大铸锭均质化一直是国际冶金界难题，至今没有有效的解决方案。上海大学先进凝固技术中心（简称CAST）团队在原创脉冲磁致振荡（简称PMO）技术并成功应用于连铸生产的基础上，发明冒口脉冲磁振荡(简称HPMO)技术，并与冶钢合作成功进行了工业实验，显著提高了大型铸锭的均质性。研究成果发表在冶金领域著名学术期刊《Metallurgical and Materials Transactions B》，论文题目为“A Homogenization Technology for Heavy Ingots: Hot-Top Pulsed Magneto-Oscillation”。该论文第一作者为仲红刚，通讯作者为翟启杰教授。

HPMO能最大限度地细化晶粒，改善大型铸锭中的裂纹、缩孔和宏观偏析，并促进夹杂物上浮去除。HPMO是将脉冲电流导入环绕在冒口的线圈中，通过电磁感应在冒口型壁附近形成特定的物理效应，促进固液界面前沿形核。并且其诱导的电磁场迫使钢液形成环流和振荡，导致晶核从冒口壁上脱落并漂移到钢液内部，形成“结晶雨”，从而细化凝固组织。

18吨钢锭工业实验表明，HPMO结晶雨效应确实能使铸锭获得预期的凝固组织，与对照铸锭相比，等轴晶粒尺寸减小56% ~ 83%，夹杂物数量减少41%，碳宏观偏析减少50% ~ 75%。此外，HPMO技术的应用消除了因凝固收缩引起的缩孔和中心裂纹，使铸锭关键区域的延展性提高了四倍。

HPMO原理示意图和对晶粒尺寸及夹杂物的影响

工业试验结果充分说明HPMO技术在大铸锭均质化领域的应用前景。利用HPMO技术能够有效地控制和优化铸锭的凝固组织，消除缩孔和裂纹，显著提高铸锭及后续锻件的组织均匀性和质量稳定性。

铸锭底部中心的显微组织图（a）无HPMO；（b）有HPMO

铸锭顶部（位于浇口处）的显微组织图（a）无HPMO；（b）有HPMO

该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助和湖北冶钢的通力合作。

先进凝固技术中心供稿

全文链接：https://rdcu.be/dz1aj

DOI：10.1007/s11663-024-03019-z