電磁攪拌器

電磁攪拌器主要由產(chǎn)生電磁場的電磁感應(yīng)器、保護電磁感應(yīng)器的外殼體及冷卻電磁感應(yīng)器的冷卻水路組成。從結(jié)構(gòu)上來講，電磁攪拌大致有以下三種結(jié)構(gòu)形式：①“油—水”二次冷卻結(jié)構(gòu)形式、②外水直冷式結(jié)構(gòu)形式、③空芯銅管內(nèi)冷式結(jié)構(gòu)形式。

第一種是“油一水”二次冷卻結(jié)構(gòu)形式其感應(yīng)器浸泡在不導(dǎo)電的硅油中進行冷卻，殼體設(shè)計成夾層結(jié)構(gòu)，夾層中通水與硅油進行熱交換以帶走感應(yīng)器的熱量。由于冷卻效率差，電磁攪拌器體積大，現(xiàn)已被淘汰。

第二種是以法國ROTELEC公司為代表的外水直冷式結(jié)構(gòu)形式。其感應(yīng)器直接浸泡在凈化水中進行冷卻，其最大的優(yōu)點是冷卻效果較好、體積小。因此電磁攪拌器單位體積產(chǎn)生的攪拌功率大，且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可以制作成結(jié)晶器內(nèi)置式結(jié)構(gòu)；但由于感應(yīng)器長期浸泡在水中其繞組絕緣很容易損壞，因此缺點也同樣突出，就是使用壽命短，一般為1~2年。

第三種是以瑞典ABB公司為代表的空芯銅管內(nèi)冷式結(jié)構(gòu)形式。其感應(yīng)器繞組由空芯銅管繞制而成，銅管內(nèi)通純水進行冷卻?？招你~管內(nèi)冷技術(shù)是一種比較復(fù)雜的電磁產(chǎn)品冷卻技術(shù)。此項技術(shù)在電磁攪拌裝置上的應(yīng)用研究最開始主要用于大型板坯連鑄電磁攪拌裝置上，在國內(nèi)也只有本公司研制成功過這種裝置。方坯電磁攪拌裝置與板坯電磁攪拌裝置的最大不同在于：方坯電磁攪拌裝置體積小，而空心銅管在同等導(dǎo)電截面下，比實心電磁線體積要大，因而鐵芯采用常規(guī)的齒槽結(jié)構(gòu)則無法裝下采用空心銅管繞制的線圈，為此必須改變鐵芯結(jié)構(gòu)，采用不帶齒槽的環(huán)形鐵芯，采用克蘭姆環(huán)形繞組環(huán)繞在鐵芯上。空芯銅管內(nèi)冷式電磁攪拌裝置最大的優(yōu)點是絕緣結(jié)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定，使用壽命長（可達5~8年），同時冷卻效率最高，使用維護方便；其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制作工藝講究，體積稍大。

攪拌位置 冶金效果 適用鋼種

MEMS 增加等軸晶率 低合金鋼

減少表面和皮下的氣孔和針孔

彈簧鋼

減少表面和皮下的夾雜物

冷軋鋼

坯殼均勻化

中高碳鋼等

稍稍改善中心偏析

SEMS 擴大等軸晶率 不銹鋼

減少內(nèi)裂

改善中心偏析 工具鋼

減少中心疏松

FEMS 細化等軸晶 彈簧鋼

有效地改善中心偏析 軸承鋼

有效地改善中心縮孔和疏松 特殊高碳鋼

美國Corning公司生產(chǎn)，包含三種數(shù)字顯示的產(chǎn)品：

Corning數(shù)字式加熱板；

Corning數(shù)字式攪拌器；

Corning加熱攪拌器

電磁攪拌裝置主要由低頻電源、感應(yīng)器和水冷系統(tǒng)等幾部分組成。

電磁攪拌裝置在不同的應(yīng)用場合有著不同的安裝形式，根據(jù)安裝形式和位置的不同，鋁熔爐用電磁攪拌裝置主要有“爐底感應(yīng)式”和“側(cè)壁感應(yīng)式”兩種。我國應(yīng)用最多的還是以將感應(yīng)器安裝在爐底的為主，即爐底感應(yīng)式電磁攪拌裝置，因為這種形式為感應(yīng)器安裝在爐底，磁場穿透爐底的耐火材料作用于鋁液，根據(jù)磁場在空間分布的情況和在金屬熔液內(nèi)部的作用規(guī)律也即磁流體力學(xué)的作用原理，靠近爐底的熔液受到較大磁場力的作用，熔體上部受到磁場力的作用則相對較小，這樣一來，熔液內(nèi)部越靠近爐底（感應(yīng)器安裝位置）的部分流速和流量越大，而且有較大的作用面積，大量的中、下部熔液強烈的涌動帶動了整爐熔液按照磁場力的作用規(guī)律作有規(guī)律的流動，因而，攪拌效果比較明顯，綜合經(jīng)濟效益高。側(cè)壁感應(yīng)式電磁攪拌裝置主要是針對一些特殊應(yīng)用或舊爐改造（只能安裝在爐子側(cè)壁）的情況，其工作原理與爐底感應(yīng)式電磁攪拌裝置原理大同小異。

