电磁软接触连铸技术是一项新型的高效连铸技术,它可以大幅度地提高连铸坯的表面质量,使得连铸坯不需经过表面清理即可进行轧制。采用该技术,可以缩短工序流程,节省能源,提高金属收得率。本文研究了结晶器内磁场分布、高频电磁场作用下的弯月面行为、高频电磁场对钢液的作用效果及机理等若干关键问题,为电磁软接触连铸工业实验的成功实施提供了有力保障；此外,本文还介绍了工业实验的部分结果。首先,本文采用理论推导的方法,研究了空载线圈中的磁场分布和时谐电磁场在钢液中的传播特性,提出三点假设,推导了结晶器内钢液受到的电磁力和电磁压力的数学表达式。理论分析结果表明,空载线圈内空间某点的磁感应强度除了与该点的空间位置和线圈电流有关外,还与感应线圈的结构参数(半径、螺距和匝数)有关；时谐电磁波在钢液中沿传播方向呈指数关系衰减；钢液受到的电磁体积力和电磁压力由结晶器壁面向中心呈负指数衰减,磁场频率越高,衰减得越快。对弯月面方程的分析表明,弯月面高度取决于三相点(钢液、保护渣和结晶器壁三者的交点)处的电磁压力、钢渣界面张力及两者的密度差；弯月面的纵坐标可以通过弯月面高度和横坐标计算求得；当去除电磁压力项时,弯月面方程可简化为Bikerman方程。通过修正积分范围,推导出在电磁场作用范围内钢液内产生的焦耳热的表达式。由焦耳热的表达式可知,磁场频率越高,焦耳热越大。因此,在实际应用中,磁场频率不宜过高,否则可能导致焦耳热过大,不利于等轴晶的形成。其次,采用电磁感应法(小线圈法)测量了电磁软接触结晶器内磁场的分布。测量结果表明：(1)沿拉坯方向,结晶器内磁场主要集中在感应线圈与负载的共有区域,并呈现中间大两头小的分布规律,磁感应强度的峰值位于线圈中心偏下10～15mm处；沿结晶器周向,结晶器切缝处的磁感应强度大于相邻分瓣体中心处的磁感应强度。(2)电源功率增大,结晶器内的磁感应强度随之增大,而结晶器周向的磁场均匀性变差。(3)磁场频率越大,结晶器内各点的磁感应强度越小；当磁场频率大于40kHz时,磁场频率对磁感应强度峰值的影响较小。(4)感应线圈安装位置改变,结晶器内磁场分布曲线随之同步移动；当感应线圈中心与结晶器切缝中心和负载表面处于同一高度时,磁感应强度峰值达到最大。在实际应用中,感应线圈中心、结晶器液位应该调整到结晶器切缝中心高度处,可获得较好的冶金效果。再次,以Sn-Pb-Bi低熔点合金为实验材料替代钢液,采用浸镀法测量了高频电磁场作用下弯月面的形状。测量结果表明：(1)增加电源功率,弯月面曲率半径和弯月面高度均增大,三相点降低,弯月面与结晶器壁面的接触角减小。(2)感应线圈和合金液位控制在由磁场测量结果推荐的位置处,弯月面变形最大,有利于拓宽结晶器与初始凝固壳之间的保护渣通道。(3)在线圈电流相同的条件下,在20-30kHz范围内增加磁场频率可以显著地增加弯月面高度,因此建议选择该频率段进行电磁软接触连铸实验。以钢液为实验材料进行对照实验,观察到类似的实验现象。因此可以认为采用更安全、更易控制的Sn-Pb-Bi低熔点合金熔液,完全可以模拟钢液的弯月面行为,所获得的实验规律对于开发钢液的电磁软接触技术具有普遍指导意义。此外,采用激光位移传感器测量了高频电磁场作用下Sn-Pb-Bi液面波动大小。结果表明,液面波动幅度与线圈电流和磁场频率有关；线圈电流增大,液面波动幅度增大,而与磁场频率的关系则相反。基于上述研究结果,在实验室多功能连铸机上分别以普碳钢Q235B和珠光体耐热钢15CrMo为实验材料进行了电磁软接触连铸实验。实验结果表明：(1)在常规连铸条件下,铸坯表面容易产生振痕、凹陷、裂纹等缺陷。(2)在初始凝固区域施加高频电磁场,连铸坯表面振痕减少；当电源功率为最佳值时,连铸坯表面振痕完全消除；当继续增加电源功率时,铸坯表面出现波浪形振痕。理论分析结果表明：(1)高频电磁场改善铸坯表面质量主要有两个方面,其一为洛仑兹力效应,其二为焦耳热效应。(2)当电源功率过大时,电磁结晶器内周向磁场分布不均,导致初始凝固起始点沿结晶器周向呈波浪形分布；另一方面,由于电源功率过大,钢水自由液面波动剧烈,弯月面不稳定,在这两种因素的共同作用下,在铸坯表面产生波浪形振痕。2008年3月,在宝钢连铸机上成功实施了电磁软接触连铸工业实验。其中,实验材料为低合金钢(含碳量为0.18%),磁场频率为16.6kHz。采用激光位移传感器测量了连铸坯表面振痕的深度,并用冷酸蚀检验法检验了连铸坯的低倍缺陷。实验结果表明,采用电磁软接触连铸技术,保护渣消耗量增加了11.9%；传统连铸坯表面振痕的深度达0.65mm,当电源功率为129kW时,连铸坯表面振痕基本消除；连铸坯的内部质量略有改善,高频电磁场对连铸坯内部质量的影响较小。