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高磁场板坯二冷区电磁搅拌辊在碳素结构钢连铸上的应用研究【关键词】碳素结构钢；连铸；二冷区；电磁搅拌辊0 前言普碳钢已逐步趋向低合金的优质碳素结构钢钢发展，由于多种原因，现在碳素钢的连铸板坯中不同程度地存在着一些质量问题，如果能将二冷区电磁搅拌技术成功地运用于碳素钢连铸，将很大程度推动连铸电磁搅拌技术的进步。
1 高磁场板坯二冷区电磁搅拌辊应用连铸条件及主要技术1.1 连铸机主要技术参数1.2 电磁搅拌的选择为满足大断面连铸坯的使用，电磁搅拌辊采用湖南中科电气的两项专利技术：（1）高磁场板坯二冷区电磁搅拌辊电磁搅拌辊的结构由一个固定的激发磁场感应器、起调节作用辊套、接线盒及冷却水路构成。
感应器主要由铁芯及线圈组成，采用纯净水直接冷却，对线圈绝缘性能要求较高，辊套由非磁高强度耐热合金钢制成。
在辊套与感应器之间加装有带缺口的防漏磁屏蔽环，磁屏蔽环的缺口面为工作面，从而极大增强电磁搅拌辊运行时产生的中心电磁推力，其推力比国外同类产品约大1.7-2.5倍。
（2）二冷区电磁搅拌辊支撑装置辊面长度超过2000mm的电磁搅拌辊的机械强度明显不够，极易使辊套变形甚至断裂等。
采用图2支撑结构后，明显改善了其承受的最大弯曲应力，强度的增强使辊套很大程度得到减薄同时是磁场加强，使电磁搅拌辊能够应用于各种断面的连铸机。
3 连铸工艺条件和电磁搅拌参数对碳素结构钢连铸冶金效果的影响3.1 试验钢种及参数3.2 高磁场板坯二冷区电磁搅拌辊对碳素结构钢连铸坯的影响3.2.1 形成等轴晶区二冷区的电磁搅拌辊可以扩大铸坯内部等轴晶区的面积，给定连铸工艺制度条件下，搅拌位置决定了柱状晶和等轴晶厚度之比。
图4为低倍上有明显的方框形白亮带（负偏析带），这是使用sems 搅拌后钢液运动对凝固前沿冲刷后出现的，白亮带以外代表电磁搅拌辊搅拌之前已凝固坯壳的厚度，白亮带以内为磁搅拌器搅拌之后未凝固钢液的厚度。
电磁搅拌辊的安装位置决定了铸坯内部的最大等轴晶区面积，安装位置处凝固率越低，sems所能形成的最大等轴晶区域就越大，反之则越小。
板坯连铸二冷区电磁搅拌技术通用部份岳阳中科电气2007年7月23日目录一、电磁搅拌工作原理 (03)二、电磁搅拌冶金机理 (04)三、电磁搅拌参数设计 (05)四、板坯电磁搅拌型式及其特点 (08)要紧型式及特点 (08)三种类型要紧特点 (09)对连铸机结构要求 (09)五、板坯电磁搅拌流场 (11)钢液流淌形式 (11)钢液流淌阻碍区域 (12)六、电磁搅拌安装位置 (12)七、冶金成效 (14)冶金机理 (14)不锈钢冶金成效 (14)八、搅拌器的要紧作用 (18)板坯连铸电磁搅拌技术一电磁搅拌工作原理由于板坯连铸机的结构特点，目前处于有用的板坯连铸二冷区电磁搅拌器大都采纳行波磁场搅拌器。
行波磁场搅拌器由平面感应器和非磁不锈钢壳体构成。
平面感应器和直线电机一样，都由一般旋转电机的定子演变而来。
设想将旋转电机定子在一侧顺轴向剖开并展平，即形成平面感应器或直线电机，见图1。
使原先沿圆周旋转的旋转磁场变成向一个方向行进的行波磁场，铸坯则替代电机的转子，从而构成单边行波磁场搅拌器（Single side Travelling field stirrer: STS）。
假如在STS上面再加一个感应器，即构成双边行波磁场搅拌器（Double side Travelling field stirrer: DTS）。
1—电机；2定子；3转子；4铸坯；5搅拌器感应器图1 旋转电机演变成行波磁场搅拌器二冷区电磁搅拌器的工作原理如图2所示。
简单地说，在板坯二图2 板坯S-EMS工作原理冷区布置一对行波磁场搅拌器，激发向一个方向行进的行波磁场B。
该行波磁场B在铸坯内感生感应电流J ，感应电流J与外加磁场B相互作用，在铸坯的钢水内产生电磁力F，即=jF⨯B电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，推动钢水向一个方向运动。
