主要內容：1.概述2.電磁感應熔煉原理及應用3.電磁攪拌原理及應用4.電磁場在冶金及材料領域的其他應用5.電磁冶金研究方法2023年2月2日11.概述1.1電磁冶金發展概況1.2電磁冶金技術分類1.3電磁冶金技術應用及發展前景2023年2月2日21.1電磁冶金發展概況電磁冶金學：以電磁熱流體力學為基礎，研究冶金與材料制備過程電磁場應用的工程科學，是電磁學、熱力學、流體力學相互交叉的學科。電磁冶金技術：以電磁熱流體力學為指導，采用電磁場對金屬材料進行制取、凝固、成型及處理的新型工程技術。2023年2月2日3發展概況1819年丹麥奧斯特——電流的磁效應1831年法國法拉第——電磁感應現象1833年德國楞茨——楞茨定律十九世紀末感應熔煉雛形出現二十世紀四十年代開始電磁冶金應用研究（英國）1982年第一屆磁流體力學在冶金中應用大會（英國）1985年確定了材料電磁工藝名稱（Electromagneticprocessingofmaterials簡稱EPM）2023年2月2日42023年2月2日52023年2月2日61.2電磁冶金技術分類2023年2月2日7基本原理材料處理的功能工藝電磁體積力形狀控制冷態坩堝，懸浮熔煉，立式電磁鑄造，金屬薄膜的磁成型，塑性變形（由非均勻磁場形成的變形）驅動液體電磁攪拌，電磁泵抑制流動卓克拉爾斯基磁力法，磁力制動，薄帶的邊部磁控制，抑制波動懸浮水平式電磁鑄造，非金屬夾雜物的電磁分離霧化電磁霧化焦耳熱量熱量生成冷態坩堝，懸浮熔煉，磁場加熱楞次定律探測傳感器綜合功能精煉電磁精煉，非金屬夾雜物的電磁分離凝固組織的控制晶粒細化，晶粒粗化，單晶生長，非晶態金屬物的生成電磁功能與冶金材料工藝過程的對應關系2023年2月2日8過程電磁力感應攪拌感應加熱檢測/分析制鐵選礦機磁力制動制鋼連鑄鑄型流動控制澆包內熔鋼的攪拌中間包內熔鋼的加熱轉爐內氧質量分數的測量超導電磁場連鑄鑄型流動控制連鑄鑄型內熔鋼的攪拌澆包內熔鋼加熱感應法檢測連鑄鑄型內的液面施加交變磁場初期凝固殼的控制中間包內夾雜物分離的攪拌冷坩堝內加熱和熔化連鑄二冷水的流速檢測熱軋板、棒的結合邊角加熱，ISP板坯加熱表面處理電磁制動連續鍍鋅線的合金化處理流動控制鑄型連續鍍鋅線干燥爐水平磁場流動控制鋅池加熱制管離心式流動中間包鋼管電阻焊無縫鋼管熱處理焊接焊接熔池的靜磁場流動控制質量控制感應電流法表面粗糙度檢測，內部夾雜物檢測材料開發強磁場微觀組織的控制2023年2月2日9按所施加磁場分類2023年2月2日101.3電磁冶金技術應用及發展前景1.3.1已成熟應用技術2023年2月2日111.3.2正在開發的技術（1）電磁軟接觸連鑄（2）金屬熔體的電磁凈化（3）凝固組織電磁控制（4）薄帶坯連鑄電磁側封

