冶金行业板坯连铸结晶器电磁控流技术

板坯连铸结晶器电磁控流技术随着连铸技术的发展和连铸比的提高，高质量铸坯和高生产率已成为当今板坯连铸技术追求的目标。尤其是汽车、家用电器、造船、管线、建筑等用钢量较大的用户，都要求加工性能好的高质量板材的稳定供应。为满足这一要求，近年来连铸技术的发展要求获得各种稳定浇注生产率的高质量板坯的技术，特别致力于减少表面和内部缺陷来生产高质量的最终产品。从1980年代起，以实现高生产率的技术为背景，已意识到结晶器内钢水流动控制技术，对实现连铸机的高质量板坯和高生产率具有重大影响。为此从1980年开始，各国都强化努力发展各种板坯连铸结晶器电磁控流技术。目前处于实用的结晶器电磁控流技术大致可以分成两类：一类是利用行波磁场（AC型）强化钢水流动的“搅拌效应”如MEMS和EMLA/EMLS；另一类是利用恒定磁场（DC型）制动流股使其减速的“制动效应”如EMBr、LMF、FCMold。前者着眼于控制板坯的表面和皮下质量。后者着眼控制板坯内部质量。2022/12/721、前言用心铸造世界22022/12/73用心铸造世界2022/12/732、板坯连铸结晶器钢水流动控制的重要性用心铸造世界图1板坯结晶器内钢水流动现象2.1当今板坯连铸结晶器内钢水流动的主要问题：图1表示板坯结晶器内钢水流动现象。由图可见①从SEN侧孔吐出的流股带着气泡和夹杂物高速冲击窄面，使坯壳重熔，甚至造成漏钢、表面和皮下裂纹。②沿窄面的凝固面前沿向上反转流股使窄面附近的弯月面拱起，引起弯月面波动加剧，导致保护渣卷吸而被初生坯壳的凝固钩捕获，形成表面和皮下夹杂；波动的传播导致保护渣铺展不匀，易产生，表面和皮下裂纹。③向下流股侵入液相穴深处，由于注速高，流股速度超过流股下方液相穴中气泡和夹杂物的上浮速度，这些夹杂物和气泡的上浮被高速流股所阻断，使气泡和夹杂物不能上浮，而在板坯内弧的1/4夹杂带偏聚。图2表示结晶器内流动控制的基本现象及其控制概念。2022/12/742、板坯连铸结晶器钢水流动控制的重要性用心铸造世界基本现象影响因素控制概念保护渣型夹杂物的产生弯月面下的流速和弯月面的稳定性等。限制流速的最大值夹杂物和Ar气泡的卷吸弯月面下的流速等行波磁场的水平电磁搅拌夹杂物和Ar气泡的侵入向下流速和偏流恒定磁场的电磁制动图2结晶器内流动控制的基本现象和控制概念板坯结晶器内钢水流动控制的主要目的是：①控制弯月面下的水平流速和增加凝固前沿的钢水流速，减少表面和皮下的夹杂物和气泡。最佳弯月面下的流速为0.12-0.2m/s，而最佳凝固前沿的流速为0.20～0.40m/s。②借助结晶器内的流动控制，提高弯月面附近的温度并使结晶器内温度分布均匀化，使初始凝固和弯月面处凝固起始点降低，缩短凝固钩长度，使坯壳生长均匀，减少表面裂纹和稳定操作。③结晶器内的流动控制，减轻了结晶器振动引起的初生坯壳端部附近流动的变化，这些流动的微小变化易使气泡和夹杂物被凝固钩捕获；④在结晶器SEN内，在浇铸过程的多数场合需要吹入Ar气，防止SEN被氧化铝阻塞，因而，夹杂物、卷入的熔融保护渣和Ar气泡受弯月面下流速和SEN吐出的流速所左右，成为种种内部和表面缺陷的重要原因；⑤由于结晶器宽度尺寸的变化而产生的流动的变动也是发生大的缺陷的主要原因。例如由于向SEN内吹Ar气，使SEN两侧的流速有大的振荡即偏流；由于SEN底部形状使从SEN中的吐出流在时间上也有大的振荡，因此不仅要求平均流速而且其随时间的变动都要适当。2022/12/752.2结晶器内钢水流动控制的目的用心铸造世界简单地说，从SEN吐出的流股以较高的速度冲向结晶器窄面，碰到窄面的坯壳后，产生向上反转流动和窄面附近弯月面的拱起，前者造成弯月面下钢水的较高流速，后者产生弯月面的驻波，从结晶器边缘向中心传播，这些都引起弯月面处的波动和液面位置的变化，当拉速增加时，弯月面处的流动加剧，弯月面波动也随之加大。借助水模试验和流动的动量平衡，导出SEN吐出的流股速度、弯月面下流速和弯月面波高与F值的关系，见图3。2022/12/762.3结晶器内弯月面波动控制的准数用心铸造世界图3板坯结晶器内钢水流动判据（F值）由图3可见，测定流般的冲击角度及其冲击深度，可以根据下式定义的弯月面波动指数