值得注意的是钢水流淌方向始终和行波磁场方向相一致，如行波磁场方向倒向，钢水也随之改变流淌方向。
二电磁搅拌冶金机理现代理论认为电磁搅拌改善铸坯组织结构的机理要紧基于以下几点：a）改变凝固过程的动力学条件（即机械模型理论）；b）改变凝固过程中热力学条件（即热模型理论）；c）改善凝固过程的物质迁移条件。
4．5电磁搅拌在小方坯连铸机上的应用
电磁搅拌的作用是促进连铸坯凝固组织的等轴晶化、细化晶粒，改善偏析、减少中心疏松。
提高产品质量及热加工性能。
结晶器的电磁搅拌还有利于夹杂物以及气体的上浮分离。
正确地选定搅拌位置，搅拌强度和搅拌方法是极为重要的。
为了扩大最佳控制区的范围，有效的改善组织，现在一些工厂不仅在一个部位搅拌，而且还在许多部位同时搅拌。
1）结晶器电磁搅拌
结晶器电磁搅拌的作用是通过对凝固前沿的冲刷作用，促进等轴晶的发展，去除夹杂物和气体，可使铸坯凝固时，角部和四周边的凝壳厚度均匀。
2）二冷区电磁搅拌
二冷区电磁搅的作用是通过对钢液的搅动，阻止铸坯树技晶生长，以改善内部组织，减少中心疏松及偏析。
3）凝固末期电磁搅拌的作用是通过对凝固末期钢液的搅动，控制浓化钢水向中的移动，减轻中心疏松。
以上三个部位电磁搅拌，可以单独使用也可配合使用。
采用电磁搅拌技术可以提高钢液的过热度，改善浇注操作。
中间罐的浇注温度可以提高10～15℃。
电磁搅拌技术在连铸上的应用陈明周代文(舞阳钢铁有限责任公司)摘要在连铸坯凝固过程中,由于冷却速度很快,造成铸坯凝固时柱状晶的发展,往往产生/搭桥0现象,导致铸坯内缩孔、偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。
为解决以上问题,电磁搅拌技术应运而生,采用电磁搅拌装置,有利于改善连铸坯的凝固组织,从而改善铸坯表面及内部质量。
本文介绍了电磁搅拌的主要类型、设备组成及其应用效果。
关键词电磁搅拌铸坯质量实际应用App lica ti on of EM S on Con ti nuous CasterChen M i n g and Zhou Da i w en(Wuyang Iron and Stee l Co.L t d)Abstra ct In the soli d ificati on process of co nti nuous casting strand,col umnar crysta l is developed due to fast cooli ng rate,li ke l y to cause the pheno m enon of bri dgi ng fi rst,resulti ng in the defects such as porosity,segregati on, l ooseness,i ncl usion conglo m erati on i n the slab.To resolve the above proble m s,e lectro m ag netic stirr i ng techn i que (E M S)was i nvented accord i ngly.The appli catio n of E MS devi ce is not o n l y favorab le for i m provi ng t he soli d ifi catio n structure of the casti ng strand,but is a lso an effecti ve m easure to i m prove t he strand surface qua lity.The a rtic l e de2 scr i bes t he m ajor types,equ i p m ent bu il dup and appli catio n resu lt of E MS device.K ey wor ds E lectro m agne ti c stirri ng(E MS),Qua lity of co n tinuo us casti ng slab,A ct ua l appli catio n0电磁搅拌装置的主要形式根据铸机的类型、铸坯断面和电磁搅拌器安装的位置不同,连铸机常用的有如下几种类型:按感应形式分:有直流传导式、交流感应式和永磁式。
