电磁搅拌器(Electromagnetic stirring: EMS)是一种利用电磁力来强化钢水运动的技术。它的工作原理是通过在铸坯液相穴中感生的电磁力,使钢水发生运动。具体来说,搅拌器激发的交变
磁场渗透至铸坯内的钢水中,引起感应电流,进而产生电磁力,这些电磁力作为体积力,作用于钢水体积单元,推动钢水运动。
康宁公司生产的电磁搅拌器包括三种数字显示产品:- Corning数字式加热板- Corning数字式搅拌器- Corning加热搅拌器
电磁搅拌器在铸机冶金长度上有多种安装位置,常见的模式包括:- 结晶器电磁搅拌(MEMS):搅拌器安装在结晶器铜管外部。- 二冷区电磁搅拌(SEMS):搅拌器安装在铸坯外部。- 凝固末端电磁搅拌(FEMS):适用于方坯连铸,搅拌器同样安装在铸坯外部。
电磁搅拌器在不同位置的安装会产生不同的冶金效果,对于特定类型的钢材也有显著的影响。例如,MEMS安装能够增加等轴晶率,减少表面和皮下的气孔和针孔,以及减少表面和皮下的夹杂物。SEMS安装能够扩大等轴晶率,减少内裂,改善中心偏析,并减少中心疏松。FEMS安装能够细化等轴晶,有效改善中心偏析,缩小中心缩孔和疏松。
电磁搅拌器的主要组成部分包括产生
电磁场的
电磁感应器、保护电磁感应器的外壳体以及冷却电磁感应器的冷却水路。电磁搅拌器的结构形式可分为以下三类:- “油—水”二次冷却结构形式:感应器浸没在非导电的硅油中进行冷却,壳体采用夹层结构,夹层中通水与硅油进行热交换以去除感应器的热量。由于冷却效率较低,此结构已逐渐被淘汰。- 外水直冷式结构形式:感应器直接浸没在净化水中进行冷却,具有较好的冷却效果和较小的体积。然而,由于感应器长时间处于水中,其绕组绝缘容易受损,导致使用寿命较短,通常为1-2年。- 空芯铜管内冷式结构形式:感应器绕组由空芯铜管制成,铜管内通入纯水进行冷却。这是一种较为复杂的电磁产品冷却技术,具有绝缘结构合理、性能稳定、使用寿命长(可达5-8年)、冷却效率高等优点。尽管结构较为复杂,但其制作工艺讲究,使用维护方便。
电磁搅拌技术最早由
瑞典在1930年提出,并在1939年进行了初步实验。1947年,世界上第一台可用于工业生产的电磁搅拌装置诞生。自50年代初以来,各国对电磁搅拌技术的研究和应用日益重视。在中国,60年代中期开始了电磁搅拌装置的研发,并在70年代中期成功研制出适用于40吨电弧炉的大型水冷电磁搅拌装置。电磁搅拌技术在黑色冶金领域的广泛应用,使得其成为现代钢铁生产的重要工具之一。此外,电磁搅拌技术也在铝熔炉领域得到迅速发展,特别是在21世纪,随着铝工业的快速发展和对产品质量的要求提高,电磁搅拌技术因其高效、环保等特点,已成为铝熔铸行业的标准配置。
电磁搅拌装置主要包括低频电源、感应器和水冷系统等组件。根据不同应用场景,电磁搅拌装置有不同的安装形式,如炉底感应式和侧壁感应式。在我国,炉底感应式的电磁搅拌装置应用最为普遍,其特点是感应器安装在炉底,
磁场穿透炉底的耐火材料作用于铝液,实现有效的搅拌效果。