F=（1）由图4可见，当F值太大时，弯月面下流速和弯月面波动也大，容易发生卷渣，当F值太小时，悬浮在结晶器内钢水中的非金属夹杂物如保护渣和脱氧产物，很容易被凝固面前沿捕获，这就是F值位于优化区域外会增加铸坯的夹杂物缺陷的原因。2022/12/77用心铸造世界图4冷轧板卷表面缺陷频率和F值的关系3.1主要模式从1980年代初起，对利用电磁力的非接触控制技术进行了广泛深入的研究开发并实用化，其中有代表性的是：①1981年新日铁（NSC）的基于双边行波磁场的结晶器电磁搅拌技术，见图5。至1999年，新日铁几乎所有板坯连铸机配备了MEMS。我国宝钢、神户钢厂和台湾中钢公司等也都引进了新日铁的MEMS。2022/12/783、结晶器内钢水流动控制技术的主要模式用心铸造世界图5板坯结晶器电磁搅拌技术②1982年由川崎制钢（KSC）和ASEA（ABB）基于直流磁场的结晶器电磁制动技术。该技术先后开发了三种类型：局部区域磁场（EMBr）、全幅一段磁场（LMF）、全幅二段磁场（FCmold—Flowcontrolmold），见图6。2022/12/79用心铸造世界图6板坯结晶器电磁mjjhuuhjhjhj制动构形示意图③1991年由日本钢管（NKK）基于四个行波磁场的流动控制技术，即可以加速的电磁水平加速器（EMLA），或减速的电磁水平稳定器（EMLS）。21世纪初，由NKK和Rotelec在上述基础上开发的多模式电磁搅拌技术MM—EMS(MultModeEMS)即EMLS、EMLA和EMRS等，见图7。2022/12/710用心铸造世界图7板坯结晶器多模式电磁控流技术三种电磁流流动控制技技术的主要要特点见表表1。表1各种流动控控制技术的的重要特点点第四级2022/12/6113.2三种电磁流流动控制技技术的主要要特点用心铸造世世界MEMSEMBrMM-EMS搅拌器配置方式沿板坯宽面配置两台搅拌器沿板坯宽面配置两台制动器沿板坯宽面配置四台搅拌器安装位置介于弯月面和水口侧孔之间水口侧孔吐出的流股主流处结晶器半高处磁场形态行波磁场恒定直流磁场行波磁场电源低频、三相直流低频、两相流动形态加速钢水使其水平旋转制动从侧孔吐出的流股，使其减速可使钢水加速或减速或水平旋转控制特征能动控制被动控制能动控制对结晶器要求低电导率的薄铜板常规铜板低电导率薄铜板主要应用范围中厚板、低拉速薄板坯、高拉速中厚板坯、高拉速4.1MEMS的流场和电电磁力和流流动特征4.1.1电磁力的产产生当电磁搅拌拌器馈给多多相（两相相或三相））交流电时时，就在其其中激发向向一个方向向行进的行行波磁场，，该磁场不不仅有一定定的运动速速度和强度度，而且还还有方向的的交替变化化。当它渗渗透到钢水水中就会在在其中产生生感应电流流，该感应应电流与当当地磁场相相互作用，，就在钢水水中产生电电磁力：（2）电磁力是体体积力，作作用在钢水水的每个体体积元上，，从而推动动钢水运动动。其电磁力的的特征是：：①电磁力的的方向始终终与行波磁磁场方向相相一致；也也与钢水运运动方向相相一致；②即使钢水水的流速，，仍然有电电磁力作用用在钢水中中，仍然可可以借助电电磁搅拌控控制钢水的的流动，因因此，MEMS具有主动控控制的特征征。