1概述1.1 主要用途及适用范围冶金连铸电磁搅拌器是应用在冶金连铸中，借助电磁力强化铸坯内未凝固钢水运动，来改变凝固过程的流动、传热和传质条件，达到改善铸坯质量的目的。
1.2 电磁搅拌的基本特点1.2.1不接触性借助电磁感应实现能量的无接触转换，因而不和钢水接触就能将电磁能转换成钢水的动能。
1.2.2 可控制性由于感应器激发的磁场可以人为的控制，进而电磁力可以人为控制，因此可以人为地控制钢水的流动形态。
其参数也易于调节，且调节范围较宽，可以适合不同断面和钢种的需要。
1.2.3低效率性由于EMS和铸坯之间的电磁气隙较大，漏磁严重，感应器激发的磁场只有小部分到达铸坯内的钢水中，对钢水起搅拌作用，因此搅拌器效率和功率因数较低。
2 产品型号及其含义磁搅拌工作原理就交流感应而言和普通异步电动机相类似，基于两个基本定律：电磁感应和载（电）流导体与磁场相互作用，即当钢水处于交变磁场B中，由于磁场以一定速度V切割钢水，就在其中感应起电流：J =σe =σ（V×B）式中：J ——电流密度；σ——钢水导电率；e ——感应电势V ——磁场运动速度；B ——磁感应强度。
该电流J与当地磁场B相互作用产生电磁力：F = J×B式中：F ——电磁力；J ——电流密度；B ——磁感应强度。
电磁力是体积力，作用在钢水每个体积元上，从而驱动钢水运动。
方坯电磁搅拌器（EMS）在通以三相电源时，EMS内的感应器便会产生旋转磁场，作用于铸坯，磁场为一对极性，这样垂直穿过铸坯的磁场分量最大，根据电磁场理论，只有垂直穿过铸坯的磁场才能对铸坯内的钢液产生推力。
为此，EMS内部连线已在制造厂接好，用户只需把三相电源连接到EMS三根接线柱上即可。
4.1 主要参数4.2 结构FLDJW830/1270—660结晶器外EMS结构（见附图），主要是由壳体和感应器两部分组成，壳体是由非磁性耐热不锈钢焊接而成，感应器是由铁芯和线圈组成并装在壳体内。
连铸机二冷区电磁搅拌技术简介与应用作者：任明国宋在刚卢刚来源：《中国科技博览》2013年第32期摘要：针对连铸机目前存在的问题和以后的产品结构调整、RH冶炼钢种生产，电磁搅拌技术应用于连铸机成为非常重要的一种铸柸质量控制措施。
关键词：连铸电磁搅拌中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-575-01一、当前连铸普遍存在的问题1、在生产高合金钢（如耐候钢）时中心偏析和疏松严重。
在火焰切割的铸坯中心线就可见严重的中心偏析痕迹，并伴有孔状疏松。
2、铸坯柱状晶发达，等轴晶率少。
目前生产的钢种铸坯断面酸洗后柱状晶最长达50mm，几乎穿透铸坯半厚度，而中心等轴晶区则相对较少，不能满足个别钢种对等轴晶比例的要求。
3、无法与RH工艺匹配生产。
为改善产品结构，提高产品附加值，公司在我厂工序中增加RH精炼炉。
而对应的4#连铸机没有电磁搅拌等控制内部缺陷和等轴晶率的手段，无法浇注出中心偏析和等轴晶率控制较好的铸坯。
轻则将使RH冶炼的钢种范围受限；重则使RH冶炼的钢种浇注的铸坯不合格，影响产品质量和销售。
4、限制拉速的提高。
目前我厂连铸机的实际拉速普遍低于设计拉速，而铸坯内部质量缺陷也是限制了拉速进一步提高的因素之一。
