2024年3月12日发(作者：安装wifi需要什么)

第３４卷第２期　上海金属　

Ｖｏ１．３４，Ｎｏ．２　

３８　２０１２年３月　

ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＭＥＴＡＬＳ　

Ｍａｒｃｈ。２０１２　

板坯结晶器钢液流动电磁控制技术　

于湛　周月明　任忠鸣　

（１．上海大学现代冶金与材料制备重点实验室，上海２０００７２；２．宝山钢铁股份有限公司研究院　Ｌ海２００９４０）　

【摘要】　板坯结晶器内钢液流动会影响铸坯的质量，控制和优化结晶器内钢液流动对于　

提高铸坯质量具有重要意义。电磁控制技术已经成为控制和优化结晶器内钢液流动的重要技　

术。论述了结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响，并介绍了结晶器内钢液流动的电磁场控制技　

术和特点，以及在钢厂的应用。　

【关键词】　钢液流动　电磁控制板坯结晶器　

ＥＬＥＣＴＲｏＭＡＧＮＥＴＩＣ　ＣＯＮＴＲｏＬ　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ　ｏＦ　ＭｏＬＴＥＮ　

ＳＴＥＥＬ　ＦＬｏＷ　ＩＮ　ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ＳＬＡＢ　ＭｏＬＤ　

Ｙｕ　Ｚｈａｎ　・　Ｚｈｏｕ　Ｙｕｅｍｉｎｇ　Ｒｅｎ　Ｚｈｏｎｇｍｉｎｇ　

（１．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｍ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　

Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂａｏｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００９４０，Ｃｈｉｎａ）　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ＣＣ　ｓｌａｂ　ｗａｓ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗｉｎｇ　ｉｎ　ｍｏｌｄ．　

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ　ｉｔ　ｗａｓ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｍｏｈｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｍｏｌｄ　ｆｏｒ　

ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｂｅｃａｍｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　

ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｍｏｌｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｓｌａｂ　ｍｏｌｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　

ｏｆ　ｓｌａｂ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　

ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　

【Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ】　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｌｏｗ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｓｌａｂ　Ｍｏｌｄ　

