电弧炉底部结壳形成是电炉生产高合金钢时候普遍存在的问题。结壳的形成带来了一系列的工艺问题：减少了电炉的容量，降低了出钢量，造成出钢量命中率下降，降低了电炉冶炼的收得率。调查研究了韩国某钢厂70吨偏心炉底出钢的电炉生产工具钢和不锈钢时候，在炉内形成结壳的机理，比较了底吹气搅拌和电磁搅拌（EMS）对减薄结壳厚度的影响，结果表明，使用电磁搅拌EMS比底吹气搅拌更加有效来减少结壳的形成。
电弧炉底结壳的形成是高合金钢生产中普遍存在的问题，尤其是生产使用高百分比FeCr铬铁加入炉内，而且出钢时间短的情况下更甚。结壳的形成带来了一系列的工艺问题，如降低炉容量、降低出钢重量命中率、降低钢产量、降低生产效率等。有报道称，炉底电磁搅拌(EMS)的使用可以减少电炉长槽出钢电炉不锈钢生产结壳的形成。[1]安装在炉底下方的电磁搅拌线圈对整个熔池产生搅拌作用，加速废钢熔化，熔池温度均匀化，有利于去除结壳现象。
最新一代电弧炉电磁搅拌器(ArcSave®)安装在70吨偏心炉底出钢的电炉上，该电炉位于韩国昌原SeAH钢铁厂。SeAH CSS于1966年成立于昌原市。昌原厂每年生产粗钢120万吨。SeAH CSS是韩国唯一一家从冶炼到无缝不锈钢管制造商。熔炼车间由电弧炉、氩氧脱碳炉(AOD)/真空氧脱碳(VOD)、钢包精炼炉和连铸/铸锭工艺设备组成。电炉系70吨，配备一个72 MVA变压器，四支吹氧喷碳，喷铝混合物喷吹枪。除了电能的输入，采用三根炉壁氧-燃烧嘴枪进行化学能输入。基本炉况数据列于表1。严重的结壳形成是这种电炉最大的操作问题。在2012年，在下炉壳安装了三个吹气搅拌的透气芯，安装透气芯的目的是消除炉底结壳问题，但是不幸的是没有得到成功。同样，透气芯维护也是一个主要的问题，透气芯容易堵塞。经过近一年的测试，由于没有积极正面的效果，透气芯被拆除。2018年，出于同样的目的，电磁搅拌技术被引入SeAH钢厂，作为一种新的潜在解决炉底结壳问题的方法，本文将总结热调试期间和调试后的试验结果。结果表明，与炉底气体搅拌相比，电磁搅拌有效地减少炉底结壳的形成，并讨论了炉底电磁搅拌对电能、通电时间和喷补材料减少的影响。
表1 基础电弧炉数据， SeAH钢厂炼钢3队
炉底的结壳层由未熔废钢、未熔铬铁和固态渣组成。结壳的厚度有时可达1000mm，这取决于下炉壳使用时间。炉底形成的结壳拍摄的照片如图1a所示，使用耐材清理设备定期清除结壳，在炉底结壳侧面钻孔后，用行车将结壳中心吊起，如图1b所示。这种炉底结壳去除工作是艰辛和耗时的。
图1 SeAH电弧炉下炉壳结壳照片：炉底结壳和耐材清理机械打孔(a)及行车起吊的结壳部分(b)
EMS线圈安装和搅拌原理电磁搅拌器置于炉底的下方，炉底由非磁性(奥氏体不锈钢)钢板制成，如图2所示。通过搅拌器绕组的低频电流产生移动磁场，磁场穿透炉底，进而在钢液中产生作用力。由于磁场穿透整个熔池深度，钢水在下炉壳中以相同的方向运动，这种钢水运动是通过整个电炉的直径，并且是熔池的全部深度的钢水运动。在到达炉壁后，钢水必须沿炉壁回流。当磁场反转时，钢水向相反方向流动。由于搅拌器布置在几乎整个下炉壳的直径上，所以在整个熔池内都得到良好的搅拌力。
图2 电弧炉与ArcSave®搅拌器安装在炉底下面
如图3所示，采用计算流体动力学(CFD)模拟160吨EBT电炉，搅拌方向从炉门口到EBT，见图3所示。图3a为熔池纵向截面的速度分布，图3b为熔池横截面的速度分布，图3c为熔池表面的速度分布。从图3可以看出，整个熔池都参与了搅拌运动。优化的熔池平均体积移动速度在0.2 ~ 0.4 m/s范围内。与炉底透气芯搅拌相比，电磁搅拌在整个熔池产生混合搅动。这种效应加速了钢水的温度和化学成分的均匀化。需要指出的是，电磁力作用不仅在水平方向上，而且也作用在垂直方向上，这使得整个熔池的混合搅拌的效果更加有效。电磁搅拌EMS的另一个优点是不与钢液发生物理接触，因此维护需要非常低。