二、项目必要性及二冷区电磁搅拌的优点1、针对连铸机目前存在的问题和以后的产品结构调整、RH冶炼钢种生产，连铸机增加电磁搅拌设备可以改善铸坯的内部组织结构，提高铸坯表面质量，促进钢液中非金属夹杂物上浮，减轻中心偏析、中心疏松、中心缩孔、中心裂纹等内部缺陷，同时提高等轴晶率，抑制和打断柱状晶生长，扩大连铸钢种适应面，提高拉速，放宽对连铸工艺的要求。
2、二冷区电磁搅拌的优点根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的不同安装位置大致有以下几种模式：结晶器电磁搅拌（MEMS）、二冷区电磁搅拌（SEMS）、凝固末端电磁搅拌（FEMS）。
二冷区电磁搅拌安装的位置大约相当于凝固壳厚度是连铸坯厚度1/4～1/3的液芯长度处，恰好在柱状晶强劲生长的区域，对均匀液芯成分与温度、破碎或抑制柱状晶的生长也有很好的作用。
电磁搅拌技术在连铸机上的应用及其对铸坯质量的影响摘要：连铸电磁搅拌装置能有效地改善铸坯的内部组织结构，提升表面的质量，减少中心偏析和中心疏松，基本消除中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，是生产高碳钢的必要设备，因而广泛应用于各种方坯连铸机上。
电磁搅拌能够实现无接触能量的转换，即不予钢水接触就可以将电磁能转换为钢水的动能和部门热能，并且可人为调节电磁流的方向及钢水搅拌方向，从而生产出符合不同钢种需求的板坯，对改善板坯质量有重要的作用。
鉴于此，本文对电磁搅拌技术在连铸机上的应用及其对铸坯质量的影响进行分析与探讨。
关键词：电磁搅拌技术；连铸机；二冷配水；铸坯质量1.电磁搅拌技术原理和分类电磁搅拌器相较于三相异步电动机工作原理相同，三相电源提供电力支持，在磁极中形成旋转磁场。
通过搅拌装置的钢液，磁场会产生电磁力矩作用在钢液上，围绕着注流断面轴心旋转运动。
电磁力方向是由磁场磁极变化方向所决定，任意两相电源界限交换，即可改变电磁力方向，结合搅拌工艺要求，灵活调整电磁搅拌方向。
通过控制钢液对流、传热和传质过程，促使钢液过热度均匀，打破树枝晶，促进钢液中的气泡和杂质上浮，加剧等轴晶形成。
通过此种方式，可以改善中心疏松、缩孔和中心偏析问题，切实提升铸坯内在质量和表面质量。
就电磁搅拌器类型来看，依据不同安装位置划分为三种：①二冷区电磁搅拌器，在连铸机的二冷段位置安装，有足辊下搅拌器。
②结晶器电磁搅拌器，在连铸机结晶器的位置上安装，跨于足辊和结晶器的搅拌器也属于此类范畴。
③凝固末端电磁搅拌器，在接近连铸机凝固末端区域安装。
④中间包加热用电磁搅拌器，此类电磁搅拌器在连铸机中应用，促使钢液温度始终保持在中间包液相温度的10~25℃范围内，在应用范围较广，无论是投资还是成本都远远小于等离子加热方式，二次冶金效果较为可观。
1.电磁搅拌工艺对于连铸工艺的影响电磁搅拌装置的应用，铸坯可以获得中心较宽的等轴晶带，对于改善中心偏析和中心疏松等问题效果显著。
连铸生产中的电磁搅拌技术关键词：搅拌技术;搅拌;生产;结晶器;搅拌器随着连铸技术的应用和发展，连铸坯的质量越来越受到重视。
近年来，超纯净钢的开发和应用对铸坯的质量、凝固组织和成分均匀化提出了更高的要求。
电磁搅拌技术对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、降低夹杂物含量并促进成分均匀化、改善铸坯内部、表面和次表面质量具有重要作用。
1.电磁搅拌的工作原理电磁搅拌的工作原理十分简单，如同由两相或三相电流驱动的、能产生交变磁场的线性感应马达。
电流发生相变时，磁场从一极到达另一极，并同时产生电磁推力，将液态钢水向磁场运动的方向推动。
这样，可以通过电流相位变化来选择方向，也可以通过电流密度和频率来调整推力大小。
2.电磁搅拌装置2.1电磁搅拌装置的分类电磁搅拌装置可分为水平旋转搅拌器和线性搅拌器两大类。
而线性搅拌器又可细分为垂直、水平线性搅拌器。
水平旋转搅拌器围绕铸流设置，其运转象一个异步旋转电机的定子，驱动钢液水平旋转，多用于园坯、方坯和小矩形坯。