2022/12/6124、板板坯坯连连铸铸结结晶晶器器电电磁磁搅搅拌拌（（MEMS）技技术术用心心铸铸造造世世界界4.1.2水平平旋旋转转搅搅拌拌的的电电磁磁力力旋旋涡涡和和流流动动特特征征①在在两两个个宽宽面面即即F（固固定定））面面和和L（可可动动））面面上上配配置置一一对对行行波波磁磁场场搅搅拌拌器器，，其其行行波波磁磁场场方方向向相相反反，，因因而而流流动动方方向向也也相相反反，，使使钢钢水水形形成成一一个个大大环环流流，，故故称称水水平平旋旋转转搅搅拌拌，，见见图图8，在在不不同同的的板板宽宽和和拉拉速速下下，，其其流流动动的的形形貌貌是是相相似似的的，，无无论论在在高高拉拉速速或或低低拉拉速速下下，，沿沿宽宽面面的的流流动动是是均均匀匀的的。。2022/12/613用心心铸铸造造世世界界图8水平旋转搅拌的流动形貌②由由于于F和L面的的行行波波磁磁场场方方向向相相反反，，两两者者作作用用的的结结果果，，在在钢钢水水内内部部的的磁磁场场分分布布在在局局部部地地方方场场强强为为零零，，其其数数目目与与搅搅拌拌器器线线圈圈的的极极数数相相同同。。由由于于局局部部地地方方场场强强为为零零，，电电磁磁力力也也为为零零，，从从而而导导致致钢钢水水内内电电磁磁力力旋旋涡涡的的出出现现，，见见图图9。这这是是水水平平旋旋转转搅搅拌拌的的一一个个特特征征。。③尽尽管管电电磁磁力力呈呈现现旋旋涡涡分分布布，，但但钢钢水水表表面面的的流流速速分分布布几几乎乎接接近近水水平平旋旋转转而而没没有有出出现现旋旋涡涡，，这这是是由由于于流流体体的的连连续续性性和和惯惯性性效效应应掩掩盖盖了了电电磁磁力力旋旋涡涡的的结结果果。。2022/12/614用心心铸铸造造世世界界图9水平平旋旋转转搅搅拌拌的的电电磁磁力力旋旋涡涡4.1.3在结结晶晶器器内内钢钢水水搅搅拌拌流流动动的的洗洗净净效效果果①清清洗洗非非金金属属夹夹杂杂物物图10显示示结结晶晶器器内内钢钢水水搅搅拌拌流流动动的的洗洗净净作作用用而而使使铸铸坯坯净净化化的的过过程程：：●由由行行波波磁磁场场驱驱动动的的钢钢水水的的搅搅拌拌流流动动洗洗涤涤被被枝枝晶晶间间捕捕获获的的非非金金属属夹夹杂杂物物并并防防止止它它们们被被初初始始凝凝固固钩钩捕捕获获。。●被被清清洗洗出出的的非非金金属属夹夹杂杂物物向向中中心心集集中中，，彼彼此此碰碰撞撞而而聚聚集集并并向向弯弯月月面面上上浮浮。。●上浮到到弯月面的非非金属夹杂物物被融熔保护护渣捕获，从从而从板坯中中去除。②结晶器中钢钢水温度均匀匀化和坯壳均均匀化由于钢水流动动也可使结晶晶器内温度分分布均匀，减减少初期凝固固壳厚度的偏偏差，从而使使初生坯壳的的变形因局部部凝固迟后而而减轻，起到到防止铸坯纵纵向裂纹的作作用。2022/12/615用心铸造世界界4.2.1MEMS的冶金机理图11表明了弯月面面处电磁搅拌拌的冶金机理理，及其对板板坯质量的影影响和成本优优势之间的关关系。4.2MEMS的冶金机理和和效果4.2.2MEMS对铸坯质量的的影响4.2.2.1提高表面和皮皮下清洁度(1)MEMS对不同浇铸期期铸坯表面洁洁净度的影响响图12是有和无MEMS时不同浇铸期期的铸坯表面面洁净度。(2)凝固前沿平均均流速对铸坯坯皮下洁净度度的影响图13凝固前沿钢水水流速对皮下下洁净度的影影响MEMS的目的之一是是借助增加凝凝固前沿附近近的流速来控控制皮下洁净净度，为使这这种控制最佳佳化，需要了了解必要的流流速和表面洁洁净度之间的的关系。由图图13可见，凝固前前沿的钢水流流速增加被捕捕获的夹杂物物数量减少，，即使钢水内内含有外来夹夹杂物或卷吸吸的保护渣。。图12MEMS对不同浇铸期期铸坯表面洁洁净度的影响响图14表示有和无MEMS的板坯内部夹夹杂物数量的的直方图。由由图可见，采采用MEMS后，氧化铝簇簇数量减少不不多，而球形形夹杂物有明明显减少，这这是因为钢水水流动引起球球形夹杂物的的结团和聚合合比氧化铝簇簇更容易些。。因为球形夹夹杂物是夹杂杂物的实质部部分，因此夹夹杂物数量总总体上明显减减少。图14MEMS对Si沸腾中碳钢夹杂物数量的影响（3）MEMS对铸坯内部洁洁净度的影响响图15表示两个不同同拉速下，MEMS铸坯表面层中中针孔缺陷的的影响。