第10期 王亚涛等：电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响 ·1359· 向电磁力和径向电磁力使钢液由中心向外流动，从 7.5 而造成结晶器自由液面中心位置向下而边缘向上的 1.0 液面漩涡，在电流300A,频率3Hz的情况下，自由 液面波动幅度为5.5mm. 6.5 图10所示为电流对结晶器自由液面波动幅度 6.0 的影响.由图10可知，电流为100A时，结晶器自由 55 液面的波动幅度在1mm以下，随着电流的增加，钢 液的旋转流动增强，自由液面的波动也随之加剧，发 5.0 生卷渣的倾向增加。结晶器自由液面波动幅度由 45L 2.02.53.03.54.04.55.0 100A的0.7mm增加到300A的5.5mm. 频率Hz 图11所示为频率对结晶器自由液面波动幅度 图11频率对结晶器自由液面波动幅度的影响(1=300A) 的影响.由图11可知，随着频率的增加，结晶器自 Fig.11 Effect of frequency on the fluctuation amplitude at the free 由液面的波动也随之加强.这主要是自由液面的旋 surface of the mold (/=300 A) 转速度随频率的增加而增大造成的.自由液面波动 方坯，电磁搅拌的最大搅拌速度需要控制在0.3~ 幅度由2Hz的4.6mm增加到5Hz的7.4mm. 0.6ms的范围内，在此范围内提高搅拌强度有利 于铸坯质量的改善.由图5(b)可知，电流为300A、 频率为3Hz时可以达到搅拌强度的标准，此时自由 液面处钢液流速为0.14m·s-1,自由液面波动幅度 为5.5mm,液面波动数值在工艺要求的±3mm范围 3 之内. 在上述理论分析的基础上，对实际轴承钢连铸 生产进行了电磁搅拌实验.图12为无结晶器电磁 搅拌(a)和有结晶器电磁搅拌(b)时轴承钢铸坯的 50 100150200250300350 低倍组织.当电磁搅拌电流为300A、频率为3Hz 电流A 时，结晶器自由液面没有发生卷渣现象，连铸坯中心 图10电流对结品器自由液面波动幅度的影响(f=3Hz) 等轴晶率（连铸坯横截面上中心等轴晶区的面积/ Fig.10 Effect of current on the fluctuation amplitude at the free sur- 连铸坯横截面面积)为26.2%，比未施加电磁搅拌 face of the mold (f=3 Hz) 时提高了9.2%，等轴晶率的提高有利于细化凝固 为了获得良好的治金效果，电磁搅拌达在到一 组织，改善中心偏析 定的搅拌强度的同时，还要保证结晶器自由液面的 综上所述，在没有电磁搅拌时，钢液从浸入式水 稳定.大量生产实践和理论分析表明s-,对于大 口吐出，在向下冲击的过程中，由于流体的连续性， 图12轴承钢铸坯低倍组织.(a)无电磁搅拌：(b)有电磁搅拌(1=300A,f=3Hz) Fig.12 Macrostructures of bearing steel blooms:(a)without M-EMS:(b)with M-EMS (/=300 A,f=3 Hz)第 10 期 王亚涛等: 电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响 向电磁力和径向电磁力使钢液由中心向外流动，从 而造成结晶器自由液面中心位置向下而边缘向上的 液面漩涡，在电流 300 A，频率 3 Hz 的情况下，自由 液面波动幅度为 5. 5 mm． 图 10 所示为电流对结晶器自由液面波动幅度 的影响． 由图 10 可知，电流为 100 A 时，结晶器自由 液面的波动幅度在 1 mm 以下，随着电流的增加，钢 液的旋转流动增强，自由液面的波动也随之加剧，发 生卷渣的倾向增加． 结晶器自由液面波动幅度由 100 A 的 0. 7 mm 增加到 300 A 的 5. 5 mm． 图 11 所示为频率对结晶器自由液面波动幅度 的影响． 由图 11 可知，随着频率的增加，结晶器自 由液面的波动也随之加强． 这主要是自由液面的旋 转速度随频率的增加而增大造成的． 自由液面波动 幅度由 2 Hz 的 4. 6 mm 增加到 5 Hz 的 7. 4 mm． 图 12 轴承钢铸坯低倍组织． ( a) 无电磁搅拌; ( b) 有电磁搅拌( I = 300 A，f = 3 Hz) Fig． 12 Macrostructures of bearing steel blooms: ( a) without M-EMS; ( b) with M-EMS ( I = 300 A，f = 3 Hz) 图 10 电流对结晶器自由液面波动幅度的影响( f = 3 Hz) Fig． 10 Effect of current on the fluctuation amplitude at the free sur￾face of the mold ( f = 3 Hz) 为了获得良好的冶金效果，电磁搅拌达在到一 定的搅拌强度的同时，还要保证结晶器自由液面的 稳定． 大量生产实践和理论分析表明［15 － 16］，对于大 图 11 频率对结晶器自由液面波动幅度的影响( I = 300 A) Fig． 11 Effect of frequency on the fluctuation amplitude at the free surface of the mold ( I = 300 A) 方坯，电磁搅拌的最大搅拌速度需要控制在 0. 3 ～ 0. 6 m·s － 1的范围内，在此范围内提高搅拌强度有利 于铸坯质量的改善． 由图 5( b) 可知，电流为 300 A、 频率为 3 Hz 时可以达到搅拌强度的标准，此时自由 液面处钢液流速为 0. 14 m·s － 1，自由液面波动幅度 为5. 5 mm，液面波动数值在工艺要求的 ± 3 mm 范围 之内． 在上述理论分析的基础上，对实际轴承钢连铸 生产进行了电磁搅拌实验． 图 12 为无结晶器电磁 搅拌( a) 和有结晶器电磁搅拌( b) 时轴承钢铸坯的 低倍组织． 当电磁搅拌电流为 300 A、频率为 3 Hz 时，结晶器自由液面没有发生卷渣现象，连铸坯中心 等轴晶率( 连铸坯横截面上中心等轴晶区的面积/ 连铸坯横截面面积) 为 26. 2% ，比未施加电磁搅拌 时提高了 9. 2% ，等轴晶率的提高有利于细化凝固 组织，改善中心偏析． 综上所述，在没有电磁搅拌时，钢液从浸入式水 口吐出，在向下冲击的过程中，由于流体的连续性， · 9531 ·