电磁场在金属铸造中的应用

张锐　郑鹏飞　樊斌

摘 要：随着近年来工业技术的发展电磁场在金属铸造业中得到了广泛的应用。电磁铸造技术因具有高密性、可控性、响应性、清洁性及能量利用率高等特点使得它在金属铸造中有着广泛的前景。本文主要对电磁场在金属铸造中的应用展开论述从而促使进一步发挥它在金属铸造业的的作用，最终达到能量的最大化利用。

关键词：电磁场；电磁搅拌技术；金属铸造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.013

电磁场在金属铸造的得到应用的主要原因是金属是电的良好导体并且它能在金属在磁场和电流的综合作用下金属内部产生了电磁力。在产生电磁力的情况下进行人为干预，利用电磁力对融化金属进行传输和非接触下搅拌及形状控制从而达到金属铸造的预期效果。电磁技术在金属铸造中的应用将会对金属铸造业产生积极的促进作用

1 电磁搅拌技术及其应用

（1）电磁场的攪拌技术。电磁搅拌技术的原理是：当金属在熔化炉中呈液体状态时，液体中产生感应电流，人们利用不同形式的磁场发生装置通过对电流和磁场的作用产生的电磁力进行控制。通过电磁力对连铸过程中的钢水的流动性、传热和凝固过程的控制，使钢水的流动性、传热和凝固过程按照人们预想的状态进行，从而使钢的清洁度得到提高，铸造毛坯的等轴晶区偏析得到降低，中心疏松的症状得到较少，以及在铸造过程中容易造成的缺陷均得到了有效的解决，实现了铸造出的毛坯达到了优质、高等级的目地。

（2）电磁搅拌技术的应用及使用现况。人们通过电磁对液态金属的水平、竖直向上、竖直向下的不同方向进行搅拌，对不同的电磁搅拌下的铸造毛坯的清洁程度检测试验。试验通过三维有限元磁流体数值模拟对不同方向电磁搅拌后的铸造毛坯进行检测的方法，发现竖直向上的电磁搅拌方式可以减少钢液的深度有利于钢液中杂物的上浮，改善了铸造毛坯的质量。通过试验发现，电磁搅拌对减少等轴晶区偏析，去除有害杂质，净化钢水等方面有着非常显著的优点。但如果电磁搅拌器的安装位置不正确导致搅拌强度过大时就会时这些优点大打折扣。经过多年的生产实践论证，弯月面波动是连铸毛坯缺陷的主要因素，而电磁搅拌器的安装位置不正确是造成弯月面的主要原因。钢液在电磁搅拌的离心力作用下，在液体表面形成漩涡使型壁附近的金属向上凸起、中心位置的金属面出现凹陷，从而弯月面的稳定性遭到破坏，阻碍了润滑剂的流入，降低了润滑效果。而因为中心位置金属面的凹陷使保护渣被卷入钢液中造成铸件毛坯夹杂缺陷。月弯面的不稳定性使结晶面的控制产生了不良的影响，在这方的研究还不透彻，还有待于进一步的研究和证实。

2 电磁制动技术及应用

（1）电磁制动技术。电磁制动技术的原理：电磁制动技术的关键要素是洛仑磁力。当液态金属流速方向的垂直方向上产生恒稳磁场时，液态金属流经恒稳磁场与磁感应强度方向重合处，根据欧姆定律，在液态金属中产生感生电流，而感生电流与恒稳磁场的交互作用又在液态金属中产生与流速方向相反的洛仑磁力。人们经过对洛仑磁力的控制从而实现对液态金属的流速控制。

（2）电磁搅拌技术的应用。电磁控制技术是稳定在结晶器内金属液体流动的有效手段，尤其在薄板坯连铸的行业受到用户重视。电磁制动技术使金属液体在注流时避免发生铸造毛坯初期因坯壳被钢水重熔等现象的发生，使结晶器窄边的冲刷强度减少，从而使铸造毛坯横裂的凝固缺陷得以减少。

3 电磁屏蔽技术及其应用

（1）电磁屏蔽技术。电磁屏蔽技术的原理：钢液在搅拌器的离心力作用下，在液体表面形成漩涡使型壁附近的金属向上凸起、中心位置的金属面出现凹陷，从而弯月面的稳定性遭到破坏，而在搅拌器线圈的上部安装具有吸收搅拌器上部漩涡的强磁材料，可以消弱弯月面附近的磁场强度，保证了弯月面的稳定性。

（2）电磁屏蔽技术的应用。电磁屏蔽技术是降低弯月面附近磁场强度的有效手段，它可以大幅度增加搅拌强度，使表面裂纹和皮下夹杂得到减少，提高铸造毛坯质量。

4 电磁薄带连铸技术及应用

（1）电磁薄带连铸技术的原理。当铸造方向向外接通直流电源时，在辊子间设置耐火材料并外加恒定的磁场，直流电源磁场之间产生平行于辊子轴的电磁力，封住堰与辊间的钢水。

（2）电磁薄带连铸技术的应用。侧封是薄带连铸的关键技术，薄带连铸密封不好的情况下，钢水会进入棍子和挡块之间形成尖锐的突出物。当薄带从间隙拉出时，大的突出物就有可能将带边撕裂；而利用电磁技术实现无接触侧封的方法不仅能封住钢水，而且随着铸造方向向外接通的电流的增加，熔潭的深度也相应的增加。电磁薄带连铸技术与原本单一的电磁侧封相比，电磁薄带连铸技术的效率得到了提高，同时辊子与堰的钢水自由面的稳定性也得到了提高。

5 电磁在金属铸造中的作用

电磁在金属铸造中起到了如下的作用：（1）使铸件表面非常光滑，不需要铸造后的产品进行去皮加工同时没有了常规铸模生产所造成的缺陷保证了产品质量；（2）使铸件内部组织均匀，晶粒细小；（3）冷却时不需要使用润滑油，保证了冷却水的重复利用，工人的工作条件得到了改善；（4）铸造成品的速度同比得到了增加，同时也提高生产率；（5）可铸造复杂形状的铸件。

6 总结

在铸造过程中从表面开始凝固到完全凝固，液态金属的流动性在其中起着至关重要的作用。电磁技术的核心技术就是用电磁力控制液态金属的凝固过程中的流动性，用来改善铸造毛坯的机构、质量及性能的过程。在常规金属铸造时会存在组织不均匀、偏析、铸造应力和裂纹等缺陷，但在铸造时加入电磁场就会较好的消除铸坯的铸造应力及偏析等缺陷提高了铸坯的质量。电磁场的应用在整个金属铸造的工艺上具有重要的意义。

参考文献：

[1]高建华.电磁场在金属铸造中的应用[J].新疆有色金属，2011（34）：118-119.

[2]郭景杰，张铁军，苏彦庆等.电磁技术在铸造中的研究与应用[J].特种铸造及有色合金，2012（03）：37-39.

[3]李廷举.电磁场在铜及铜合金铸造中的应用[J].中国有色金属加工行业技术进步产业升级大会论文集，2013：366-371.

作者简介：张锐（1978-），男，陕西西安人，硕士，助理工程师，研究方向：金属加工工艺。