连铸坯中心偏析控制技术的发展
1电磁搅拌技术
电磁搅拌技术是20世纪60年代开发的一种电磁冶金技术，其实质是借助电磁力的作用，
强化铸坯液相穴中钢水的运动，从而改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改
善铸坯质量的目的。电磁搅拌按安装位置有：结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷区电磁搅拌
(S-EMS)、凝固末端电磁搅拌(F-EMS)、结晶器及足辊区电磁搅拌(MI-EMS)，为了生产的需要
还可以将其任意组合来使用。搅拌形式有：旋转型、直线型、螺旋型。使用电磁搅拌技术，
特别是结晶器电磁搅拌和二冷区电磁搅拌，可以显著增加连铸坯的等轴晶率，等轴晶率的提
高有利于减少连铸坯的“晶桥”现象，从而减轻铸坯中心偏析。
实际生产中，对于铸坯凝固末端电磁搅拌技术，由于安装位置一定，而浇注钢种、拉坯
速度等工艺参数发生变化，使得最佳的搅拌区位置偏离设备的位置，电磁搅拌效果差；同时，
在该区域如果搅拌强度过于强烈，会导致铸坯液相穴中的轻相物质(如碳元素)向中心集聚，
导致中心偏析更为严重。为此，可以采用长距离的弱搅拌方法或采用行波磁场型的F-EMS技
术，使钢水在较大范围内进行上下交换，以改善中心偏析。
另外，冶金工作者还开发出一种水口注流电磁搅拌技术，在浸入式水口对钢液进行电磁
搅拌，水口外壁通气冷却，为强化冷却效果，水口外壁开有许多凹槽。该技术中，既能保证
钢水温降较大，实现低过热度浇注，又可防止水口堵塞。试验结果表明，该技术可以起到很
好地控制铸坯中心偏析的作用。
2 低过热度浇注技术
连铸过程中，采用低过热度浇注时，钢水过冷度减小，临界形核半径变小，形核率高，
晶核数量多，铸坯等轴晶率大幅度提高，有利于抑制晶桥的产生及铸坯凝固末端枝晶间钢液
的不合理流动。但是，钢水过热度较低时，水口易堵塞，而且钢中夹杂物不易上浮。对于钢
液中的夹杂物不易上浮问题，可以采用二次精炼手段及中间包冶金技术，提高钢液纯净度。
对于钢水低温浇注时温度波动带来的浇注困难，冶金工作者开发出了中间包等离子加热技术
及中间包电磁感应加热技术，可以保持钢液浇注温度的稳定。
3 结晶器插入钢带技术
O. V. Nosochenko和O. B. Isaev等人采用在板坯连铸结晶器插入钢带的技术来控制铸
坯中心偏析。其基本原理是在结晶器内插入厚度为1.5mm厚的钢带，将钢带作为冷却剂，利
用钢带的吸热和熔化，降低结晶器内钢水的过热度，实现提高铸坯等轴晶率，减小中心偏析
程度的目的，同时还可实现微合金化。
该研究表明，钢带的碳含量在0.25%～0.40%时比较合适，应用的实际浇注钢种也多些，
这是因为碳含量低于0.1%时，钢带强度亦低，熔点高，会导致结晶器内出现较多的较大未熔
碎钢片，给浇注及铸坯质量带来不利影响。
受插入钢带宽度的影响，这一技术用在板坯连铸中较为合适，对方坯连铸而言，因断面
尺寸小，应用这一技术存在空间不足的局限性；
4 加成核剂技术
对钢液进行形核处理也是控制铸坯中心偏析的一种有效手段，形核剂的作用还与形核剂
的加入工艺、形核剂的成分、尺寸和加入量有关。于艳等人通过在高碳钢中采用Fe-C合金作
为形核剂，研究发现，向钢液中加入形核剂可有效地扩大等轴晶区。对高碳钢，中碳铁合金
形核剂既可扩大等轴晶区，又可细化晶粒；而低碳形核剂可以扩大等轴晶区，但细化晶粒效
果差。为有效地发挥形核剂的作用，对不同钢种要合理地选择形核剂的碳含量。
5 钢水旋流加入技术
结晶器内钢水的旋转流动可以打碎凝固前沿枝晶，显著提高铸坯等轴晶率。除结晶器电
磁搅拌技术之外，还可以通过控制由浸入式水口进入结晶器内钢水流动状态来实现。Dyudkin