由图图可见，使用用MEMS后针孔缺陷的的数量大大减减少，沿铸坯坯宽度方向上上针孔缺陷分分布均匀且稳稳定在一个较较低水平。2022/12/619（4）MEMS对铸坯气泡减减少的效果用心铸造世界界图15在不同拉速下下，MEMS对针孔分布的的影响近几年来，连连铸技术的研研究表明，初初期凝固在很很大程度上影影响铸坯质量量特别是表面面质量，因此此，控制初期期凝固和凝固固起始点的位位置是采用MEMS的另一目的。。图16是Si沸腾钢的板宽宽2200mm、浇铸速度1.0m/min的有和无MEMS的坯壳剖面的的形貌。图17表示准沸腾钢钢，板坯尺寸寸：250mm××1120～2500mm，拉速：0.7m/min，在有和无MEMS的坯壳厚度随随离弯月面距距离的变化。。2022/12/6204.2.2.2借助MEMS控制初期凝固固用心铸造世界界图16MEMS对坯壳生长的影响图17MEMS控制初期凝固固钢种：准沸腾腾钢：板坯尺尺寸：250mm××1120～2100mm：0.7m/min由于弯月面周周围的钢水流流动容易停滞滞，容易导致致因铸坯宽度度方向钢水温温度不均而引引起坯壳厚度度不均匀所产产生的纵裂。。特别是中碳碳钢（C=0.1-0.15%），易发生因因不均匀冷却却而导致的纵纵裂。应用MEMS，凝固滞后减减少，坯壳厚厚度变得均匀匀，就可减少少铸坯纵裂的的发生，如图图18所示。2022/12/621用心铸铸造世世界图18MEMS对铸坯坯纵裂裂的影影响4.2.2.3减少铸铸坯表表面纵纵裂4.2.3MEMS对成品品质量量的影影响4.2.3.1MEMS对汽车车外壳壳用超超低碳碳钢成成品质质量的的影响响图19显示目目前在在减少少汽车车外壳壳板分分层的的效果果。由由于采采用MEMS，减少少铸坯坯皮下下和内内部的的条状状裂纹纹，从从而在在轧制制过程程中减减少了了分层层的危危险。。图20表示采采用MEMS后，在在汽车车外壳壳用冷冷轧板板卷上上表面面缺陷陷出现现率减减少了了70%。2022/12/622用心铸铸造世世界4.2.3.2MEMS对生产产厚板板和管管线的的高级级钢的的影响响生产厚厚板和和管线线的高高级钢钢，由由于采采用MEMS，控制制了初初期凝凝固，，使在在铸坯坯表面面纵向向裂纹纹大大大地减减少，，从而而使其其成品品报废废指数数大大大降低低，见见图21。5、板坯坯连铸铸电磁磁制动动技术术5.1电磁制制动的的电磁磁力特特征在板坯坯结晶晶器两两个宽宽面上上，外外加一一对恒恒定磁磁场，，其方方向从从一个个宽面面垂直直穿过过钢水水到达达另一一个宽宽面。。从SEN吐出的的流股股，以以相当当大的的速度度垂直直切割割外加加的恒恒定磁磁场，，就在在钢水水中感感生感感应电电流，，该感感应电电流与与当地地磁场场相互互作用用产生生电磁磁力：：（3）它们相相互关关系见见图22。由图图可见见，电电磁力力与流流股方方向相相反，，从而而制动动了流流股，，使其其减速速，这这就是是制动动效应应。5.2电磁制制动装装置的的结构构特征征电磁制制装置置的基基本特特征综综合如如表2。表2三类电电磁制制动装装置的的基本本特征征装置类型EMBrEMBR-Ruler或LMFFC-Mold磁场特征局部区域（水平U形电磁铁）全幅一段（水平电磁铁）全幅二段（垂直U形电磁铁）安装位置位于水口两侧孔吐出的流股的主流区位于水口吐出口下方位于水口吐出口的上、下方电源直流直流直流对板坯的适用性中厚板坯薄板坯厚板坯2022/12/626用心铸铸造世世界图23EMBr的流场形貌图24LMF的流动动形貌貌图25FCMold的流场特征2022/12/627用心铸造世世界LMF受安装位置置的影响较较大，如果果磁场位置置与SEN的距离较远远或SEN吐出角度稍稍不合适，，就会影响响制动效果果。在LMF使用中，有有个最佳磁磁场强度，，其优化程程度可以用用公式（4）的磁相互互作用参数数N表示：N=（4）当N在3～7之间时，铸铸坯中非金金属夹杂物物最少，如如图26所示。