結晶器內鋼液的流動對鑄坯的質量有很大影響。結晶器內不合理的鋼液流動會導致鑄坯產生許多質量缺陷，如鑄坯內部的氣泡和夾雜物、保護渣的卷入、表面缺陷及拉漏、保護渣覆蓋等問題。因此，探明結晶器內流動、傳熱現象和鑄坯各種缺陷的關系，研究結晶器內鋼液流動電磁控制技術，對提高鑄坯質量具有積極作用。

　　1、結晶器內鋼液流動的基本特征

　　鋼液由浸入式水口注入結晶器后，形成很強的射流，與結晶器壁碰撞后改變方向，形成向上和向下的兩個流股。向上的流股在結晶器自由表面附近形成一個較強的回流，為上部的鋼液和保護渣熔化提供熱量，并影響自由表面波動，從而影響保護渣的熔化和卷入。而向下流股的沖擊深度和渦心高度直接影響鋼中夾雜物和氣泡的上浮以及熱流密度的分布，從而決定了坯殼的均勻生長和生產的順行。

　　2、結晶器內鋼液流動控制的目的

　　2.1、保護渣的合理有效利用

　　合理的結晶器流場，可使熔融的保護渣在結晶器壁與凝固的坯殼之間形成均勻的渣膜，起潤滑作用，從而減小了拉坯阻力，防止漏鋼事故的發生，使保護渣有效利用。同時還可以改善鑄坯傳熱條件，提高鑄坯表面質量。

　　不合理的結晶器流場會將保護渣卷入到熔池內部，有可能被凝固的坯殼前沿捕捉，形成皮下夾渣，影響鑄坯質量。

　　2.2、良好的鑄坯質量

　　從水口出口出來的高溫鋼水與結晶器坯殼相碰撞，上、下回流流股沖刷坯殼使其產生不均勻生長，薄弱之處易出現裂紋及表面缺陷，要保證注流合理的沖擊深度和沖擊壓力。同時，通過改變鋼液的流動狀態打斷樹枝晶，促進等軸晶粒形成，改善鑄坯內部組織結構。

　　2.3、夾雜物的充分上浮

　　進入結晶器的夾雜物，會因水口附近高速流動的鋼液粘性夾帶作用與鋼液進行同步運動，當結晶器沖擊深度過大，鋼液渦心下移，夾雜物在流場內運動路程增大，降低了夾雜物上浮被保護渣層捕獲機會，不利于夾雜物上浮去除。

　　3、結晶器內鋼液的電磁控制技術

　　3.1、電磁攪拌

　　結晶器電磁攪拌主要是在鋼液凝固初期，通過電磁攪拌的作用，改善鋼/渣界面的流動和傳熱條件，使初始凝固坯殼趨于均勻，提高鑄坯的表面質量。工業試驗和實驗室研究表明：電磁攪拌技術還可提高鑄坯等軸晶率，是改善鑄坯內部組織結構最有效的手段之一，這也是電磁攪拌技術在連鑄生產中得到廣泛應用的主要原因。

　　目前，結晶器電磁攪拌應用較多的是方坯連鑄。電磁攪拌產生的流動沖刷凝固前沿，打斷樹枝晶，促進等軸晶粒形成。由于板坯結晶器銅板遠較方坯連鑄機厚且銅板有磁屏蔽作用，因此要使攪拌器磁場穿透銅板對鋼液產生攪拌作用，必須具備低頻、大功率的特點，因安裝復雜而未能廣泛應用。近年來，由于對鑄坯質量要求越來越高，板坯結晶器電磁攪拌技術逐漸為各國鋼鐵企業所重視，尋找導磁能力強而導熱性又較好的材料取代銅，以及設計能量可以得到有效利用的攪拌器，成為研究的熱點。

　　除此之外，在浸入式水口中段的一定高度上設置旋轉磁場，可控制鋼液進入結晶器的流態形成旋流運動。水模型研究表明：通過浸入式水口內安裝旋轉磁場來控制水口出流和結晶器內的流動，其在同等出流流量條件下的沖擊深度比直通式水口降低約50%。同時，隨著拉速增加，旋流式水口所產生的液面水平流速增速更快，這在生產上利于鋼水表面融渣。