结晶器是去除夹杂物和气泡、改善铸坯质量　

的最后机会，它的运行状况直接影响连铸机的生　

股沿着结晶器壁下行，在一定深度处液体向结晶　

器的中心流动，然后在中心处向上运动，到达浸入　

式水口，从而形成下部环流区。这样，在结晶器内　

形成典型的双环流　，如图１。　

产率和铸坯质量。有统计表明：铸坯近８０％的表　

面缺陷起源于结晶器　Ｊ。同时，结晶器内钢液流　

动又直接影响到温度的分布，进而决定了铸坯的　

内部质量和组织结构　Ｊ。可见，控制和优化结晶　

器内钢液流动对于提高铸坯质量至关重要。　

１　板坯结晶器内钢液流动　

如果拉速较大，浸入式水口射流的流量和流　

速较大，射流对结晶器窄面坯壳的冲击强度较大，　

使坯壳变薄甚至发生漏钢现象；下流股的速度较　

大，其冲击深度较深，夹杂物和气泡被带人铸坯内　

部形成内部缺陷；液面处的流速较大，易造成卷　

钢液从浸入式水口以一定的角度射出，碰撞　

到结晶器窄面后，分成沿器壁向上和向下运动的　

两路流股。向上运动的流股沿着器壁上行，到达　

渣，进入铸坯内形成夹渣　。如果拉速较小，浸入　

式水口流量和流速较小，弯月面处钢液流速较小，　

造成弯月面处钢液温度较低，传热条件差，不利于　

保护渣的熔化，甚至会在钢渣界面结冷钢，造成表　

液面后转向浸入式水口方向运动，再沿着浸入式　

水口壁向下运动，形成上部环流区；向下运动的流　

作者简介：于湛，博士，从事电磁冶金方面研究　

第２期　于湛等：板坯结晶器钢液流动电磁控制技术　３９　

结晶　

图１　结晶器内流场　

Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　

面缺陷　Ｊ。可见，控制和优化结晶器内钢液流动　

对于提高铸坯质量具有重要意义。电磁控制技术　

由于不直接接触钢液，具有避免钢液的再次污染　

等优点，已经成为控制和优化结晶器内钢液流动　

的重要技术。目前，生产中应用的电磁控流技术　

主要有：电磁搅拌、电磁制动、行波磁场电磁制动　

（加速）和组合式电磁搅拌等。　

２结晶器流动电磁控制技术　

２．１　电磁搅拌　

电磁搅拌技术是由瑞典ＡＳＥＡ公司首先发明　

用于电弧炉炼钢，后来才被用于连铸　Ｊ。１９７３　

年法国ＳＡＦＡ钢厂第一台有工业应用价值的电磁　

搅拌器在连铸机的二冷区安装使用，并取得了良　

好的冶金效果。连铸用电磁搅拌技术的工业应用　

阶段从此开始　Ｊ。新日铁开发了结晶器电磁搅拌　

装置控制钢液流动，大幅度提高了表面质量及合　

格率，因纵裂而引发的拉漏事故明显减少　Ｊ。　

板坯连铸结晶器电磁搅拌器一般为线性电磁　

搅拌器，它是按照直线电机的原理设计的　Ｊ。结　

晶器外设置覆盖整个铸坯宽度的搅拌器，在按一定　

相位布置的绕组中通入二相或三相的正弦电流后，　

产生行波磁场，与钢液相互作用，产生电磁力，驱动　

结晶器内钢水沿着水平方向旋转流动，如图２。　

结晶器电磁搅拌主要是在钢液凝固初期，通　

过电磁搅拌的作用，改善钢／渣界面的流动和传热　

条件，使初始凝固坯壳趋于均匀，提高铸坯的表面　

质量。另外，由于钢液产生旋转流动，可以减弱浸　

入式水口射流对窄面凝固坯壳的冲击强度，并减　

小射流的向下冲击深度。同时，在电磁场的作用　

行波　

图２板坯结晶器电磁搅拌　

Ｆｉｇ．２　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｔｉｒｒｉｎｇ　ｉｎ　ｓｌａｂ　ｍｏｌｄ（Ｍ—ＭＥＳ）　

下钢液做旋转运动，其中的气泡和夹杂物能迅速　

地向内运动，脱离钢液的固／液界面，促进夹杂物　

和气泡的上浮后去除，减少铸坯针孔、渣气孔和夹　

杂物¨　。工业试验和实验室研究表明：结晶器　

电磁搅拌还可以显著地提高铸坯等轴晶率和减轻　

铸坯的中心偏析。但是，由于结晶器电磁搅拌安　

装的位置接近钢液面，如果线圈与液面的距离以　

及搅拌强度不合适，铸坯表面振痕加深，甚至造成　

液面波动加剧引起卷渣，使铸坯断面出现宏观　

夹杂。　

２．２　电磁制动　

电磁制动技术是基于恒定磁场有阻滞导电流　

体流动和抑制湍流作用的思路，将磁流体力学和　

冶金学结合开发而成。　

从浸入式水口流出的钢液以相当大的速度切　

割磁力线，在钢液内感生出电动势，由此生成感应　

电流，与钢液相互作用产生与钢液流向相反的电　

磁力，起到对钢液制动的作用¨　Ｊ。　

１９８２年，由瑞典ＡＢＢ公司与日本川崎公司联　

合成功开发了区域电磁制动装置　，如图３（ａ）。　

其磁场特点是：有两个方向相反的局部磁场作用　

区，分别位于水口两侧，能有效地制动水口射流，　

缩短钢液冲击深度，减小钢液对窄面坯壳的冲击；　

抑制了液面的波动，降低了卷渣和铸坯表面大型　

夹杂物缺陷的发生率；提高弯月面处的温度，改善　

初生坯壳的形成条件，提高铸坯的表面质量。　

上世纪９０年代初期，新日铁等研制出了全幅　

一

段电磁制动装置　”ｊ，如图３（ｂ）。其磁场特点　

是：磁场覆盖整个结晶器宽度。全副一段电磁制　

动不但具有区域电磁制动的优点，还克服了区域　

电磁制动磁场的作用范围有限，钢水流经磁场的　

区域太短，制动效果比较弱的缺点。此外，全幅一　

第２期　于湛等：板坯结晶器钢液流动电磁控制技术　４１　

口射流，缩短钢液冲击深度，有利于非金属夹杂物　始引进和开发这些技术。表１是板坯结晶器电磁　

控流技术在世界主要钢厂的应用。　

和气泡的上浮，改善铸坯的内部质量；减小或消除　

高温高速钢液对窄面坯壳的冲击。　

３　电磁控制技术的应用　

在这些电磁控流技术中，电磁搅拌、流动控制　

结晶器和行波磁场电磁制动（加速）应用较多，而　

且至今仍在使用；而像区域电磁制动这样的电磁　

技术由于自身的不足，已经被其他电磁控流技术　

电磁技术在欧洲和日本最先得到应用，尤其　

是日本在电磁技术的研究和开发方面做了相当多　

的工作，电磁控流技术在日本钢铁企业中应用最　

为广泛。进入２１世纪，我国和韩国钢铁企业才开　

所取代；组合式电磁搅拌只在新日铁名古屋厂　

使用。　

表１　板坯结晶器电磁控流技术的应用　

Ｔａｂｌｅ　１　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｌａｂ　ｍｏｌｄ　

４结语　

度对结晶器流场影响的数值模拟［Ｊ］．北京科技大学学　

报，２００２，２５（５）：４９２￣－９６．　

结晶器内钢液流动影响夹杂物和气泡的去　

除，同时流场又直接影响到温度的分布，进而决定　

了铸坯的内部质量和组织结构。连铸结晶器电磁　

控流技术的研究和应用，已成为连铸工艺密不可　

［６］贾光霖，庞维成．电磁冶金原理和工艺［Ｍ］．沈阳：东北大　

学出版社，２００３：１４３－１８２．　

［７］韩至成．电磁冶金学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００１：　

９９—１５５．　

分的重要组成部分，是生产高质量、高附加值产品　

的重要技术。　

参考文献　

［１］Ｈｉｎｔｉｋｋａ　Ｓ，Ｋｏｎｔｔｉｎｅｎ　Ｊ，Ｌｅｉｖｉｓｋａ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　

