一、研究的背景與問題稀土鋼、含鈦鋼、含硫鋼等高品質鋼作為鐵路軌道、天然氣管道、盾構機制造等國家支柱性產業的重要基礎材料，關系到國家安全與人民生活保障，對材料產品的生產、質量穩定性提出了極為嚴苛的要求。但長期以來，受傳統理論、工藝技術及裝備水平限制，連鑄水口結瘤現象是國內外高品質鋼順行生產的絆腳石，嚴重縮短連鑄水口的使用壽命，是長期困擾連鑄工序的世界性難題！當夾雜物移動到鋼水與水口界面處，易粘附在耐火材料表面并不斷地聚集，形成瘤狀物，誘發鋼水旋流、塞棒控制失穩和結晶器液面波動等現象，嚴重時導致連鑄停澆的生產事故；同時，瘤狀物易從水口內壁脫落進入結晶器，形成大尺寸夾雜物，嚴重惡化產品性能。稀土鋼是工業上典型的難澆鑄鋼種，其原因是稀土加入鋼水后，易形成小尺寸、高密度的稀土夾雜物，堵塞澆注系統，連鑄過程被迫中斷，嚴重影響工藝順行。目前，相對于小方坯，易于澆鑄的稀土鋼板坯國內外連鑄連澆最好水平為5爐，含鈦鋼板坯通常為2-3爐。因此，必須盡可能地高效調控夾雜物的遷移行為，抑制夾雜物在水口結瘤。現有抑制水口堵塞技術，如保護澆鑄、預熱水口、改進水口材質、優化水口結構、吹氬攪拌等，或因工藝復雜、或因改進效果不顯著，沒有很好解決水口堵塞現狀。歸根到底，解決水口結瘤的本質是對夾雜物進行有效驅動控制。目前，在熔體中控制夾雜物運動的主要手段有三大類：渣洗法（小尺寸夾雜物不易去除，需要配合吹氣攪拌）、氣泡除雜（受限于夾雜物的尺寸與密度）、鈣處理改性（鈣的精準添加量難以掌控）。以上控制手段主要利用了密度差異分離理論，但是夾雜物尺寸越小，布朗運動越劇烈，傳統理論對夾雜物運動行為是具有“選擇性”的，難以驅動這些小尺寸或與鋼液密度接近的夾雜物定向遷移（氧化鋁、氧化鈦、硫化物、稀土氧化物等），限制了連鑄連澆的順行。二、解決問題的思路與技術方案針對高品質鋼制備對連鑄可澆性及夾雜物均勻化的需求，對高品質鋼的連鑄水口抗結瘤工藝及裝備進行了系統、全面的自主創新，從2012年10月開始，依托國家、省部級等重大項目，歷經十年攻關，揭示了電磁場對連鑄過程中的多種類夾雜物定向遷移及均勻化調控的關鍵科學問題，解決了高品質鋼連鑄水口結瘤的關鍵技術難題，為稀土鋼、含鈦鋼、含硫鋼等多種高品質鋼連鑄水平的提升奠定了堅實的理論基礎。自2020年起，項目開發的高品質鋼連鑄水口抗結瘤電磁調控關鍵技術在山東鋼鐵股份有限公司、包鋼鋼聯股份有限公司和攀鋼集團西昌鋼釩有限公司得到成功推廣應用。圖1研究思路及技術路線

總體研究思路及技術路線如圖1所示：主要是通過建立區別于利用傳統密度差異理論分離夾雜物的電流密度梯度定向遷移理論，結合麥克斯韋方程和朗道理論進一步闡明脈沖電流作用下夾雜物驅動遷移的物理本質；“從0到1”，理論指導實踐，分別對稀土鋼、含鈦鋼、含硫鋼、高鋁鋼等鋼種進行夾雜物遷移行為控制，來驗證脈沖電流驅動夾雜物技術在連鑄水口抗結瘤方面的可行性；同時，通過揭示脈沖電流作用下鋼液中夾雜物顆粒表面張力演化規律和對夾雜物均勻化的影響規律，開展水口內部夾雜物碰撞、聚合的脈沖電流抑制行為研究，以實現鑄坯內部夾雜物顆粒的彌散均勻化分布，改善高品質鋼的疲勞壽命；最后，創建針對水口結瘤的可靠、實用脈沖電源和智能反饋系統，研發高品質鋼連鑄可澆性及夾雜物均勻化電磁調控成套關鍵技術，在鋼鐵企業進行推廣應用。三、主要創新性成果該項目針對高品質鋼制備對連鑄可澆性及夾雜物均勻化的需求，開發的“高品質鋼連鑄水口抗結瘤電磁調控關鍵技術”達到國際領先水平，其核心創新點包括：1、首次提出了脈沖電流作用下非金屬夾雜物的電流密度梯度定向驅動理論，突破了利用密度差異理論難以驅動小尺寸及接近熔體密度的夾雜物遷移的局限性，獨創了夾雜物在電場下的高效遷移技術，實現了對尺寸1μm以上的多種類夾雜物的定向遷移控制，打破了傳統手段對夾雜物運動行為調控的“選擇性”限制。2、深度揭示了脈沖電流作用下水口內壁耐材與鋼水的界面反應機制，開發了脈沖電流抑制連鑄水口堵塞的新技術，國內外首次應用于連鑄過程抗水口結瘤，實現了稀土鋼小方坯連鑄連澆6爐以上，技術推廣至含鈦鋼、含硫鋼、高鋁鋼等多種高品質鋼，解決了國際上公認的高品質鋼連鑄可澆性差的技術難題。3、揭示了脈沖電流作用下鋼液中夾雜物顆粒表面張力演化行為及其對夾雜物分布的影響規律，有效抑制了水口內部夾雜物碰撞、聚合，穩定控制了鑄坯內部夾雜物顆粒的彌散均勻化分布，實現了鑄坯中粒徑≤10μm的夾雜物占比達90