5.4使用LMF时的优化条条件图26应用LMF时，磁相互互作用参数数和夹杂物物数量之间间的关系2022/12/6285.5电磁制动的的冶金机理理和冶金效效果用心铸造世世界5.5.1EMBR的冶金机理理EMBR的冶金机理理和冶金效效果综述于于表3表3EMBR的冶金机理理和冶金效效果冶金机理冶金效果经济效益·制动从浸入式水口侧孔吐出的流股使其减速·降低流股侵入液相穴深度·控制弯月面附近流速，减少弯月面的脉动·提高弯月面的温度·减少流股对窄面的冲击和重熔·实质性的减少皮下和内部的非金属夹杂物·有效地消除保护渣卷吸，减少保护渣性夹杂物·实质性的减少横向和纵向裂纹·减少漏钢危险·有可能提高拉速·实质性改进产品质量·减少降级和废品·提高生产率2022/12/629用心铸造世世界5.5.2EMBR的冶金效果果5.5.2.1促进坯壳均均匀生长过热的钢水水流股对窄窄面的冲击击消失，消消除了窄面面的初生坯坯壳的重熔熔，使坯壳壳生长均匀匀，因而漏漏钢和角裂裂的危险大大大减少。。EMBr对窄面坯壳壳生长的影影响见图27。2022/12/630用心铸造世世界向上反转流流动的减速速，弯月面面下的水平平流速和湍湍流大大降降低。实践践表明，无无论哪种类类型电磁制制动都可使使弯月面下下的水平流流速降低一一半，从而而也稳定了了弯月面，，见图28。因此，弯弯月面下水水平流速的的降低和弯弯月面的稳稳定是电磁磁制动的主主要效果之之一。图29表示EMBr对不同钢种种的弯月面面水平波动动的影响。。由图可见见，EMBr稳定弯月效效果，对包包晶钢比IF钢更显著些些。图29在LMF作用下弯弯月面水水平波动动图案5.5.5.2降低弯月月面下的的水平流流速和稳稳定弯月月面2022/12/6315.5.2.3减小流股股的向下下速度和和侵入深深度用心铸造造世界图30表示在EMBr下沿窄面面向下流流动的速速度分布布，由图图可见，，在EMBr作用下向向下流动动速度大大大降低低，使流流股侵入入深度由由4m减小到2mm见图31；FCMold使侵入深深度由6m减小到3.5m；LMF使浸入深深度由6~8m减小到4~6m。图30在EMBr作用下沿沿窄面的的向下流流速分布布图31EMBr对流股侵侵入深度度的影响响板坯尺寸寸：220mm×850～1550mm：拉速1.0～2.02022/12/632用心铸造世界界5.5.2.4对弯月面下钢钢水温度的影影响(1)图32表示EMBr对板宽方向的的弯月面下钢钢水温度的影影响。据报导导，EMBr使弯月面下钢钢水温度提高高8～10℃，LMF约提高5～15℃；FCMold约提高5～10℃。(2)图33表示FCMold的不同磁感应应强度对钢水水表面温度的的影响，钢水水温度是在1/4板宽、弯月面面下约30mm处测量的。由由图可见，钢钢水表面温度度随磁感应强强度几乎成线线性增加，约约上升5℃。图32LMF对板宽方向弯弯月面下钢水水温度的影响响板坯宽度：1540mm：拉速：1m/min，SEN:-200；孔口：38cm2LMF:全幅一段图33FCMold对钢水表面温温度的影响板坯宽度：：1250mm；浇铸量：4.5t/min2022/12/633用心铸铸造世世界5.5.2.5对水平平流速速的影影响图34表示不不同拉拉速下下EMBr对弯月月面下下的水水平流流速的的影响响。图35表示FCMold对弯月月面下下水平平流速速和稳稳定弯弯月面面的影影响。。图34EMBr对弯月月面下下水平平流速速的影影响图35FCMold对弯月月面下下水平平流速速的影影响板坯尺尺寸：：260mm×800～1900mm，浇铸铸量：：3.5～5.0t/min2022/12/634用心心铸铸造造世世界界值到到指指出出的的是是，，弯弯月月面面下下的的流流速速要要保保持持某某一一水水平平，，流流速速太太慢慢导导致致向向弯弯月月面面传传热热减减少少，，因因而而增增加加了了初初期期凝凝固固的的凝凝固固钩钩长长度度，，产产生生表表面面缺缺陷陷，，见见图图36和图图37。