很多學(xué)者通過數(shù)值模擬方法和物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)電磁場(chǎng)作用下流體的流動(dòng)行為進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,不施加電磁制動(dòng)時(shí),從浸入式水口流出的鋼液很強(qiáng)地沖擊窄面后分成上下兩個(gè)流股。向上流股在彎月面下形成的渦流是彎月面不穩(wěn)定和保護(hù)渣卷渣的主要原因。而很強(qiáng)的向下流股攜帶著非金屬夾雜物和Ar氣泡流向金屬液很深的位置,阻礙了這些雜質(zhì)的上浮。當(dāng)施加電磁制動(dòng)時(shí),結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)變化很大,沖擊窄面的流股流速被減小,同時(shí),包括液面在內(nèi)的整個(gè)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)速度明顯降低。

降低彎月面下的水平流速和穩(wěn)定彎月面實(shí)踐應(yīng)用研究表明,無論哪種類型電磁制動(dòng)都可使彎月面下的水平流速降低一半,從而穩(wěn)定了彎月面,彎月面的穩(wěn)定不僅防止保護(hù)渣的卷吸,而且也使保護(hù)渣鋪展均勻,從而減少鑄坯表面的縱向和橫向裂紋,因此,彎月面下水平流速的降低和彎月面的穩(wěn)定是電磁制動(dòng)的主要效果之一。

施加電磁制動(dòng)后,由于向下流股浸入深度變淺,使從水口吐出的過熱鋼水在結(jié)晶器上部滯留時(shí)間延長(zhǎng),過熱度在結(jié)晶器內(nèi)被分散,使彎月面附近鋼水變得更熱更均勻。實(shí)踐表明,電磁制動(dòng)使彎月面下鋼水溫度提高約6%~9%。彎月面下鋼水溫度提高,保護(hù)渣的熔融充分,有利于吸收上浮的非余屬夾雜物,同時(shí)也增加保護(hù)渣的流動(dòng)性,有利于減少表面縱向裂紋和橫向裂紋。

施加電磁制動(dòng)后,由于向下流股浸入深度變淺,有利于夾雜物上浮分離;也由于彎月面下水平流速降低和彎月面的穩(wěn)定,使保護(hù)渣卷吸減少,兩者都有利于減少鑄坯內(nèi)部非金屬夾雜物。寶鋼梅山鋼鐵公司應(yīng)用電磁制動(dòng)的結(jié)果表明,施加電磁制動(dòng)后,鑄坯中非金屬夾雜物的數(shù)量降低了50%。HideakiYAMMURA等采用數(shù)值模擬計(jì)算了在水平磁場(chǎng)作用下100um夾雜物的軌跡。當(dāng)磁通量密度為0T時(shí),一部分夾雜物隨著下返流沿窄面下移,并在凝固前沿被捕獲。一部分夾雜物在結(jié)晶器寬度的中心和上返流一起上浮到自由表面被除去。當(dāng)應(yīng)用磁場(chǎng)時(shí),穿透深度減小,當(dāng)磁通量密度為0.25T時(shí),隨上返流上浮到彎月面的夾雜物數(shù)量增加。當(dāng)磁通量密度為0.5T時(shí),夾雜物隨著鋼液的穿透深度進(jìn)一步減小,但是在寬度中心附近沒有形成上返流,鋼液流動(dòng)呈活塞流。在Hoogovens的工業(yè)性試驗(yàn)表明電磁制動(dòng)明顯減少了大的氧化鋁簇群數(shù)量。

由于電磁制動(dòng)控制了結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)的行為,使坯殼生長(zhǎng)均勻、彎月面水平流速減小,彎月面穩(wěn)定、浸入深度變淺等等,從而減小了對(duì)拉速的限制,有利于提高生產(chǎn)率。

應(yīng)用電磁制動(dòng)的工業(yè)試驗(yàn)已經(jīng)證明通過減小結(jié)晶器中的鋼液流速可取得明顯的質(zhì)量改善,電磁制動(dòng)安裝在韓國(guó)的POSCOKwangyang工廠連鑄車間的1號(hào)連鑄機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)和應(yīng)用,結(jié)果表明寬度大于1350mm,且在高澆速下,應(yīng)用電磁制動(dòng)使冷軋產(chǎn)品的廢品率降低33%。美國(guó)生產(chǎn)汽車用鋼的Berkeley公司使用電磁制動(dòng)后,在拉速為5m/min時(shí),鋼液沖擊深度由15mm降低至5mm,同時(shí)減少了結(jié)晶器窄邊的#駐波(StandingWave),從而減少了結(jié)晶器卷渣以及鑄坯裂紋的可能性,與不用電磁制動(dòng)相比,Berkeley廠因保護(hù)渣卷入所產(chǎn)生的缺陷減少了90%,縱向裂紋指數(shù)減少了80%。大量的研究結(jié)果表明甚至當(dāng)拉坯速度提高時(shí),電磁制動(dòng)也是改善和保證澆鑄產(chǎn)品清潔的有效方法。