　　目前，隨著對電磁力作用下結晶器內鋼液流動狀態研究的進展，采用電磁攪拌來優化結晶器流場成為提高鑄坯質量的重要手段。如何匹配連鑄工藝參數與電磁攪拌參數，以獲得最佳電磁攪拌效果將是有待深入研究的課題。

　　3.2、電磁制動

　　隨著連鑄拉速的提高，浸入式水口鋼液出流的流速不斷增大，從水口流出的高溫液流對凝固殼的沖擊加劇，容易導致坯殼重熔甚至產生拉漏現象，加劇了凝固殼對夾雜物的捕獲。在結晶器上設置電磁制動，利用向上的電磁力阻止從浸入式水口流出的鋼液并改變其方向，借此減小鋼液的穿透深度，促使夾雜物上浮分離，同時，抑制彎月面的波動，防止卷渣。

　　作為穩定結晶器內鋼液流動的有效手段，電磁制動主要用于高拉速的薄板坯連鑄。早期的電磁制動為單條型電磁制動裝置，受安裝位置的影響較大。如果磁場位置與水口距離稍遠或水口出流角度不合適，會影響制動效果。為此，新開發出流動控制結晶器電磁制動裝置，由上下兩對條形的磁極組成，上部磁極安裝在結晶器液面處以控制液面的波動，下部磁極安裝在水口區域以控制下回流的沖擊深度，可對結晶器內流場進行全面控制。

　　美國Berkeley公司使用電磁制動后，在拉速為5m/min時，鋼液沖擊深度由15mm降低至5mm。與不用電磁制動相比，Berkeley廠因保護渣卷入所產生的缺陷減少了90%，縱向裂紋指數減少了80%。國內CSP廠生產實踐表明，漏斗型結晶器存在著由于卷渣帶來的一系列表面缺陷問題，如增炭、冷彎裂或縱向裂紋等。在CSP鑄機上安裝電磁制動裝置可顯著提高鑄坯質量。

　　現有的電磁制動技術中，在一定的澆鑄條件下，制動力的大小是固定的。將來，電磁制動強度應隨結晶器表面鋼流速度的變化而動態變化。因此，對結晶器內鋼流進行動態監測，以便采取措施將流動控制在最佳狀態將成為電磁制動的發展趨勢。

　　3.3、軟接觸電磁連鑄

　　電磁軟接觸連鑄技術是利用垂直于鑄坯表面的電磁壓力，將靠近結晶器內壁附近的鋼液向量推離結晶器內壁，使保護渣通道寬度增加，渣液滲流暢通，改善鑄坯潤滑條件，減小拉坯阻力。對低熔點合金的軟接觸電磁連鑄實驗研究表明，利用軟接觸工藝制造出的鑄坯表面質量較傳統的連鑄工藝有明顯改善。同時由于金屬在電磁場作用下凝固結晶，內部組織致密，質量也明顯提高。

　　目前軟接觸電磁連鑄技術還處于工業試驗階段，尚未在鋼的連鑄生產中應用。該技術能夠有效地改善鑄坯的表面質量，細化鑄坯的顯微組織，因而受到了廣泛的重視，相關的工作也取得了較快的發展。

　　4、各種技術的比較

　　研究結晶器流場控制技術，優化結晶器內鋼液流動以獲得合理流場，對提高連鑄生產率，改善鑄坯質量，提高鋼液清潔度具有積極作用。各種結晶器流場控制技術功能比較見表1。

　　表1：各種結晶器流動控制技術比較

　　5、結論

　　1）電磁攪拌

　　技術在改善鑄坯表面質量及內部組織結構中發揮了重要作用，進一步擴大電磁攪拌技術的應用范圍是有待于深入研究的課題。

　　2）電磁制動通過抑制流動的作用，減小沖擊深度，促進夾雜上浮，適用于高拉速的連鑄工藝。而對于提高鑄坯表面質量來說，軟接觸電磁連鑄技術將是今后發展的重要方向。

　　3）在連鑄過程中，結合生產實際，將各種技術進行合理組合，有效地發揮各自的優勢，將會取得更好的效果。