D.A等人采用Al-C质材料制成一特殊结构的浸入式水口，使进入结晶器内的钢水传热、传质
加强，产生旋转流。 Shinichiro YOKOYA等人通过在浸入式水口内安装旋转叶片，水口出口
有直通式加喇叭式两种，使得进入结晶器内的钢水产生旋转流动。
实验结果表明，采用旋流法，经浸入式水口进入结晶器内的钢液产生旋转流动，铸坯中
心偏析程度明显降低。但是，旋流浸入式水口结构复杂，对水口材质、加工工艺要求严格，
使用寿命低。Shinichiro YOKOYA的研究还停留在水模型研究阶段，还未见应用于工业生产
的报道。
6 轻压下技术
轻压下技术有两大类：机械轻压下、热轻压下。机械轻压下技术一般用于板坯和大方坯
连铸机上，热轻压下技术一般用于小方坯连铸机。
机械轻压下技术起始于20世纪80年代初，是在收缩辊缝技术的基础上发展而来的，分为
静态轻压下和动态轻压下两种方式，是近年来推广较快的连铸技术之一。轻压下技术的基本
原理是指通过在连铸坯液芯末端附近施加压力，产生一定的压下量来补偿铸坯凝固的收缩量，
消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，让枝晶间富集溶质的剩余液相仍保留在原来的位置，
防止向铸坯中心横向移动形成偏析，同时轻压下的压下作用使液芯钢液沿拉坯的反向流动，
使中心钢液重新分配，从而使中心凝固组织更加致密，成分更加均匀，起到降低中心碳偏析
和改善中心疏松的作用。
生产实践证明，轻压下技术的运用要想取得良好的效果就必须选择合理的工艺参数，它
包括轻压下区间、压下率、压下速率及总压下量等。目前，机械轻压下技术在板坯连铸上应
用较为成功，但在方坯、圆坯连铸上应用效果不太理想，这主要是与铸坯浇注的断面形状有
关。
热轻压下技术最早是由P. Sivession等人提出的，并且在165mm×165mm方坯上获得比较
满意的结果。在铸坯凝固未端区域，热轻压下技术通过采用向铸坯四周施加强冷却水的新型
冷却制度，来控制方坯的外部温降，使方坯中心温度与外部温降相适应，消除因中心收缩较
大而产生的补缩困难，限制富含杂质元素钢液的流动，因此避免铸坯产生中心偏析、中心疏
松等缺陷。
与凝固末端电磁搅拌技术和机械轻压下技术相比，热轻压下技术的控制方式更灵活，可
以随不同钢种、不同浇注温度、不同拉坯速度、不同一冷和二冷的冷却强度灵活地控制铸坯
凝固末端的热轻压下量。同时，在现有连铸机上安装电磁搅拌和机械轻压下设备，还需对现
有方坯连铸机进行大幅度的改造，成本较高，而热轻压下技术的改造幅度远小于前两者，成
本更低。但是通过凝固未端的强冷使铸坯产生的凝固收缩量有限，因此热轻压下技术只适合
断面较小的方坯连铸。
7 连续锻压技术
连续锻压技术为机械重压下，该技术是在铸坯的最后凝固阶段对铸坯进行锻压。当铸坯
受到锻压后尺寸急剧变小，在液相穴末端形成致密的固相，从而防止富含合金元素钢液的不
合理流动，避免中心偏析的形成。
连续锻压技术虽然能够取得较为理想的效果，但控制不当时，极易导致铸坯产生压下裂
纹缺陷，且该技术运用对设备的要求高，基建成本较高，因而实际生产中运用较少。
8 静磁场控制技术
静磁场对钢液的流动有抑制作用，基于这一原理，薄板坯连铸结晶器中广泛采用了电磁制动
技术。除此之外，静磁场对凝固的金属还有细化晶粒的作用。从抑制铸坯中心偏析的思路来
看，在连铸机二冷区某一位置上设立静磁场装置，应该能够有效控制铸坯的中心偏析。Nakada
等人利用热模拟实验，在铸锭凝固过程中应用磁感应强度为O.2～0.42T的静磁场，成功地
达到了减少铸锭V型偏析和中心缩孔的目的，证明了静磁场可用于改善铸坯的中心偏析。但
是连铸条件和模铸冷却条件存在差异，利用静磁场控制连铸坯的中心偏析还值得进一步探索，
需研究合理的磁场强度、作用区域的长短及位置与铸坯中心偏析改善程度的关系。