电磁场在铜连铸中应用研究

久爱奥鹏晓林

电磁冶金以其无接触作用的特点和改善冶金反应的动力学环境，推进冶金反应进程的优势，在技术、装备、工艺、成本上均具有良好的发展前景，因而也成为解决各种冶金为题的新途径。为开发电磁场下高质量铜坯生产新技术，本文拟从下面几个问题开展研究。
第一，在电磁连铸和电磁搅拌研究的基础上针对超薄板坯水平连铸提出了结晶器电磁搅拌的新方法。选择合适的磁体排布方式和电流强度，针对KFC引线框架合金和锌白铜合金进行了工业试验的取样分析对比。
第二，在广泛使用的敞开式有芯感应熔炼和半连续垂直连铸中引入了软接触电磁连铸方法，分析了生产高性能无氧铜的“电磁脱氧”。这一部分首先在水冷坩埚电磁悬浮熔炼的基础上分析计算了软接触电磁连铸结晶器的特定病设计了小型软接触电磁连铸结晶器，进而进行了电磁脱氧的理论分析和连铸工艺分析。
1.        课题研究国内外现及意义
2.1        课题研究的国内外现状
电磁冶金是伴随着磁体流体力学的发展而形成的。1823年法拉第已注意到电流体在磁场下所显示的力学现象。Muke提出提出并获得了悬浮熔炼的专利。1842年Alfven建立了磁流体力学的基础体系，该理论后被用于冶金工业中。电磁搅拌是冶金工业中最先实现工程应用的电磁冶金技术，其可促进金属熔体成分和温度的均匀化，并通过使金属熔体的气体和夹杂物发生碰撞、聚集、长大，使之加速上浮而被排除，对提高铸锭的品质有重要作用。随着钢铁生产中连铸比不断提高和钢材质量标准日益严格，使电磁搅拌技术及装备发展迅速，上世纪70年代研究的热点是大方坯和小方坯连铸机结晶器和二冷锻电磁搅拌理论和工艺，80年代以后则是结晶器、二冷段和连铸坯凝固末端的组合式电磁搅拌技术开发和应用，目前电磁搅拌已是提高连铸坯质量生产高性能金属材料所必须的技术。
2.2  课题研究的意义
电磁搅拌是冶金工业中最先实现工程应用的电磁冶金技术，其可促进金属熔体成分和温度的均匀化，并通过使金属熔体的气体和夹杂物发生碰撞、聚集、长大，使之加速上浮而被排除，对提高铸锭的品质有重要作用。由于铸造过程的温度梯度大，冷却速度快，使板带坯易产生偏析，中心疏松、夹杂、微气孔等缺陷严重影响质量。电磁冶金以期无接触作用的特定和改善冶金反应的动力学环境推进冶金反应进程的优势，因而成为解决上诉问题的新途径。
2.        课题难点、拟解决的关键问题及采取的研究方法
3.1        课题难点、拟解决的关键问题
课题难点在于，如何在连铸坯生产试验中确定试验条件，即连铸坯的连铸工艺的确定，如电磁搅拌器的磁体排布的方式如何等。并充分利用微观和宏观金相对电磁搅拌过程及铸坯凝固机理进行分析比较，在有无电磁场环境下对铜铸坯力学性能、组织结构的影响。
3.2  课题采取的研究方法
3.2.1        电磁搅拌在铜水平连铸应用
通过分析电磁搅拌器在KFC合金板带水平连铸和锌白铜板带水平连铸结晶器具体应，以提取铸坯试样的宏观组织和微观组织的金相分析和力学性能的测试数据为依据，在铸造过程中控制电磁搅拌器的输入电流大小和有无，在不同的拉速下，选择了合适的搅拌力作用范围、方向和分布，期已论证电磁场对结晶器内铜液的宏观偏析和铸坯表面质量的影响。
3.2.2        电磁场在无氧铜生产的应用
电磁连铸对铜液的除气、净化作用，以及对铸坯的凝固组织控制作用是其导电率增加的关键。软接触电磁连铸有利于生产高性能的金属材料，其铸坯在化学成分、结晶组织、气体含量、力学性能及均匀性、表面光洁度、物理性能等方面均优于普通连铸产品。采用数学模拟和实验相结合设计无氧铜电磁连铸结晶器。并通过工业实验对铸坯的理化性能对比普通连铸的铸坯理化性能，进而研究电磁场对铸坯凝固的影响。

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