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研究电磁搅拌技术在冶金方面的应用

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摘要：

现阶段，我国工业产业的整体发展速度不断加快，冶金工作领域当中对更多先进的生产技术应用程度越来越高，大大提高了冶金生产工作的整体效率和稳定性。其中电磁搅拌技术在冶金行业内部应用效果非常明显，受到业内人士的广泛关注和重视，基于电磁热流体力学理论作为研究工作基础，针对电磁搅拌技术在冶金生产工作中的应用要点进行了深入探索。

1 电磁搅拌技术介绍

1.1 电磁冶金概念

电磁冶金也称之为EPM 为金属材料进行必要的电磁处理，该项工艺流程主要是借助电流和磁场所产生的电磁力和安培力，对基础材料加工生产工作中表面的形态内部流动形式等进行影响，以此来有效掌控金属材料内部产生的变化以及反应过程，有效改变金属材料的表面分子分布形式以及内部的基础组织结构。

1.2 电磁流体学

电磁流体学也称之为MHD，属于电磁冶金理论的重要基础，该项技术的发展带动着电磁连铸技术，在整个冶金工业产业当中的应用和全面发展。电磁流体学在冶金行业内部得到普遍应用，主要是因为熔体金属属于一种良好的导电体，在电场和磁场的双向纵向金属熔体内部会产生相应的电磁力，如图1 所示，通过使用电磁力可以有效实现对熔融状态下的金属，实现非直接接触性搅拌，对金属熔体状态下的传输形式和形体状态进行进一步控制。电磁冶金技术的应用具有更高的能量密度以及清洁性能，同时还具有良好的响应性以及可控制性，在整个自动化控制程度较高，并且能量使用率较高在我国各大冶金产业、金属铸造以及钢水检测等多条领域内部应用非常普遍[1]。

图1 电磁流体学原理

2 电磁搅拌技术的工作原理分析

2.1 电磁搅拌技术的工作原理

电磁搅拌技术属于磁流体力学当中的一个重要分支结构，最早出现于上世纪30 年代初，在瑞典首次制作出，世界上第一台15t 电弧炉用电磁搅拌装置。电磁搅拌技术在工作当中，主要是运用不同类型的磁场发生装置，在外部环境磁场的影响条件下，保证液态状态下的金属在流过作用磁场范围的条件下，在液态金属当中会生成相应的感生电流，而这种感生电流在电磁场的环境这种条件下会产生相应的电磁力，这种电磁力可以在金属液体当中产生作用，对金属连铸工作中的金属液体的流动性传热性能，以及凝固过程等进行实质性控制，如图2 所示，电磁搅拌技术具有交流感应和直流感应两种形式，直流感应在钢水当中产生磁力方向和金属液体的流动方向相反，同时可以对钢水起到了一定的制动性作用效果，因此这种搅拌形式也被称之为电磁制动形式。

图2 电磁搅拌技术的工作原理

2.2 电磁搅拌工作特征

电磁冶金属于一门新兴的工程学科，在针对各种金属材料的处理和生产工作中，电磁冶金主要基于金属所受到的洛伦兹力影响金属组织结构的具体形态，让金属内部处于一种流动状态，同时电磁力可以在封闭的工作条件下，通过非接触式的方式直接传递到金属材料内部，以此来有效防止金属材料的二次氧化问题，提高冶金生产的整体工作质量效果，同时可以进一步提高金属材料的内部组织性能。在后续的研究工作中，人们相继发现电磁流体力学现象，并且将其运用在冶金生产工作当中，形成一种电磁搅拌以及电磁悬浮熔炼等多项电磁冶金技术，在我国各大冶金企业内部得到了广泛应用，可以全面降低金属助推产生的缺陷问题，有效提高金属材料的生产稳定性。在冶金工作广中电磁搅拌技术的应用，可以全面提高金属产品的清洁程度，同时还可以进一步扩大金属内部的晶体区范围，有效控制成分偏析问题，降低或者全面消除金属液体的中心位置产生疏松以及中心点产生缩孔等不良状况，以此来全面提高冶金产品的生产质量。

2.3 电磁连铸技术

将电磁搅拌技术有效应用于连铸工作方面，是电磁冶金技术当中非常重要的工作环节，同时连铸技术已经慢慢发展成为电磁冶金技术领域当中最为活跃的部分。随着磁场技术在连铸工作中的有效应用，先后产生了利用实时性变化磁场、脉冲磁场稳定、恒磁场的电磁搅拌方法，对电磁制动和软接触电磁连铸技术进行同步使用，有效形成三者之间有机衔接的更加先进的电磁连铸技术。

2.4 电磁搅拌的冶金机理分析

电磁搅拌装置冶金机理，主要表现在生产过程中金属的机械效应和热效应两个方面，主要表现出的作用包含以下几个方面：第一，由于电磁搅拌装置在工作过程中，采用的是旋转搅拌形式，当金属液体的旋转速率达到特定值条件下，可以获取足够大的离心力作用，因此会造成金属液体内部存在的各种杂物和气泡，会逐渐朝着中心聚集同时快速上浮，然后在融融状态下被保护渣所吸收，可以保证金属铸坯表面和内部的杂质气泡量进一步降低，以此来有效提高金属材料的整体质量和纯度[2]。第二，因为旋转搅拌过程中产生切向电磁力的作用，可以有效保证金属外壳的质地更加均匀，同时进一步降低金属液体外漏的可能性。第三，因为旋转搅拌会产生强大的径向电磁力的作用效果，因此有效抑制竖直晶体形成结晶，同时更有利于等轴晶体的生长。在快速旋转搅拌的条件下，水体的流动方向会处于垂直向下的状态，使其由深变浅并且会保证轴向的温度快速下降，径向所产生的温度会不断上升，因此在整个温度梯度变化上相对较大，有利于热效应的传导。

文章来源：《冶金管理》网址: http://www.yjglzz.cn/qikandaodu/2021/0624/802.html