……2023年2月2日122.感應熔煉原理與應用2.1感應加熱概述2.2感應熔煉基本原理2.3中頻感應爐設備與工藝2.4真空感應爐設備與工藝2023年2月2日132.1感應加熱概述1890年瑞典發明了第一臺感應熔煉爐20世紀初應用于工業領域20世紀60年代大量應用2023年2月2日14優點：非接觸式加熱加熱效率高容易控制溫度可實現局部加熱可實現自動化控制可減小占地熱輻射，噪聲和灰塵應用廣泛操作靈活工藝適應性強應用：金屬熔煉鑄造金屬壓力加工金屬焊接金屬熱處理2023年2月2日15感應熔煉2023年2月2日162.2.1電磁感應現象：2.2感應熔煉基本原理2023年2月2日172.2感應熔煉基本原理2.2.2法拉第電磁感應定律：2023年2月2日182023年2月2日192.2.3楞茨定律閉合回路中感應電流的方向，總是使它產生的磁場去阻礙引起感應電流的磁通量的變化。NSG2023年2月2日20對于多匝線圈2023年2月2日212.2.4感應熔煉熱量的產生交變電流產生交變磁場交變磁場產生感生電流2023年2月2日22熱量的產生：焦耳-楞茨定律當回路電阻為R時,電流I:2023年2月2日232.2.5感生電流特征——渦流渦流：當塊狀導體處于變化磁場中時，導體內產生電流且自行閉合，稱為渦流。三種效應：（1）集膚效應（2）鄰近效應（3）圓環效應2023年2月2日24（1）集膚效應2023年2月2日25透入深度：2023年2月2日26爐料表面得到的單位有功功率：2023年2月2日27不同材料在不同頻率的透入深度2023年2月2日28電流透入深度的實際意義電流透入深度影響熔煉效率2023年2月2日29爐料尺寸應為電流透入深度的3~6倍2023年2月2日30頻率與爐容2023年2月2日31（2）鄰近效應兩根通有交流電的導體靠近時，兩導體中的電流重新分布。2023年2月2日32（3）圓環效應當交流電通過環形線圈時，最大電流密度出現在線圈內側。2023年2月2日332.2.6電磁力的作用（1）“駝峰”的形成2023年2月2日34（2）“駝峰”的作用均勻溫度均勻成份促進反應進行2023年2月2日35（3）“駝峰”的危害沖刷爐襯二次氧化爐襯增厚2023年2月2日362.3中頻感應爐設備及工藝

2.3.1感應熔煉分類按使用頻率分：工頻感應爐：使用工業頻率（50Hz）電源中頻感應爐：使用頻率為150~10000Hz電源，常用頻率150~2500Hz；高頻感應爐：10kHz~75kHz；按是否抽真空：非真空感應爐真空感應爐按是否有鐵芯：有芯感應爐無芯感應爐2023年2月2日372.3.2中頻感應爐設備（1）中頻電源及供電控制（2）中頻感應爐爐體（3）配套設施2023年2月2日38（1）中頻電源及供電控制性能穩定操作方便自動化程度高體積小維護方便保證設備安全2023年2月2日39一拖二電源2023年2月2日40（2）中頻感應爐爐體框架爐殼爐蓋爐襯傾動機構感應圈磁軛2023年2月2日41框架與爐殼結構穩固——鋼和鋁切斷磁路——不能形成回路減輕重量——傾動方便重心合理——安全便于觀察——安全2023年2月2日42傾動機構形式——液壓式——機械式技術要求——平穩——操作靈活2023年2月2日43感應圈電阻小絕緣性能好通水冷卻設計合理拆裝方便2023年2月2日44材料——無氧銅（99.99%）絕緣——耐高溫高壓絕緣涂層感應圈直徑感應圈高度銅管形狀——矩形或圓形2023年2月2日45磁軛2023年2月2日46作用——減少漏磁——提高效率——防止爐殼發熱——支撐感應圈材質——硅鋼片安裝——覆蓋感應圈面積60%2023年2月2日47（3）附屬設施水冷電纜——重量輕——電流密度大——溫升少——損耗低——安裝方便2023年2月2日48循環水系統——設置軟水或純水系統——雙路供水——應急供水系統——保證水壓與流量——出水溫度小于50°C——設置水壓、水溫和流量保護2023年2月2日49排煙除塵系統——大型感應爐配置側排煙罩——中小型感應爐設置車間排煙系統2023年2月2日50（4）爐襯耐火材料堿性爐襯堿性法冶煉鋼及合金——氧化鎂——氧化鈣——氧化鋯酸性爐襯酸性法冶煉鑄鐵——石英砂中性爐襯—高合金鋼及有色金屬——剛玉——石墨2023年2月2日51爐襯爐內打結——鎂砂打結——石英砂打結爐外預制——耐火材料預制——石墨2023年2月2日52爐襯的質量要求耐火度與工作溫度2023年2月2日53物化穩定性—抗熔渣侵蝕—抗鋼水侵蝕耐急冷急熱高溫強度高絕緣性能好導熱性差無污染成本低2023年2月2日54感應爐用主要耐火材料2023年2月2日55爐襯的成型預制坩堝人工打結機械打結2023年2月2日56耐火材料的配比2023年2月2日572023年2月2日58使用中的爐襯結構2023年2月2日59爐襯的烘烤與燒結2.3.3感應爐熔煉工藝（1）感應熔煉基本特點：2023年2月2日60優點：-品種多-冶煉靈活-工藝配套方便缺點-原料要求高-脫磷脫硫困難-脫碳困難2023年2月2日61（2）冶煉的主要品種及應用鑄鋼——鑄造、機械加工行業鑄鐵——鑄造、機械加工行業精密合金——航空、電子高溫合金——航空、電子有色金屬——有色冶金科學研究2023年2月2日62原料種類鋼鐵料——純鐵、返回料等純金屬——Ni板、金屬Cr、金屬Mn等鐵合金——Cr-Fe、Ti-Fe、W-Fe等造渣材料——石灰、螢石、鎂砂等脫氧劑——Al塊、Si-Fe、Mn-Fe等脫磷劑——氧化鐵皮、礦石等脫硫劑——CaC2、CaO等（3）感應爐冶煉主要原料2023年2月2日63原料要求：化學成分準確——不易調整無脫碳手段硫磷含量低——無高效脫硫脫磷手段清潔無污染——缺乏高效精煉手段適當的尺寸——提高熔化效率干燥——避免吸氫與發生危險無密閉容器——避免發生危險2023年2月2日64（4）感應熔煉的主要任務2023年2月2日65四脫(C、P、S、O)、二去(氣、夾)、升溫、合金化脫C：C，硬度、強度、脆性脫S、P：有害元素，S熱脆，P冷脆脫O：鋼中氧含量過多變脆去氣、夾雜：氣(H、N)， 非金屬夾雜(氧、硫、氮、硫、磷化合物)升溫、合金化完成任務措施：供氧、造渣、升溫、加脫氧劑、加合金料脫碳與增碳2023年2月2日66——使用低碳原材料

