连铸电磁搅拌和电磁制动的理论及实践目录

1.1 国内外连铸技术的发展概况

1.1.1 国外连铸技术发展简要回顾

1.1.2 我国连铸技术的发展概况

1.2 电磁冶金理论的研究

1.3 电磁技术在连铸生产中的应用

1.3.1 电磁搅拌技术

1.3.2 电磁制动技术

2.1 电磁场控制方程的表述

2.1.1 电磁场的基本模型

2.1.2 单连通域涡?区求解模型建立

2.1.3 多连通域涡流区求解模型建立

2.2 流场分析模型的建立

2.2.1 流场基本方程

2.2.2 湍流模型

湍流模型，就是以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为基础，依靠理论与经验的结合，引进一系列模型假设，而建立起的一组描写湍流平均量的封闭方程组。

2.3 金属熔体与电磁场之间的交互作用

2.3.1 磁流体力学近似

2.3.2 磁流体力学基本方程

参考文献

3.1 结晶器电磁搅拌

3.1.1 结晶器电磁搅拌的作用

3.1.2 电磁搅拌的结构形式

3.1.3 结晶器电磁搅拌存在的问题

3.2 方(圆)坯电磁搅拌工作原理

3.2.1 旋转磁场的产生

磁感应矢量在空间以固定频率旋转的一种磁场。是电能和转动机械能之间相互转换的基本条件。广泛应用于交流电机、测量仪表等装置中。

交流电机气隙中的磁场。因其沿定、转子铁心圆柱面不断旋转而得名。旋转磁场是电能和转动机械能之间互相转换的基本条件。

通常三相交流电机的定子都有对称的三相绕组(见电枢绕组)。任意一相绕组通以交流电流时产生的是脉振磁场。但若以平衡三相电流通入三相对称绕组，就会产生一个在空间旋转的磁场。磁场的对称轴线φ随时间而转动，其转速ns由电流频率f和磁极对数P决定

ns称为同步转速或同步速(以转每分表示)。中国现在应用的工业电源的频率f为50赫,于是两极电机(P=1)的ns=3000转/分;四级电机(P=2)的ns=1500转/分;余类推。

在一般情况下，电流变化一个周期，磁场轴线在空间就转过一对极。

若近似地认为磁场沿圆周作正弦形分布，并用磁场轴线处的空间矢量Ø来代表，用矢量长度表示磁场振幅，则理论分析证明，三相对称绕组通以平衡的三相电流时，产生的是一个振幅不变的旋转磁场。这时矢量Ø在旋转过程中它的末端轨迹为一圆形，故名圆形旋转磁场。这个结论可以推广到一般的多相(包括两相)系统。即多相电机对称绕组通以平衡多相交流电流，则产生圆形旋转磁场。

一般说来，旋转磁场的转向总是从电流超前的相移向电流滞后的相。如果将三相的 3个引出线任意两个对调再接向电源，即通入三相绕组的电流相序相反，则旋转磁场的转向也跟着相反。

如果三相电流不平衡，可用对称分量法把三相电流系统分解为正序电流系统和负序电流系统。正序电流系统产生一个正向圆形旋转磁场，负序电流系统产生一个反向圆形旋转磁场。一般情况，两个磁场振幅大小不等，其合成磁场矢量的末端轨迹为一椭圆形，故名椭圆形旋转磁场。这个结论也可以推广到一般的多相(包括两相)电机。

