Электромагнитное литье и прокатка (также называемые литьем в магнитной жидкости) представляют собой технологию, при которой в зоне непрерывного литья и прокатки алюминиевых сплавов создается переменное специальное электромагнитное поле с целью формирования магнитной жидкости из алюминиевого сплава. Цель заключается в замене действия модификатора действием электромагнитного поля в процессе затвердевания и кристаллизации, что позволяет добиться утончения зерна, повышения качества литых и прокатных слябов, а также улучшения их способности к глубокой вытяжке. Электромагнитная прокатка заключается в приложении переменного магнитного поля в зоне прокатки, что вызывает индукцию паразитных токов в проводящем расплаве алюминия.
Индуцированное возмущение генерирует противоположное магнитное поле, препятствующее изменению переменного магнитного поля, и эти два магнитных поля накладываются друг на друга, образуя совокупное магнитное поле. Под совместным воздействием вихревых токов и совокупного магнитного поля на расплав алюминия действует сила электромагнитной индукции. Эта сила оказывает эффект электромагнитной перемешивания на расплав алюминия в передней части литье и прокатка. Воздействие электромагнитного поля изменяет поле течения и температурное поле расплава в передней части зоны литья и прокатки, а также улучшает распределение концентрации, тем самым влияя на процесс затвердевания и кристаллизации расплава в зоне литья и прокатки и изменяя его. Благодаря электромагнитной силе распределение полей течения и температуры становится более равномерным, чем при естественной конвекции, что благоприятно сказывается на процессах затвердевания и кристаллизации, тем самым улучшая структуру затвердевшего металла.
Механизм воздействия электромагнитного поля на расплав в зоне литья-прокатки можно описать следующим образом:
С одной стороны, электромагнитная сила передает расплаву энергию внешних электромагнитных колебаний, что усиливает флуктуации внутренней энергии расплава и способствует однородному зародышеобразованию металла. С другой стороны, под действием силы электромагнитной индукции растущие дендриты или столбчатые кристаллы разрушаются и отслаиваются под воздействием механического сдвига и вибрационного удара расплава с определенной скоростью течения, а разрушенные дендриты попадают в расплав. Если они не расплавятся и останутся во взвешенном состоянии в расплаве, то будут выступать в качестве центров масс для зародышеобразования кристаллов, формируя больше кристаллических зародышей и способствуя росту кристаллических зерен. Кроме того, благодаря электромагнитной силе, ускоряющей и изменяющей состояние движения расплава, высокотемпературный расплав, удаленный от фронта кристаллизации, и низкотемпературный расплав вблизи границы раздела «твердое тело–жидкость», содержащий высокую долю твердого вещества, вынуждены обмениваться местами, что изменяет поле течения, температурное поле и поле концентрации, уменьшая температурный градиент расплава и снижая разность концентраций, благодаря чему температура и концентрация во всей зоне кристаллизации при затвердевании становятся более однородными, что приводит к одновременному началу, протеканию и завершению зарождения и кристаллизации в более широком диапазоне. Это способствует измельчению зерен и устранению сегрегации. В то же время, благодаря действию электромагнитной силы, усиливается внутренняя конвекция в расплаве, и движение частиц в расплаве переходит из режима низкоскоростного ламинарного течения в режим высокоскоростного турбулентного течения, в результате чего фрагменты, отрывающиеся от твёрдых дендритов, быстро диффундируют в расплав на фронте затвердевания, образуя динамический процесс разрушения кристаллов, перемешивания и кристаллизации, что приводит к образованию равноосных столбчатых кристаллов на ранней стадии и, в конечном итоге, позволяет достичь цели разрушения направленной кристаллизации и усиления динамической кристаллизации, обеспечивая значительный эффект утончения зерен.