垂直线性搅拌器靠近铸流侧，其运转象一个线性异步电机的定子，钢水沿垂直方向旋转运动，适合于大断面的矩形坯；水平线性搅拌器安装在铸坯侧，其运转象一个平直定子，在板坯内弧侧熔池内产生水平方向的磁场，推动钢水运动。
2.2电磁搅拌装置的布置电磁搅拌装置的布置位置有四种∶中间包加热用电磁搅拌(H—EMS)、结晶器电磁搅拌(M—EMS)、冷却段电磁搅拌(S—EMS)和凝固段电磁搅拌(F—EMS)。
H—EMS∶使连铸过程中钢水的过热度保持在30~40摄氏度，其突出特点是利用非金属夹杂物与金属液之间导电性的差异，实现两者的分离。
1996年日本川崎制铁水岛厂在浇铸不锈钢时采用了此技术，生产的铸坯总氧含量低于0.001%，比采用传统中间包生产的铸坯减小2倍，夹杂物减少一半，不锈钢热轧和冷轧板卷缺陷减少了60%；M--EMS∶一般安装在结晶器下部，用于减少表面缺陷、皮下夹杂物、针孔和气孔，改善凝固组织，降低表面粗糙度，增加热送率，扩大钢种。
板坯连铸机结晶器内电磁搅拌技术摘要：连铸电磁搅拌技术在冶金工业中的应用可以提高钢坯的质量，降低成本消耗，提高连铸钢的等级，降低了芯部收缩，避免了芯部偏聚，改善了铸锭内等轴晶粒。
因此，将电磁搅拌技术引入到炼钢生产中，将大大提升炼钢产品的品质，为炼钢工业带来新的生机。
今后，工业计算机控制技术将与连铸电磁搅拌技术、冶金技术、信息技术等相融合，开拓冶金产业发展新方向，逐渐实现了电磁搅拌的可视化和自动化。
同时，要充分利用新设备和新技术，大力研发新设备和新技术，以增加产品的技术含量和产品的使用效率；节能减排，节能增效，高质量钢铁产品的产量不断增加，为中国钢铁行业与国际接轨做出了重要贡献。
关键词：板坯连铸机；结晶器；电磁搅拌技术引言连铸坯的中心偏析、夹杂物和中心收缩是连铸坯的关键问题，严重影响连铸坯的内部质量。
电磁搅拌是最常用的连铸技术，它可以通过电磁力优化和消除模具中钢水的过热。
电磁搅拌后，坯料的等轴晶粒率显著提高，使坯料固化良好，提高了产品性能。
本发明可以有效地解决连铸坯的中心收缩和清洁度问题。
1结晶器电磁搅拌及连铸坯概述连铸坯是由钢水通过连铸机制成的坯段。
连铸技术可以简化从钢水到钢坯的整个生产过程，而无需连铸。
因此，连铸坯具有生产成本低、金属获取率高、劳动条件好等一系列优点。
目前，连铸坯已成为轧制生产的重要原料。
但是连铸坯也存在一些缺陷。
例如，一般孔隙率、中心孔隙率、一般点偏析、皮下气泡、铸锭偏析、边缘偏析、内部气泡、残余收缩、剥落、白点、轴向晶体裂纹、非金属夹杂物和芯部裂纹。
在低倍率检查中，可能会出现中心气孔、收缩、中心偏析、表面角裂纹和表面边缘裂纹等缺陷。
电磁搅拌是通过在铸坯液空腔中产生的电磁力来强化钢液在空腔中的移动，进而强化了钢液的传热、对流和传质，进而实现对铸坯的凝结进程的控制，这对改善铸坯的品质具有重要的意义。
目前，模具电磁搅拌是最常见的设备，适用于各种连铸机。
它可以改善钢坯的表面质量，细化晶粒尺寸，减少钢坯的夹杂物和中心孔隙率。
1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌技术在连铸设备正常运行和连铸工艺稳定的前提下，采用二冷区电磁搅拌，借助电磁力强化铸坯中液相穴内未凝固钢液的运动，从而改变钢水凝固过程中的对流、传热和传质过程，使钢液的凝固与铸坯冶金凝固机理相吻合，从而提高铸坯等轴晶率，减轻中心偏析、中心缩孔、中心疏松，改善铸坯内部质量。
板坯连铸机二冷区电磁搅拌要获得良好的冶金效果，搅拌位置、搅拌区有效作用长度和搅拌参数的选择至关重要。
而最佳搅拌位置和搅拌区有效作用长度的确定需综合考虑生产钢种、铸坯断面、过热度、拉坯速度、冷却制度、冶金长度和铸机结构等。
11号板坯连铸机二冷区电磁搅拌型式板坯连铸机二冷区电磁搅拌的型式主要有三种，单边行波磁场型、双边行波磁场型和辊式行波磁场型。