产生的基本条件:两个磁轭的几何夹角与两相激磁电流的相位差均不等于0度或180度。

3 2 2 旋转磁场的方向

3.3 电磁搅拌器结构设计及结构参数对搅拌效率的影响

3.3.1 结构对搅拌效率的影响

3.3.2 电流频率对搅拌效率的影响

3.3.3 结晶器电导率对搅拌效率的影响

3.3.4 电磁搅拌效率高低的判断

3.4 小方坯结晶器电磁搅拌的数值模拟

3.4.1 电磁搅拌的计算方法

3.4.2 模型的建立

3.4.3 两相四极电磁搅拌的结果分析

3.4.4 三相六极电磁搅拌的结果分析

3.4.5 两种形式电磁搅拌器搅拌速度对比

3.4.6 电流频率对搅拌效果的影响

3.4.7 结晶器电磁搅拌器的工业实践

3.5 大方坯结晶器电磁搅拌的数值模拟

3.5.1 大方坯结晶器电磁搅拌模型的建立

3.5.2 大方坯结晶器电磁搅拌的数值计算结果分析

3.6 圆坯结晶器电磁搅拌的数值模拟

3.6.1 圆坯结晶器电磁搅拌数学模型的建立

3.6.2 圆坯结晶器电磁搅拌的数值模拟结果讨论

3.6.3 圆坯结晶器电磁搅拌的工业实践

3.7 组合电磁搅拌一一结晶器和凝固末端组合电磁搅拌

3.7.1 最佳凝固末端搅拌器安装位置的确定

3.7.2 结晶器和凝固末端组合搅拌参数的确定

3.7.3 结晶器和凝固末端组合搅拌的工业实践

3.8 电磁搅拌器的设备设计

3.8.1 电磁搅拌器本体

3.8.2 电磁搅拌器电源

3.8.3 电磁搅拌器冷却系统

3.8.4 电磁搅拌器自动控制系统

参考文献

4 板坯连铸电磁搅拌技术

4.1 电磁搅拌技术概述

4.2 板坯电磁搅拌器的原理

4.2.1 两相电流板坯电磁搅拌器的原理

4.2.2 三相电流板坯电磁搅拌器的原理

4.3 板坯电磁搅拌器的结构

4.3.1 板坯连铸二冷区电磁搅拌器的结构

4.3.2 板坯结晶器电磁搅拌器

……

5 板坯连铸电磁制动技术

王宝峰，1965年4月出生，内蒙古科技大学教授。1988年毕、业于北京钢铁学院(现北京科技大学)金属压力加工系，获工学硕士学位。1997年留学于加拿大英属哥伦比亚大学，师从国际著名的连铸专家J.K.Brimacombe和I.V Samarasekera。2007年当选中国金属学会连铸分会"连铸理论与新技术委员会"主任委员。

归国后从事钢铁连铸关键技术及设备研究开发，与各钢铁企业进行了广泛的技术合作。将电磁冶金理论成功应用于高端装备制造，开发了拥有自主知识产权的?磁搅拌成套设备，被列为科技部重点推广新产品。成功开发了连铸过程中各种结晶器锥度测试仪及保护渣自动加入设备，填补了国内空白。

近5年来承担国家科技支撑计划2项，内蒙古科技创新引导奖励计划项目2项及内蒙古自然基金项目多项，获得专利3项，发表文章200余篇。获国家科技进步二等奖、内蒙古自治区科技进步一等奖及冶金科技进步三等奖各1项。

李建超，1970年6月出生，内蒙古科技大学副教授。2006年毕业于东北大学材料加工工程专业，获得博士学位。2007年当选中国金属学会连铸分会"连铸理论与新技术委员会"委员兼秘书。从事钢铁高效连铸及电磁冶金技术的研究工作，近些年来与各钢铁企业进行了广泛的技术合作。近5年来参加国家科技支撑计划2项，内蒙古科技创新引导奖励计划项目2项，承担教育部"春晖计划"项目1项，内蒙古自然基金项目2项，发表文章30余篇。

《连铸电磁搅拌和电磁制动的理论及实践》由冶金工业出版社出版。

书中重点介绍了目前钢铁工业上比较成熟的连铸电磁冶金技术，主要包括电磁搅拌技术和电磁制动技术，模拟分析了各种技术在二冷区和结晶器中的应用以及工业实践。《连铸电磁搅拌和电磁制动的理论及实践》是作者十几年来对电磁理论及其在连铸领域应用研究的结晶，具有很强的参考价值。

根据搅拌位置的不同，电磁搅拌分为结晶器电磁搅拌(MEMS)、二冷电磁搅拌(SEMS)以及凝固末端电磁搅拌(FEMS)。

由于MEMS在改善铸坯的表面质量和内部质量方面都有出色的实绩，因此近年来倍受一些方坯连铸机的青睐。实践证实，MEMS对于促进"结晶雨"的形成、增加等轴晶区域、减少中心宏观偏析有着明显的作用。有人对比了使用和不使用MEMS的效果，不使用MEMS时，凝固组织仅有柱状晶区且V偏析形式是"小钢锭"模式下的单个大型V偏析，V偏析之间的间隔通常超过120mm;使用MEMS时，柱状晶区长度减小，V偏析的间隙距缩短至20~30mm，等轴晶区比例增加，占10%~50%，同时，V偏析的形式也由单个大型转变为接近于密布型[1]。图1反映了MEMS对进步等轴晶率的明显作用[2]。

SEMS的搅拌恰好在柱状晶强劲生长的区域，对均匀液芯成分与温度、破碎或抑制柱状晶的生长也有一定的作用，特别是在与MEMS或/和FEMS联合使用的情况下[2~4]。图2对比了在大方坯连铸高碳钢的情况下，没有EMS、只有SEMS以及SEMS+FEMS时铸坯中心C偏析程度。由于SEMS工作条件比较恶劣，设备维护困难，加之使用效果也不够稳定，有时甚至还会出现负面效果，因此其投进率受到了影响。在新建的方坯连铸机中，SEMS较少采用。

FEMS的搅拌发生在凝固末真个糊状区，通常对均匀残余液相的成分与温度、抑制"搭桥"现象的产生有明显的作用。FEMS位置的选择十分关键，直接影响到其使用效果，一般设置在固相率fs为0.4~0.7区间内。假如凝固末端位置计算正确、FEMS位置选定合适加上连铸工艺条件稳定，FEMS能够有效地减少V型偏析和缩孔的产生[3、4]。假如FEMS与MEMS或/和SEMS联合使用，对减少中心偏析的作用将更加明显。有国外EMS厂商推荐，在宝钢方坯连铸机所用钢种的条件下，MEMS+FEMS是比较理想的配置。

关于EMS的作用目前尚有不同的熟悉，在某些情况下EMS效果欠佳，甚至还有一些关于EMS负面作用的文献报道。可以说，EMS在方坯连铸应用方面的研究还有很长的路要走，目前单纯依靠EMS尚难将中心偏析控制在一个理想的水平上。