宁科技大学，冶金工程，E-mail:摘要：电磁冶金一一材料的电磁工艺，作为冶金与材料领域中一个新兴的交叉学科的分支，正在蓬蓬勃勃地发展起来。电磁冶金方面的研究成果为人类在各类材料的制取、凝固、成型、处理等工艺过程中发挥着越来越大的作用。近50年来，仅电磁搅拌工艺理论与技术的研究成果在工业中的应用所带来的巨大经济效益，就已使人们感到这门学科的重要性和进一步研究、开发、应用的迫切性。关键词：电磁冶金；连铸；Abstract:theelectromagneticprocessofelectromagneticmetallurgy,materials,asanemerginginthefieldofmetallurgyandmaterialoftheinterdisciplinarybranch,Isvigorouslydeveloped.Theresearchofelectromagneticmetallurgyforhumanintheproduction,solidification,moldingandprocessingofvariousmaterialssuchastechnologyplaysamoreandmoreimportantroleintheprocess.Electromagneticstirringtechnologyinrecent50years,onlytheresearchachievementsoftheoryandtechnologyintheindustrialapplicationofthehugeeconomicefficiency,hasbeentomakepeoplefeeltheimportanceofthesubjectandtheurgencyoffurtherresearch,developmentandapplication.Keywords:electromagneticmetallurgy;Continuouscasting;1电磁冶金1.1电磁冶金发展概况电磁冶金是以电磁热流体力学理论为基础，研究冶金过程和材料制造的新兴工程学科。其实质是借助电流与磁场所形成的电磁力对材料加工处理过程中的表面形态、流动和传质等施加影响，以便有效地控制其变化和反应过程，改善材料的表面质量和组织结构的技术。电磁力可以通过不直接接触的方式传递到金属材料的内部，避免了空气和炉衬材料对金属的二次氧化，且电磁能源是一种清洁能源，不会污染环境，所以电磁冶金被认为是21世纪冶金技术发展的重要方向之一，是冶金新技术的一大亮点。1.2电磁冶金应用电磁冶金具有多方面的功能，其中包括板形控制功能、流动控制功能、悬浮控制功能、雾化功能、电磁感应热生成功能、精炼功能、凝固组织控制功能、高能密集发生功能以及检测功能等，因此它的实际应用范围极其广泛。就当前国内外电磁冶金技术的发展而言，其大致分为3种情况：已广泛应用于工业化生产或正在工业化生产中得到初步应用，技术及装备水平均较成熟或趋于成熟，并朝着更高的水平发展；已经进行了实验室或完成了小型工业实验装置的开发与研究，为工业化生产奠定了相当的基础；已经有系统地或开始进行了某些领域基础理论方面的研究并已取得重要成果。电磁冶金技术和相关设备已实际广泛应用在下列8个方面：ASEA-SKF钢包精炼炉技术，炼钢连铸的电磁搅拌、铝熔炉的电磁搅拌，铝和铜合金的电磁铸造技术，中频感应炉的熔炼技术及其设备，真空感应熔炼技术及其设备，钢坯钢管及其他有色金属坯料的电磁感应加热技术与设备，直接感应熔炼玻璃化材料的高级冷坩埚技术与设备，电磁离心铸造技术。早在1965年，瑞典SKF公司的海莱伏斯钢厂（Hallefors）就建成了第一座ASEA-SKF钢包精炼炉。该精炼炉具有电磁搅拌、真空脱气和电弧加热功能，与其他精炼炉相比最显著的特点是采用电磁感应搅拌，设备由变压器、低频变频器以及感应搅拌器组成，通过水冷电缆将变压器二次电流送给变频器。感应搅拌变频器一般采用晶闸管式低频变频器，通过自动或手动方式调整频率。搅拌器主要有圆筒式和片式两种，搅拌器的不同布置可产生不同的搅拌效果。日本、美国、英国、意大利和我国都先后从瑞典引进过钢包精炼设备，容量从20吨到150吨不等。现在世界上约有100台左右的ASEA-SKF钢包精炼炉应用在实际生产中。2连铸发展历史连续铸钢技术的发展大致可分为5个阶段第一阶段（1840—1930年）为连续浇铸金属液思想的启蒙阶段.