根據(jù)電磁攪拌器在鑄機冶金長度上的不同安裝位置大致有以下幾種模式：

結(jié)晶器電磁攪拌：Mold Electromagnetic stirring：MEMS攪拌器安裝在結(jié)晶器銅管外面；

二冷區(qū)電磁攪拌：Strand Electromagnetic Stirring：SEMS攪拌器安裝在鑄坯外面；

凝固末端電磁攪拌：Final Electromagnetic stirring：FEMS用于方坯連鑄，攪拌器安裝在鑄坯外面。

電磁攪拌技術(shù)是瑞典在1930年首先提出的，1939年電磁攪拌裝置在瑞典鋼廠的電弧爐上做了初步實驗，在針對試驗中出現(xiàn)的問題進行了多次改進后，世界上第一臺能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的裝置——15噸電弧爐用電磁攪拌裝置在1947年問世。

進入50年代初期，世界各國對電磁攪拌裝置極為重視并開始廣泛研究應(yīng)用。原蘇聯(lián)在50年代中期研制成功并定型生產(chǎn)，配套使用在25噸電弧爐上。我國是在60年代中期開始研制，到70年代中期制成了40噸電弧爐配套使用的大型水冷電磁攪拌裝置。電磁攪拌技術(shù)已在黑色冶金領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

繼瑞典在電弧爐上應(yīng)用電磁攪拌裝置之后，美國、日本等國家又相繼研制了鋁熔爐用電磁攪拌裝置，取得了明顯的工藝效果，并且發(fā)展很快，發(fā)展至今鋁熔爐用電磁攪拌裝置的設(shè)計制造技術(shù)均已成熟，可滿足不同噸位鋁熔爐的攪拌要求。

鋁熔爐用電磁攪拌裝置是我國“七五”期間的科技攻關(guān)項目，相關(guān)研制單位經(jīng)過不斷努力，成功研制了鋁熔爐用平板式電磁攪拌裝置，并于1987年12月28日通過了中國有色金屬工業(yè)總公司組織的專家鑒定，獲得了1991年部級科技進步二等獎，被列為國家“八五”重點新技術(shù)推廣項目及中國有色金屬工業(yè)“九五”重點新技術(shù)推廣應(yīng)用項目計劃。

進入21世紀后，我國的鋁工業(yè)發(fā)展很快。大容量鋁熔爐不斷涌現(xiàn)，同時對產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的人工及機械攪拌方法根本不能適應(yīng)這一需要，而電磁攪拌技術(shù)以其實施攪拌方便、充分、能確保產(chǎn)品質(zhì)量、不污染鋁熔液等優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展，有人評價電磁攪拌技術(shù)是國際鋁合金熔煉攪拌工藝中最先進的技術(shù)，而電磁攪拌裝置更成為了鋁熔鑄業(yè)的必備設(shè)備。

用于連鑄過程的電磁攪拌器按其安裝的位置，有如下幾種：

(1) 中間包加熱用電磁攪拌器HEMS：該種電磁攪拌使連鑄過程中的鋼水溫度在液相線溫度以上30℃或40℃，使中間包二次冶金的效果更佳。

(2) 結(jié)晶器電磁攪拌器MEMS：是目前各種連鑄機都適用的裝置，它對改善鑄坯表面質(zhì)量、細化晶粒和減少鑄坯內(nèi)部夾雜及中心疏松有明顯的作用，應(yīng)用最為廣泛。為不影響液面自動控制裝置的使用，一般安裝在結(jié)晶器的下部。

(3) 二冷段電磁攪拌器SEMS：又可分為二冷一段電磁攪拌器S1EMS和二冷二段電磁攪拌器S2EMS。S1EMS安裝在結(jié)晶器一段的足輥處，其功能與MEMS類似，兩者不重復(fù)使用，由于其更換、維修方便，因此其投資和運行成本比較經(jīng)濟。S2EMS是促進鑄坯晶粒細化的有效手段，一般與MEMS或S1EMS一起使用。

（4）凝固末端電磁攪拌器FEMS：一般在澆注對碳偏析有嚴格要求的含碳高的鋼種時采用，為保證攪拌效果，其安裝位置要靠近凝固末端，一般在液芯直徑為Φ60-80mm處為佳，并允許調(diào)節(jié)。

電磁攪拌，簡稱EMS。是由瑞典ASEA公司首先提出的，1932年Dreyfus博士從法拉第的電磁感應(yīng)原理中發(fā)現(xiàn)，低速移動著的感應(yīng)磁場能在鋼水中產(chǎn)生強力的攪拌作用，并與Sandvik廠合作，于1948年研制成第一臺用于電弧爐煉鋼的電磁攪拌器，后來該技術(shù)逐漸應(yīng)用于感應(yīng)熔煉爐、鋼包精煉爐和連鑄機。電磁攪拌應(yīng)用于連續(xù)鑄鋼是連鑄技術(shù)最重要的發(fā)展之一 。

初煉鋼液從初煉爐傾入鋼包以后，將鋼包吊至配備有電磁攪拌器的小車上，除去初煉爐熔渣，然后換造新渣，并經(jīng)電弧加熱至需要溫度，鋼包車運行至脫氣工位，蓋上真空蓋進行脫氣15～20min，同時進行電磁感應(yīng)攪拌鋼液。脫氣后經(jīng)過斜槽漏斗加入合金，再進行電弧加熱以達到合適的溫度。。