脉冲磁致振荡（PMO）凝固均质化技术
一、研究的背景与问题
目前全世界98%以上钢种采用连铸工艺生产。但是由于选分结晶和强制冷却，连铸坯存在严重的宏观偏析和轴线缩孔等缺陷，极大地影响了最终产品性能均匀性和质量稳定性。
为解决凝固均质化这一冶金领域共性技术难题，国内外冶金工作者进行了长期不懈的努力，先后产生了末端压下和电磁搅拌等技术，为冶金工业的发展做出了重要贡献。但是这些技术都要求铸坯末端位置稳定，而实际生产中随着钢种的改变、浇钢温度和冷却条件的波动，铸坯凝固末端位置很难稳定。凝固均质化至今仍然是国际冶金界产品质量提升的瓶颈。
二、技术解决方案
研究和生产实践表明，细化凝固组织是解决凝固均质化的最有效途径，促进异质形核是细化凝固组织的最佳手段。
PMO技术的提出源于对脉冲电流细化金属凝固组织机制的认识。1990年，麻省理工学院Flemings等发现脉冲电流（简称ECP）可显著细化金属凝固组织。国内外许多学者进行了大量跟踪研究，但是ECP细化金属凝固组织的机制和条件一直没有完全搞清楚，这一发现也没能转化成工业技术。
上海大学先进凝固技术中心（简称CAST）经过系统的理论和实验研究，揭示了ECP细化金属凝固组织的机制和条件。热分析和分阶段处理实验表明，ECP通过“电致过冷”促进形核，其作用的最有效时间是形核阶段（图1a）。隔离网实验证实，形核的位置是固液界面附近，晶核在电磁力和重力作用下脱落、漂移、增殖，形成“结晶雨”（图1b），从而细化整个金属熔体。
基础研究表明，要细化凝固组织，不需要在整个金属熔体内引入电磁场，而只要把电磁场导入固液界面前沿即可。受此启发，CAST团队提出了脉冲磁致振荡（Pulse Magneto-Oscillation，简称PMO）凝固均质化技术。
PMO技术是将脉冲激励电流导入缠绕在铸坯外侧的感应线圈，从而在固液界面前沿产生特定的电磁感应效应，达到细化凝固组织的目的（见图2）。
PMO细化金属凝固组织的机制：
（1）通过特定的整形存储电路将大功率工频电转换成脉冲激励电流并导入环绕在铸坯外侧的感应线圈，从而在铸坯固液界面附近形成特定的感应脉冲磁场（图3a）；
（2）感应脉冲磁场通过“磁致过冷”效应（图3b）促进金属液形核；
（3）晶核在脉冲电磁力作用下脱离形核位置，在电磁阿基米德效应和重力（图3c）作用下漂移下沉并增殖，形成“结晶雨”（图3d），从而细化铸坯凝固组织。
三、主要创新性进展
1、通过对ECP细化凝固组织机制和条件认识这一理论突破（ACTA Materialia, 2007,55(9):3103-3109），形成了PMO凝固均质化原创核心技术（专利ZL200510030736.4）。
2、围绕核心技术研制了PMO电源（专利ZL200510030739.8）和PMO感应线圈（专利ZL201420157140.5）两个关键装备，可满足连铸生产多包连浇作业要求（见图4）。
3、在此基础上形成了将PMO应用于连铸生产的技术、装备和规范的系统集成（图5），最终实现了PMO技术工业应用。
4、本发明的技术优势及同类技术比较
从技术特点看，PMO是在钢液凝固初期促进大量形核，因此PMO效果显著、稳定、能耗低，对处理时坯壳厚度没有严格要求（对连铸工艺容偏度较高）。此外，PMO处理时钢液平稳，感应线圈可以安放在靠近结晶器的位置。PMO不仅可以用于方坯连铸，也适用于圆坯、矩形坯和板坯连铸。
从作用效果看，PMO处理坯的碳偏析和低倍组织显著改善。从能耗看，PMO能耗低。从实际应用效果看，由于PMO对浇钢过热度和坯壳厚度没有严格要求，并显著改善铸坯质量，应用该技术可以提高铸坯拉速，从而提高企业生产效率。
四、应用情况与效果
PMO技术首先在苏钢240方坯连铸机建立了示范线。2016年起，在中天特钢电炉厂五机五流连铸机组实现整套安装并开始商业应用。其铸坯断面为260×220矩形坯，生产30余钢种，连铸工艺复杂多变。经过调试和优化PMO处理工艺，实现了铸坯及轧材质量的显著提高。在PMO技术支持下，对中包过热度的宽容度明显提升，并且实现连铸拉速提高10%以上。
1、利用PMO改善铸坯低倍组织
产品检测统计表明，PMO技术使轴承钢方坯截面等轴晶率提高至35%以上，碳偏析降至1.06及以下，基本消除了碳偏析和轴线缩孔（见图6和图7）。
2、利用PMO减少铸坯心部碳化物
对于轴承钢等高碳钢，宏观偏析往往造成铸坯中心存在一定数量的伪共晶碳化物。PMO通过改善铸坯偏析显著减少铸坯心部的共晶碳化物（图8 ）。
3、利用PMO提高拉坯速度
通过对主要连铸工艺参数（拉坯速度和中间包过热度）变动对PMO均质化效果影响发现，PMO对连铸工艺容偏度较高，可以在过热度控制不理想的情况下稳定铸坯质量，也可在保持铸坯质量的前提下，较大幅度提高拉坯速度。图9是铸坯中心碳偏析指数的轴向分布状态，可以看出，PMO处理坯的中心碳偏析显著优于未经PMO处理的铸坯。拉速提高，PMO处理坯的中心碳偏析在轴向上波动略有增加。但是，拉速提高，未经PMO处理铸坯的中心碳偏析波动程度显著增加。