最早（1887年）提出与现代连铸机相似的连铸设备建议的是德国人R.M.Daelen，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注人、二次冷却段、引链杆和铸坯切割装置等。第二阶段（1940一1949年）是连续铸钢特征技术的开发阶段.其代表人物是现代连铸之父德国人S.Junghans,1943年他在德国建成了第一台试验连铸机，他提出的振动水冷结晶器、浸人式水口、结晶器保护剂等技术原理，奠定了现代连铸机结构的基础.结晶器振动已成为连铸机的标准操作。第三阶段19501976年）为传统连铸技术的成熟阶段.连续铸钢技术以惊人的速度得到了发展，出现了580多个有关连铸的专利，其中，具有代表性的技术有钢包回转台、浸入式水口浇注、中包塞棒控制、电磁搅拌、结晶器在线无级调宽、渐进弯曲矫直技术等。第四阶段（20世纪80-90年代），传统连铸技术的优化发展阶段，即高效、近终形连铸发展阶段.以连铸技术优化发展为契机，带动传统钢铁生产流程向紧凑化、连续化、高度自动化方向发展。第五阶段（却世纪佣年代至今），90年代以后，人们在改进原来的连铸设备，实现高拉速浇铸、自动化和机械化及开发近终形连铸技术的同时，更注重连铸坯质量的提高与生产能源的低消耗。3连铸工艺将高温钢水浇注到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”（叫引锭头）的铜模内（叫结晶器），钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。rr 4 I-4电磁冶金工作原理在连铸工艺中，由于金属的凝固和变性是在铸轧区域内完成的，因此，电磁场的最佳作用区域是辊缝中的粘糊区。为到达此目的，选配了与650mmX1600mm铸轧机匹配的电磁感应器。该电磁感应器由压板，供液嘴，隔磁板，冷却水套，底板，滑动座，支撑箱，上铁芯，下铁芯，感应线圈等部件组成。当电磁感应器的线圈接通电源，经单板机选定变频频率和导向频率时，则在辊缝中的凝固前沿产生所需的行波磁场和脉震磁场。这一磁场在铝液中感应电流，而感应的电流产生反磁场与主磁场合并，合成磁场与感应电流相互用，产生按一定规律变化的电磁力，使液态金属产生带有震荡的定向运动。电磁场铸轧是常规铸轧区中施加变行波磁场和脉震磁场，从而在导电的铝熔体中感应出涡流，感应涡流产生一逆向磁场拽交变磁场的变化，这两次场迭加形成一综合磁场，在涡流与综合磁场的共同作用下。该电磁力对铸轧前沿的铝熔体及其初生晶体产生搅拌与微切割作用。电磁场作用改变了铸轧前沿的铝熔体的流场和温度场，改善了合金元素的浓度分布，从而影响和改变了铸轧区金属熔体的凝固结晶过程。由于电磁力作用使得流场和温度场分部较普通铸轧条件下的分部要均匀，从而改善凝固组织。5电磁冶金控制技术经过多年的生产和研究，人们发现，要想完全消除震痕，仅仅通过连铸系统本身参数的调节是根本不可能做到的，这样就必须通过外力来维系这个平衡。在多次的实践中，人们发现电磁力具有超距无接触，清洁等特性，经过不断的研究和实验，从90年代起，电磁冶金技术在连铸工艺广泛应用。在早起，人们通过振幅恒定的交变磁场在结晶器外施加磁场，来改善震痕深浅，由于作用在结晶器内的金属液上的电磁力是稳定的，因此人们开始了对其他形式的电磁场作用下的连铸加工过程的探索，如间断磁场，准正弦磁场，半三角磁场，符合磁场，调幅磁场，乃至现在的电磁连铸技术。这都大大的奠定了连铸工艺的稳定优化发展。随着保护渣道机理的推广和认可，人们针对于改变结晶器震动的方式创造了很多新的技术，例如飞正弦震动技术，结晶器款门面横纵向整栋技术，高频率小振幅震动技术，谐震结晶器等。在次领域取得了显著的效果，大大减轻了震痕深度，改善了铸坯表面质量，为连铸产品乃至冶金产品的优化发展做出了尤为显著的贡献通过改变结晶器震动方式，可以促使结晶器在初始凝固坯壳上的作用时间和作用距离减短，这样即使在结晶器变性较大的情况下，初生坯壳仍不至被压迫变性太多，从而促使震痕程度变浅。不但如此，在改变结晶器震动方式的情况下，采用高频小幅度的震动方式，在一个震动周期内，会使弯月面坯壳和下部铸坯坯壳的相互作用减弱，有利于减轻震痕。参考文献：吉田政博.电磁铸造法刀现状上将来.铁上钢，1987,73(3):403〜410.韩志成.电磁冶