单边行波磁场型在内弧侧的支撑辊后面沿拉坯方向布置一台行波磁搅拌器，激发垂直向下或向上的行波磁场，内弧侧钢液由凝固前沿向下或向上流动，外弧侧钢液向上或向下流动，形成单一的环流，环流中心偏向内弧。
双边行波磁场型是在内外弧的宽面上沿板宽方向水平布置一对搅拌器，激发方向相同水平行进的磁场，导致钢液沿板宽向一个方向流动，冲击窄面坯壳后分裂成上下两股流动，在有效搅拌区上下各形成一个环流。
但上环流区相对下环流区钢液温度高，粘性小，因而上环流区比下环流区要大。
辊式行波磁场型，又称电磁搅拌辊型，使用4个搅拌辊在内外弧组成两对，若上下两对搅拌辊的有效搅拌区的流动方向一致，则形成两个蝶形流动；若上下两对搅拌辊的流动方向相反，则在两对辊之间形成一个大的环流，而在上一对辊的上方和下一对辊的下方又各形成一个小环流，3个环流中心的流速为零。
板坯连铸机二冷区电磁搅拌三种型式优缺点比较如表1所示。
由表1可看出，电磁搅拌辊型安装灵活，不需改变辊列结构，不需改变扇形段设计，是其他两种类型电磁搅拌不可比拟的。
根据1号板坯连铸机扇形段的辊子布置状况和二冷区电磁搅拌型式的生产应用反馈，确定1号板坯连铸机二冷区电磁搅拌采用电磁搅拌辊型式。
板坯连铸电磁搅拌技术岳阳中科电气有限公司2007年7月23日目录一、电磁搅拌工作原理 (03)二、电磁搅拌冶金机理 (04)三、电磁搅拌参数设计 (05)四、板坯电磁搅拌型式及其特点 (08)主要型式及特点 (08)三种类型主要特点 (09)对连铸机结构要求 (09)五、板坯电磁搅拌流场 (11)钢液流动形式 (11)钢液流动影响区域 (12)六、电磁搅拌安装位置 (12)七、冶金效果 (14)冶金机理 (14)不锈钢冶金效果 (14)八、搅拌器的主要作用 (18)板坯连铸电磁搅拌技术一电磁搅拌工作原理由于板坯连铸机的结构特点，目前处于实用的板坯连铸二冷区电磁搅拌器大都采用行波磁场搅拌器。
行波磁场搅拌器由平面感应器和非磁不锈钢壳体构成。
平面感应器和直线电机一样，都由普通旋转电机的定子演变而来。
设想将旋转电机定子在一侧顺轴向剖开并展平，即形成平面感应器或直线电机，见图1。
使原来沿圆周旋转的旋转磁场变成向一个方向行进的行波磁场，铸坯则替代电机的转子，从而构成单边行波磁场搅拌器（Single side Travelling field stirrer: STS）。
如果在STS上面再加一个感应器，即构成双边行波磁场搅拌器（Double side Travelling field stirrer: DTS）。
1—电机；2定子；3转子；4铸坯；5搅拌器感应器图1 旋转电机演变成行波磁场搅拌器图2 板坯S-EMS工作原理二冷区电磁搅拌器的工作原理如图2所示。
简单地说，在板坯二冷区布置一对行波磁场搅拌器，激发向一个方向行进的行波磁场。
该行波磁场在铸坯内感生感应电流，感应电流与外加磁场相互作用，在铸坯的钢水内产生电磁力，即=⨯电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，推动钢水向一个方向运动。
值得注意的是钢水流动方向始终和行波磁场方向相一致，如行波磁场方向倒向，钢水也随之改变流动方向。
二电磁搅拌冶金机理现代理论认为电磁搅拌改善铸坯组织结构的机理主要基于以下几点：a）改变凝固过程的动力学条件（即机械模型理论）；b）改变凝固过程中热力学条件（即热模型理论）；c）改善凝固过程的物质迁移条件。
传统机械模型理论：电磁搅拌作用是打断枝晶梢成为等轴晶核,使晶粒细化形成细密的等轴晶；认为安装位置过高，搅拌作用过早终止而再次产生柱状晶；安装位置过低，搅拌作用无法切断已形成搭桥的柱状晶。
热模型理论：热模型理论能更好的代替传统机械模型理论解释电磁搅拌所起作用：电磁搅拌的作用加速了钢液的流动，从而改善了热传导条件，降低固液界面后大容量钢水的温度梯度，使得钢液过热度更容易消除，过热度消除并且钢水温度下降到液相线和固相线之间，更利于等轴晶的生长，可获得较大的等轴晶区；打断枝晶梢成为等轴晶核；增加横过粥状区的温度梯度，增加粥状区中的局部传热或减少局部凝固时间。