流流速速太太快快导导致致结结晶晶器器保保护护渣渣的的卷卷吸吸。。由由此此可可见见，，在在弯弯月月面面下下保保持持适适当当流流速速，，使使铸铸坯坯表表面面和和内内部部质质量量保保持持最最好好。。如如图图所所示示，，弯弯月月面面下下的的最最佳佳流流速速为为10～20cm/s。图36弯月月面面流流速速与与铸铸坯坯质质量量的的关关系系图37非金金属属夹夹杂杂物物指指数数与与弯弯月月面面下下流流速速的的关关系系板宽宽：：970～1570mm；拉拉速速：：1.0～2.2m/min;浇注注量量：：2.2～3.8t/min；SEN：7.5～35o2022/12/635用心心铸铸造造世世界界5.5.2.6减少少板板坯坯表表面面缺缺陷陷由于于EMBr的作作用用，，降降低低了了从从SEN吐出出的的流流股股的的速速度度，，促促进进了了Ar气泡泡的的上上浮浮，，从从而而减减少少了了板板坯坯表表面面的的气气泡泡，，见见图图38。2022/12/636用心心铸铸造造世世界界5.5.2.7减少少铸铸坯坯内内部部夹夹杂杂物物图39表示示有有、、无无EMBr时铸铸坯坯内内部部的的夹夹杂杂物物分分布布。。由由图图可可见见，，EMBr能较较大大幅幅度度的的减减少少内内部部夹夹杂杂物物而而且且使使其其分分布布均均匀匀，，显显示示EMBr提高高铸铸坯坯内内部部清清洁洁度度的的良良好好效效果果，，这这也也是是电电磁磁制制动动的的重重要要效效果果之之一一。。2022/12/637用心铸造造世界5.6提高成品品的质量量5.6.1对成品表表面质量量的影响响图40表示在有有和无FCMold时汽车用用超低碳碳钢卷板板的表面面缺陷指指数与拉拉速的关关系。由由图可见见，当拉拉速＜1.7m/min时，两者者表面缺缺陷指数数只相差差一半左左右；而而当拉速速＞1.7m/min时，无FCMold的表面缺缺陷发生生率急剧剧上升，，与使用用FCMold相比，表表面缺陷陷指数上上升5倍以上。。这个结结果表明明，由于于FCMold的上段磁磁场的作作用，降降低了弯弯月面下下的流速速和湍流流，减小小弯月面面的波动动，使保保护渣卷卷吸明显显减少。。2022/12/638用心铸造造世界5.6.2对成品内内部质量量的影响响图41表示FCMold对制罐用用马口铁铁薄板内内部缺陷陷的影响响。由图图可见，，当使用用FCMold时，其内内部缺陷陷明显减减少。这这个结果果表明，，由于FCMold的作用，，使钢水水向下侵侵入深度度变浅，，非金属属夹杂物物易于上上浮，铸铸坯内部部夹杂物物大大减减少，提提高了铸铸坯的清清洁度，，从而使使成品质质量明显显提高。。据报导，，对于宽宽板坯和和高通钢钢量，在在EMBR的最佳运运行条件件下，冷冷轧产品品的不合合格率减减少33%；对板宽宽大于1400mm，不合格格率则更更低。2022/12/639用心铸造造世界6、板坯连连铸结晶晶器多模模式电磁磁搅拌技技术（MM-EMS：MultMode-EMS）结晶器多多模式电电磁搅拌拌技术是是在同一一台连铸铸机上使使用同一一套电磁磁搅拌器器组成不不同的运运行模式式，即EMLA、EMLS、EMRS，统称MM-EMS。6.1开发背景景①众所周周知，当当今连铸铸机已不不是生产产单一钢钢种和单单一断面面的设备备，已成成为包括括各类钢钢种、不不同断面面和拉速速的复合合产品的的混合体体。②连铸实实践表明明，在连连铸过程程中的基基本要求求是提供供高洁净净的钢水水，从而而避免来来自夹杂杂物造成成的板坯坯表面和和内部缺缺陷。③连铸铸实践践还表表明，，控制制弯月月面附附近钢钢水流流动或或是弯弯月面面的波波高是是改进进铸坯坯表面面和内内部质质量的的重要要因素素。392022/12/640用心铸铸造世世界图42表示冷冷轧钢钢卷表表面缺缺陷与与窄面面附近近弯月月面波波高（（△X）的关关系。。