同时强力流动可大大加速液 心的传热而使过热度迅速消 失、两相区迅速扩大；
强力流动还可加速传质，使 凝固前沿扩散边界层减薄而 浓度梯度增大，两相区成分 过冷增加，有利于等轴晶的 发展。
电磁搅拌的工作原理
电磁搅拌引起的熔体强烈流
初生枝晶 枝晶臂碎片
动可以打断或弯曲枝晶臂。
部分枝晶碎片将作为金属液
枝晶重熔
柱状晶发展
电磁搅拌的工作原理
1. 电磁搅拌的机械效应
1) 可以促进壁面处结晶的形成和游离，增加晶核数量； 2) 当搅拌强度较小时（层流），树枝晶会迎着流动方向倾斜 3) 在较强的电磁搅拌作用下，钢液冲刷速度加大，凝固前沿
不光滑，强制对流流动呈紊流状态，树枝晶受到很大抑制 ；一部分不仅可以切断及熔蚀柱状晶的晶臂，形成大量的 枝晶碎片充当等轴晶的晶核，使晶粒成倍增长，从而有利 于凝固组织中晶粒的细化。另一部分在糊状区，形成灌木 丛状。
旋转钢液碰到结晶器壁或初始 凝固坯壳后，形成上下两股分 流，即二次流场；
搅拌作用越强，影响区域越大 。向上流场可到达弯月面，向 下流场可以直达结晶器出口；
影响区域大小取决于钢液的搅 拌速度。
电磁搅拌的工作原理
电磁搅拌扩大等轴晶区示意图
电磁搅拌可通过流动金属液 对树枝晶前端的动力折断及 熔蚀作用造成大量枝晶碎片 供作晶核；
t = 0o
t =90o
t = 180o
通电线圈合成磁场的磁极分布
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
液态金属旋转运动的特点要体现在对凝固界面
前沿的冲刷，这种冲刷作用影响了液态金属凝固过程的传热、
传质及最终的凝固组织。
电磁搅拌液态金属运动速度分布
机械搅拌液态金属运动速度分布
连铸应用，同时新的电磁搅拌技术不断地被开发和应用。 。。。
报告内容
引言 电磁搅拌的结构与原理 电磁搅拌的设计与要求 电磁搅拌的影响因素 结晶器电磁搅拌数值模拟 电磁搅拌与铸坯质量效果 小结
电磁搅拌器的布置方式
按安装位置：结晶器-EMS、二冷区-EMS、凝固末端-EMS
(a) M-EMS
柱状晶形成的影响因素
1）钢种（碳含量）：凝固两相糊状区大小；透磁效果等 2）过热度 3）拉速 4）断面尺寸
电磁搅拌抑制柱状晶生长的作用
1）金属熔体流动的机械力，抑制柱状晶生长 2）钢液中的碎片，对柱状晶产生剪切行为 3）过热钢水使柱状晶重熔，或部分重熔而更易于破碎，
乃至被钢流卷走 4）由于过热的加速耗散，大量细小晶粒快速生长，抑制
凝固时的额外晶核；另一部
分富溶质枝晶碎片将被液流
带到远离枝晶的液穴中重熔
，更多形核基底的出现和枝
电磁力引起的紊流流动
晶碎片重熔带来的温度均匀
化将促进更多等轴晶的形成
新形核基底
，从而实现提高铸坯等轴晶 率、减少中心偏析、中心疏
松和缩孔、改善铸坯凝固组
凝固前沿电磁搅拌细化晶粒示意图 织的目的。
电磁搅拌的工作原理
由于磁场以一定的速度(V)切割处于交变磁场之中的金 属熔体，使其内部产生感应电流(I)：I= （V B）
2. 该电流与磁场相互作用产生电磁力(F)： F= I B 电磁力作用在金属熔体上，从而驱动金属熔体运动。
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
iA(t)=Imsint iB(t)=Imsin(t -120o) iC(t)=Imsin (t + 120o)
器；奥地利进行了结晶器工频旋转电磁搅拌的工业试验。 1973年，法国SAFE厂，在方坯连铸机采用电磁搅拌技术。 1979年，法国采用新型搅拌辊，进行板坯连铸电磁搅拌。 1982年，英国人首次提出MHD在冶金中应用的明确概念。 1985年，ISIJ把MHD在冶金中的应用称为电磁冶金。 1989年，电磁冶金改称为材料电磁加工(EPM)。 1990‘s，电磁搅拌技术日趋成熟，在大、小方坯，圆坯和板坯
电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）
电磁搅拌器的结构
凸极式
圆环形轭铁上嵌有六个凸极 铜扁线绕制（外冷） 每个凸极上套一个O形绕组 冷却不均匀且有死角； 冷却水量大；冷却 效果差；制作较简单；体积较小；成本较 低；使用寿命较短
环形式
一圈环形轭铁；铜管绕制（内冷） 12个绕组全部套在轭铁上（克兰姆绕组） 冷却均匀无死角；冷却水量小；冷却效果 好；制作较复杂；体积稍大；成本较高； 寿命较长
报告内容
引言 电磁搅拌的结构与原理 电磁搅拌的设计与要求 电磁搅拌的影响因素 结晶器电磁搅拌数值模拟 电磁搅拌与铸坯质量效果 小结
电磁连铸技术
电磁连铸技术
连铸电磁搅拌的发展历程
19世纪初，法国人Faraday从事磁流体动力学(MHD)的研究。 1922年，美国J. D. Mcneill获得了EMS控制凝固过程的专利。 1952年，德国在半工业连铸机上试验第一台二冷区电磁搅拌
两相区凝固模型固液界面前沿流动对晶体形态的影响
电磁搅拌的工作原理
2. 电磁搅拌的热效应
1) 电磁搅拌所引起的强制流动加速了熔液的传热，而使钢液内 的过热度迅速消失，最初阶段形成的晶核能够保存下来；连 同因电磁搅拌作用形成的晶核一起被打碎、熔蚀而增殖。
1）有效作用长度长；2）电磁力矩和能效大 3）使用寿命长得多（一倍以上）
电磁搅拌的工作原理
1. 根据电磁感应定律，闭合回路内的磁通量发生变化时， 闭合回路将产生感应电动势。
电磁搅拌器产生的交变电磁场(B)，在围绕导电的金属 熔体变化时，磁场和金属液间产生相对运动，使导电回 路内的磁通量发生变化。
( b) S-EMS
(c) F-EMS
安装在铸机不同位置的电磁搅拌
电磁搅拌器的布置方式
电磁搅拌器的布置方式 — 组合形式
S1+S2
M+F
S+F
M+S+F
电磁搅拌的工作原理
旋转磁场
线性行波磁场
在结晶器、二冷段区域或凝固末端施加低频电磁场，利用电磁搅 拌改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，提高铸坯等轴 晶率比率，减轻成分偏析，消除中心疏松，以扩大生产钢种。
搅拌速度，rad/min 搅拌速度，rad/min
离液态金属中心的距离，x/mm
离液态金属中心的距离，x/mm
电磁搅拌的工作原理
一、MEMS作用下结晶器内的流场：
1）无EMS时，由于重力作用，水口出流钢液快速向下，冲击 结晶器壁，形成上返流和向下的主流；
2）施加旋转磁场后，在以搅拌器 为中心对称的一段区域内形成 一强烈的环形流场 — 主流场；