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［９］Ｎａｋａｓｈｉｍａ　Ｊ，Ｆｕｋｕｄａ　Ｊ，Ｋｉｙｏｓｅ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｌａｂ　

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［３］Ｇｕｐｔａ　Ｄ，Ｌａｈｉｉｒ　Ａ　Ｋ．Ｗａｔｅｒ—Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　

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［１２］钟云波，孟宪俭，倪丹，等．旋转磁场净化钢液的实验研究　

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［１３］Ｎａｇａｉ　Ｊ，Ｓｕｚｕｋｉ　Ｋ　Ｉ，Ｋｏｊｉｍａ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｅｅｌ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ａ　

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［５］于会香，张炯明，王万军，等．板坯连铸浸入式水口出口速　

（下转第５２页）　

５２　上海金属　第３４卷　

（上接第４１页）　

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（２０）：２９３—２９７．　

ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂｒａｋｅ　ｏｎ　Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｅｒ［Ｊ］．Ｊ．Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓ．Ｉｎｔ．，　

［１９］　

Ｌｅｈｍａｎ　Ａ　Ｆ，Ｔａｌｌｂａｅｋ　Ｇ　Ｒ，Ｒｏｌｌｂｅｒｇ　Ｓ　Ｇ

．

Ｆｌｕｉｄ　ＦｉｎＷ　Ｃｏｎｔｒ【】ｌ　

２００３，１０（２）：２１－２６．　

ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｖａｒｉｏｕｓ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔａｔｉｃ　

［１５］毛斌．连铸电磁冶金技术，第四讲：板坯连铸结晶器电磁　

Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄｓ［Ｃ］／／Ｔｈｅ　１　ｓｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　

制动技术［Ｊ］．连铸，１９９９，１２：３７．４２．　

Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｎａｇｏｙａ：ＩＳＩＪ，１９９４：　

［１　６］Ｌｅｈｍａｎ　Ａ，Ｔａｌｌｂａｃｋ　Ｇ，Ｒｕｌｌｇａｒｄ　Ａ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂｒａｋｉｎｇ　

３７２．　

Ｉｍｐｒｏｖｅｓ　Ｓｔｅｅｌ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　［２Ｏ］　

Ｋｕｂｏｔａ　Ｊ，Ｋｕｂｏ　Ｎ，Ｉｓｈｉｉ　Ｔ．ｅｔ　ａ１．Ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　

Ｃａｓｔｉｎｇ，１９９６．１：４．９．　

ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｌａｂ　ｃａｓｔｅｒ　ｍｏｌｄ　ｂｙ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．　

［１７］Ｔａｋａｔａｎｉ　Ｋ，Ｎａｋａｉ　Ｋ，Ｋａｓａｉ　Ｎ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　

ＮＫＫ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００１．　

ａｎｄ　Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍｏｌｄ　ｗｉｔｈ　

［２１］　

Ｋｕｂｏ　Ｎ，Ｋｕｂｏｔａ　Ｊ，Ｓｕｚｕｋｉ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　

Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂｒａｋｅ［Ｊ］．ＩＳＩＪ　Ｉｒ￣ｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１．，１９８９，２９　

ｕｎｄｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｌｅｖｅｌ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　

（１２）：１０６３—１０６８．　

Ｍｏｌｄ［Ｊ］．ＩＳＩＪ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００７，４７（７）：９８８．９９５．　

［１８］Ｉｄｏｇａｗａ　Ａ，Ｓｕｇｉｚａｗａ　Ｍ，Ｔａｋｅｕｅｈｉ　Ｓ．ｅｔ　ａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　

收修改稿日期：２０１１。０８—２４　

ｓｔｅｅｌ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍｏｌｄ　ｂｙ　ｔｗｏ　ｓｔａｔｉｃ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　

承钢成功轧制ＨＲＢ６００高强抗震钢筋填补国内空白　

承钢已成功轧制规格为２５　ｍｍ的ＨＲＢ６００高　

节约用钢量７３．３％、４４．４％和１９．５％，具有节能　

强抗震钢筋，填补了我国６００　ＭＰａ级别高强钢筋　减排的现实意识；另一方面，可以解决建筑结构中　

生产的空白。ＨＲＢ６００高强抗震钢筋的成功开发　肥梁胖柱的问题，增加建筑使用面积，使结构设计　

一

方面可以减少用钢量，与目前主要使用的　

更加灵活，提高建筑使用功能。　

ＨＲＢ３３５、ＨＲＢ４００、ＨＲＢ５００级钢筋相比，可分别　

罗维供稿