物质迁移凝固过程各种元素迁移。
三电磁搅拌参数设计连铸电磁搅拌的实质在于借助电磁力的作用来强化铸坯中末凝固钢液的运动，从而改变钢水凝固过程中的流动,传热和迁移过程，达到改善铸坯质量的目的。
影响连铸电磁搅拌的冶金效果的主要因素在于：a. 电磁搅拌的形式及安装位置。
b. 不同钢种的末凝固钢液需要多大的电磁推力。
c. 电磁搅拌器能否提供足够大的电磁推力。
d. 电磁搅拌的作用区域是否足够大。
第3、4个因素取决于电磁搅拌器的参数及结构设计水平，而第1、2个因素则取决于电磁搅拌器的运行工艺。
因此,一套电磁搅拌装置要达到最佳的冶金效果,除了要求其本身性能优良外，还要求使用操作者有一定的实践经验，需要使用操作过程中不断的积累和丰富。
对电磁搅拌器本身而言其设计性能的高低就体现在对电磁推力的合理设计上从理论模型加以适当简化可得电磁推力的表达式为:fe ≈1/2б V s Bo2KsKe ……①式中: б－钢液的电导率V s －电磁搅拌器磁场的运行速度(V s=2τf, f频率,τ极距)Bo －电磁搅拌器表面磁场强度1/Ks－磁场的衰减系数(变量)Ke －磁场的漏磁系数由此可见,电磁推力与很多因素有关,是一个很复杂的变量.但也不难发现,影响电磁推力大小的主要因素为:a. 电磁搅拌器的表面磁场(BO)b. 电磁搅拌器磁场的运行速度( V s)c. 电磁搅拌器的固有特征系数(Ks·Ke)d. 钢液的电导率(б)上述1.2.3.个因素取决于电磁搅拌器的结构及电磁参数,第4个因素则取决于被搅拌钢液的成份.一般来讲在搅拌区域内,电磁感应推力必须使钢液的流动速度达到20～60cm/s,太小无法使钢液流动起来,太大又易产生负偏析,,同时运行也不经济.因此在设计时应考虑以下几个方面:1.电磁功率从上面①式可知对电磁推力影响最大的是电磁搅拌器的表面磁场（Bo），而Bo是与电磁搅拌器的线圈安匝数（N·I）成正比的。
通常，由于受安装空间的限制同时也为了降低电磁功率，线圈匝数(N)不能加得太多，因此，怎样最大限度的提高电流强度（I）就成为提高电磁推力的最有效途径。
当然电流强度的提高也会受到很多限制，比如，线圈的发热如何带走，低频电源的成本如何控制等等。
因此应合理分配电流及匝数,通常的原则是：平衡考虑设备成本，适当增加电流强度,以期用最小的电磁功率达到最大的电磁推力。
2.最佳频率从上面①式可知增加频率（f）可增加电磁推力，但另一方面，增加频率会引起磁场衰减系数（1/ks）变大，从而又减小电磁推力，因此电磁推力随频率的变化不是单调的，而是有一个最大值。
同时频率的增加，还会引起感应电压的增加，从而引起电磁功率的增加，关系较复杂。
要精确定位是不现实的也没有必要，最佳频率可通过理论分析及实际测试进行确定，原则是：在同等电磁功率下，尽可能达到最大的电磁推力。
3.钢水导电率不同钢种，其钢液导电率（σ）是不同的，但相差不是很大，因此一般情况下，可以不予考虑。
4.钢液粘度从力学原理上来讲，电磁搅拌的过程，实质上就是电磁力克服钢水粘性力从而使钢液产生运动的一种过程，不同钢种，其粘性系数相差很大，因此所需电磁推力也是不同的，对碳结构钢而言，主要取决于含C量，含C量越高所需电磁推力就越大，不锈钢所需电磁推力比碳钢要大1倍以上。
具体应根据钢种和铸坯截面及安装位置进行确定。
5.合金元素的影响合金元素的加入改变了凝固组织结构，不同化学成份的钢水，其柱状晶发展程度也不一样，一般来讲合金元素的成份越多，其柱状晶就越发达，所需电磁力也越大。
四板坯电磁搅拌型式及其特点主要型式及特点由于板坯连铸宽厚比大，板坯连铸机又采用密排辊配置，为适应这种结构特点，以往曾开发过六、七种SEMS，经优胜劣汰，目前处于实用的只有三种类型的行波磁场搅拌器，即辊式、插入式、辊后式：这三种类型二冷区搅拌器SEMS国内都已引进:A 插入式行波磁场搅拌器（DTS）使用单位：宝钢（称DKS）、武钢拆除扇形段上一对支承辊；一对搅拌器头部分别插入此位置，在两个支承辊之间；搅拌器头部两侧增加小径分节辊来支承铸坯。