由图图可见见△X过大或或过小小，表表面缺缺陷指指数都都变大大。由上所所述，，要使使铸坯坯进而而产品品质量量缺陷陷尽可可能少少，必必须根根据浇浇铸参参数的的变化化将结结晶器器内的的钢水水流动动，特特别是是弯月月面附附近的的流动动控制制在一一个恰恰当范范围内内，实实践表表明，，弯月月面附附近的的流速速控制制在0.12-0.2m/s，或窄窄面附附近弯弯月面面波高高控制制在5-9mm内，铸铸坯和和产品品质量量最好好。为为此开开发了了结晶晶器多多模式式电磁磁搅拌拌技术术。图42板坯表面缺陷与弯月面波高的关系2022/12/641用心铸造世世界6.2工作原理和和技术特点点6.2.1工作原理其装置的构构成是：在在板坯两个个宽面上分分别布置两两对行波磁磁场搅拌器器，其宽度度与结晶器器宽度相同同，见图7。图7板坯结晶器多模式电磁控流技术412022/12/642用心铸造世世界6.2.2技术特征结晶器多模模式电磁搅搅拌技术的的特征是，，根据不同同的浇铸条条件，通过过选择和调调节加于从从SEN吐出的流股股上的水平平电磁力的的方向和大大小，控制制结晶器内内特别是弯弯月面附近近的流动。。●在高高浇铸速度度时，目的的是制动流流股，降低低弯月面附附近的流动动速度，以以避免弯月月面的不稳稳定或波动动；●在低低浇铸速度度时，目的的是加速流流股，提高高弯月面附附近的流动动速度，，使过热钢钢水将热量量传给弯月月面；同时时也提高对对凝固前沿沿的清洗作作用。●在浇浇铸开始和和终了及大大包交换期期等不正常常浇铸期的的浇铸速度度变化时，，适时调节节钢水的流流动。由此可见，，在不同浇浇铸条件下下，可以借借助结晶器器多模式电电磁搅拌装装置，使结结晶器内的的流动特别别是弯月面面附近的流流动控制在在一个最佳佳范围内，，从而使铸铸坯表面和和皮下夹杂杂物含量大大大减少。。2022/12/643用心铸造世界界6.2.3与EMBR和常规的MEMS的主要区别：：由上述结晶器器电磁控流技技术的工作原原理和技术特特征可以看出出，与EMBR和常规的MEMS的主要区别是是：●基于恒恒定磁场的结结晶器电磁制制动技术（EMBR）只能对从SEN吐出的流股产产生制动作用用，制动力的的大小大体上上与流股的速速度成正比，，对速度为零零的钢水不起起作用；更不不能使钢水加加速。●基于行行波磁场的常常规的结晶器器电磁搅拌技技术（MEMS），在结晶器器的两个宽面面上激发方向向相反的行波波磁场，产生生方向相反的的电磁力，从从而使钢水产产生水平旋转转搅拌，一般般说来，它只只起了使钢水水加速的作用用，而不能制制动钢水。●对于结结晶器多模式式电磁搅拌技技术（MM-EMS），不仅可以以产生制动力力，使从SEN两侧孔吐出的的流股同时减减速；也可以以产生加速力力，使从SEN两侧孔吐出的的流股同时加加速。这样可可以按照不同同的断面、浇浇铸速度等浇浇铸条件和钢钢种来选择最最合适的搅拌拌和制动方式式，这就使系系统操作极其其灵活。432022/12/644用心铸造世界界6.3MM-EMS的冶金机理与与冶金效果6.3.1MM-EMS的冶金机理和和冶金效果6.3.1.1表4综述了MM-EMS的冶金机理和和效果表4MM-EMS的冶金机理和和效果模式主要应用范围冶金机理冶金效果EMLS高拉速、高通钢量·降低过大的窄面波高。·降低过高的弯月面流速·降低过大的弯月面波高·防止在窄面附近的保护渣减薄·防止保护渣膜的剪切·减少保护渣性缺陷（条状和铅笔状裂纹）·提高窄面润滑·减少漏钢事故和报警EMLA低拉速、低通钢量（特别是开浇、大包和中包交换期、终浇）·改进向弯月面的传热·改进保护渣的熔融·提高弯月面的流速·减少氧化铝基缺陷·减少弯月面的冷冻·减少渣斑·减少宽面中部纵裂·减少气泡、夹杂物在内弧侧1/4坯厚处的偏聚EMRS常规拉速的一些特殊钢种：超低碳、中碳、铝镇静钢等高氧含量的钢种如准沸腾钢、彩涂钢、镀锡板钢和饮料罐钢等等·从表面和皮下机械去除气孔和针孔·沿结晶器周边的温度均匀化·沿结晶器周边的钢水流速均匀化·坯壳生长均匀化·提高向结晶器表面的传热·减少氧化铝基夹杂物·减少镇静钢中氩基针孔·减少准沸腾钢中CO基气孔·减少包晶钢中纵向裂纹2022/12/645用心铸造世界界6.3.1.2各种钢水流动动的冶金问题题和MM-EMS的对对策策表5综述述了了各各种种钢钢水水流流动动产产生生的的冶冶金金问问题题和和MM-EMS的对对策策。。