純鐵、Ni板、金屬Cr等——利用碳氧反應礦石、氧化鐵皮等——無有效手段

一般無法實施吹氧等手段——主要靠燒損

高碳鋼時考慮燒損——增碳靠高碳鐵合金和石墨脫磷脫磷反應2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]+Q脫P有利條件：

a.提高爐渣堿度： (CaO) b.提高爐渣氧化性： (FeO) c.較低熔池溫度： 脫磷為放熱反應

d.加大渣量：降低渣中(P2O5)濃度。脫P地點：爐渣金屬界面

2023年2月2日67脫硫脫硫反應 [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)-Q脫硫有利條件：

a.提高堿度：但需保證爐渣具有良好的流動性

b.高溫：脫硫為吸熱反應

c.低(FeO)：平衡向右進行

d.大渣量：大渣量或多次放渣造新渣，稀釋(CaS)濃度脫硫地點：爐渣金屬界面

2023年2月2日68脫氧與氧親和力順序Ca>Ba>Zr>Al>Ti>Si>V>Cr>Mn>Fe>Co>Sn>Ni>Cu2023年2月2日69方法:沉淀脫氧，擴散脫氧，真空脫氧沉淀脫氧：直接向鋼液中加入與氧親和力比鐵親和力大的元素(脫氧劑)，使它奪取溶解于鋼中的氧，生成不溶于鋼液的氧化物，上浮進入爐渣，從而降低鋼中的含氧量，又叫直接脫氧。x[Me]+y[O]=(MexOy)特點:操作簡便，脫氧速度快，時間短缺點:鋼中含有脫氧產物，形成非金屬夾雜物，影響質量。方式:將鐵合金或純金屬直接加入盛鋼桶內或在爐內預脫氧脫氧劑:硅鐵，錳鐵，鋁及硅鈣等復合脫氧劑2023年2月2日702.擴散脫氧

根據：氧在金屬液和爐渣間的分配定率

操作：將脫氧劑均勻鋪撒在渣面優點：鋼液較純凈

缺點：操作復雜，脫氧速度慢，時間長2023年2月2日71去氣（H、N）——通常無有效去除手段，避免吸入——原料及工具要干燥——利用碳氧反應——降低熔煉溫度——及時熔渣覆蓋——吹氣2023年2月2日72去非金屬夾雜物——原料清潔，硫、磷、氧含量低——熔化過程中減少氧化——采用合理有效的脫氧制度——調整熔渣成分利于吸收夾雜物——夾雜物變性處理利于夾雜物脫除——澆鑄過程中的夾雜物控制2023年2月2日73冶煉前準備——確定冶煉方法——選擇原料（鋼鐵料、合金料、脫氧劑、渣料等）——配料計算——原料準備——澆鑄系統的準備2023年2月2日74（5）冶煉過程補爐——出鋼后對坩堝進行清理——補渣線——補出鋼槽——快補、薄補2023年2月2日75裝料鋪底渣——提前化渣脫磷——預裝Si-Fe等以減少元素氧化燒損裝金屬料——下緊上松——底部優先裝入低熔點原料——中部高溫區加高熔點合金料——大尺寸先加——碎料填空隙及開始熔化后加入——易氧化爐料根據實際情況加入2023年2月2日76冶煉過程熔化期