B 辊后式行波磁场搅拌器（STS）：使用单位：武钢(已停用)、太钢C 辊式行波磁场搅拌器（RTS）：使用单位：鞍钢、武钢拆除扇形段上一对或二对支承辊，用一对或二对辊式行波磁场搅拌器替换该位置。
三种类型主要特点对连铸机结构要求板坯增加三种类型二冷区搅拌器对连铸机结构调整要求如下：A 插入式行波磁场搅拌器（DTS）前提条件：拆除扇形段上一对支承辊后要有足够的间隙保证搅拌器头部插入两个支承辊之间（一般要求在180mm-200mm以上）。
扇形段设计复杂，工作量大：要保证增加小径分节辊后保证铸机弧度并且铸坯不鼓肚；小径分节辊、轴承及周围构件采用非导磁材料；保证该位置的二冷喷淋气水参数符合要求；考虑搅拌器的水、电、气路的安装。
B 辊后式行波磁场搅拌器（STS）：增加辊后式行波磁场搅拌器较插入式行波磁场搅拌器简单，但是须将靠近辊后式搅拌器工作面的支承辊及小径分节辊、轴承及周围构件采用非导磁材料，须加装导轨保证拆卸方便，特别是支承辊投入成本也相当高。
C 辊式行波磁场搅拌器（RTS）增加辊式行波磁场搅拌器在三种类型搅拌器中最为方便，只需将支承辊换成搅拌辊即可，但辊直径须达到足够大以保证搅拌辊的电磁功率。
由于三种类型搅拌器安装方式的影响：辊式搅拌器紧贴铸坯表面；插入式搅拌器距铸坯表面20mm左右；辊后式搅拌器距铸坯表面最远（300mm左右），他们在铸坯中心产生磁场大小不一（见上表），产生的冶金效果也不一样：插入式搅拌器最好；辊式搅拌器次之；辊后式搅拌器最差。
例：武钢三种类型搅拌器均使用过，某种钢：使用插入式搅拌器等轴晶率达50-60%左右；使用辊式搅拌器等轴晶率达30-35%左右；使用辊后式搅拌器效果不明显，现已拆除。
五板坯电磁搅拌流场钢液流动形式三种类型二冷区搅拌器在实际使用过程中产生的作用大小各有不同，使钢液产生的流动效果不一样。
A 沿拉坯方向B 沿铸坯截面方向钢液流动影响区域插入式行波磁场搅拌器上下影响区在5~6m；辊式行波磁场搅拌器上下影响区在2~3m。
下图为插入式行波磁场搅拌器上下影响区图：六 电磁搅拌安装位置对于二冷区电磁搅拌而言，其冶金效果主要体现在获得高的等轴晶率。
有了一定的等轴晶率，才能有利于改善内裂、中心缩孔和疏松及中心偏析等。
要获得一定的等轴晶率，需要相应的液芯厚度作保证： ·等轴晶率近似未凝固率，即Dd R sAd s —液芯厚度（mm ） D —坯厚（mm ）由此求得液芯厚度，进而求得坯壳厚度 ·计算坯壳厚度255075100224电流强度指数下部影响区(米)上部影响区(米)cs V L KT K —凝固系数，（mm/min ）L —从弯月面到DTS 安装位置的距离（m ） V c —拉坯速度（m/min ）由此求得坯壳厚度可以验证由未凝固率求得的坯壳厚度是否合理。
需要指出的是，在电磁搅拌条件下，实际坯壳厚度要比计算的要薄几个毫米。
安装位置示意图见下图。
七 冶金效果结晶器导辊部分电磁搅拌辊子部分凝固壳厚度 %机长 %图5 电磁搅拌装置安装位置1．冶金机理二冷区电磁搅拌的主要冶金机理是：①由于凝固前沿钢水的流动，清洗了凝固面，折断枝状晶梢，形成等轴晶核；由于钢水流动，使铸坯芯部温度降低而凝固前沿温度提高，有利向外传热，两者都有利于提高等轴晶率，等轴晶率的提高，有利改善中心缩孔和中心偏析。
②由于坯壳内液芯温度和坯壳厚度趋于均匀，减缓由于热应力而产生的内部裂纹。
2．不锈钢冶金效果问题提出：A 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铸坯内枝状晶发达，延伸到板坯的中心部分，并且热轧不能完全使其破坏而残留下来，轧成冷轧板就会在板面上出现“起皱”现象，在冷轧薄板表面产生单向波纹。
铁素体不锈钢高温强度低，结晶速度快，又加上出钢温度控制得比较高，铸坯内容易产生裂纹。