表5各种种钢钢水水流流动动产产生生的的冶冶金金问问题题和和MM-EMS的对对策策相关冶金问题诱发的钢缺陷的例子对策过大的窄面波高过强的弯月面流速过强的结晶器液面波动在窄面附近的保护渣减薄结晶器保护渣剪切结晶器保护渣基缺陷（条状和管状裂纹）润滑损失漏钢事故漏钢报警EMLS减少向弯月面的传热减少保护渣熔融率减慢弯月面的流速氧化铝基缺陷冷的/冻结的弯月面渣斑粘结报警EMLA钢水反转流动急剧/局部弯月面流速增加熔融渣卷吸熔融渣旋涡板坯浇铸异常板坯降级各种未明了的缺陷在SEN附近的保护渣减薄钢水无反向全动量向窄面流动向板坯边缘无反向驱动Ar气泡和夹杂物宽面中部的纵向裂纹氧化铝基夹杂物Ar气泡和夹杂物沿板坯边缘30cm带聚集452022/12/646用心铸铸造世世界不对称/不平衡流动结晶器液面波动不均匀熔融保护渣层气泡和夹杂物在一侧聚集EMRS沿结晶器周边不均匀钢水流速和温度梯度不均匀凝固壳厚度向结晶器表面的弱的热对流皮下氧化铝和钙氧化铝夹杂物在镇静钢中Ar基气孔在准沸腾钢中CO基针孔表5各种钢钢水流流动产产生的的冶金金问题题和MM-EMS的对策策（续)2022/12/647用心铸铸造世世界6.3.2MM-EMS的冶金金功能能6.3..2.1EMLS/EMLA在钢水水表面面流速速的影影响图43表示EMLS/EMLA对钢水水流速速的影影响。。由图图可见见，在在高拉拉速条条件下下，钢钢水表表面流流速随随EMLS的电流流强度度的增增加而而减小小，而而在低低拉速速条件件下，，钢水水表面面流速速随EMLA的电流流强度度增加加而增增加。。这些些结果果表明明，正正确地地控制制EMLS/EMLA就有可可能对对不同同浇铸铸工艺艺建立立同一一的钢钢水表表面速速度。。472022/12/648用心铸铸造世世界6.3.2.2MM-EMS对弯月月面波波动的的影响响图44表示在MM-EMS模式下的弯弯月面形貌貌即在结晶晶器中钢水水流动形貌貌和钢水流流速。由图图可见，由由于在MM-EMS模式下，弯弯月面脉动动约减小50%，使得弯月月面形貌变变得更平稳稳。2022/12/649用心铸造世世界6.3.2.3EMLA对弯月面温温度的影响响图45表示在EMLA模式下所测测得的弯月月面温度随随时间的变变化。在EMLA模式下，由由于从SEN吐出的流股股被加速，，导致沿窄窄面上升的的反转流动动增大，过过热钢水不不断向弯月月面传热，，从而使弯弯月面附近近的温度升升高。2022/12/650用心铸造世世界6.4MM-EMS在板坯质量量上的影响响6.4.1EMLA/EMLS对板坯表面面质量的影影响图46表示EMLA/EMLS对板坯表面面质量的影影响。由图图可见，在在低速连铸铸时，使用用EMLA模式，而在在高速连铸铸时使用MELS模式，使板板坯表面渣渣斑密度明明显减少。。2022/12/651用心铸造世世界6.4.2EMLS对板坯内部部质量的影影响图47表示在EMLS模式下，板板坯内部夹夹杂物分布布的影响。。由图可见见，采用EMLS后，大型夹夹杂物明显显减少，对对＞25的大型夹杂杂物数量减减少40%；EMLS的电流强度度有个最佳佳值，超过过最佳值（（此处为400A），夹杂物物指数再次次增加。2022/12/652用心铸造造世界6.4.3EMRS对厚板坯坯表面气气孔的影影响图48表示EMRS模式对厚厚板坯表表面气孔孔减少的的影响。。由图可可见，采采用EMRS，无论宽宽面或窄窄面，气气孔数量量都明显显减少。。这一结结果也表