图3 偏心炉底模拟熔池流动速度矢量和温度均匀化时间：纵向截面速度分布(a)、横向截面速度分布(b)、熔池表面速度分布(c)、温度均匀化曲线(d)
在以下假设下计算熔池温度均匀化：
•对于无搅拌的熔池，炉底温度假设为1560℃，表面温度为1620℃。然后比较EMS搅拌前后的温度分布(均匀化时间差)。
•对于无搅拌熔池，以EMS力5%的情况为参考，模拟自然搅拌。
温度均匀化曲线如图3d所示，均匀化时间是在最大温差小于5℃时计算的。使用5% EMS功率的温度均匀化时间为305秒，100%使用 EMS功率时候的温度均匀化时间仅为58秒。结果表明：采用100% EMS功率时候，熔池的均匀化使用的时间仅为不采用EMS时间的19%；温度的快速均匀化提高了电弧传热效率，同时也提高了废钢的熔化速率。
2018年春季，在SeAH昌原钢厂3号电炉安装电磁搅拌设备，为了适应这种电磁搅拌，更换安装了一个新的不锈钢下炉壳，在9天的停机期间，安装过程顺利进行。EMS搅拌的特点是通过文件图标可以进行全自动控制，可以进行定制确定以满足不同的电炉工艺阶段的需求，如废钢熔化，钢水均质化，合金熔化，脱碳，除渣和出钢。EMS操作具有运行成本低、可靠性高、安全性高、重现性好等特点。SeAH钢厂所使用的EMS控制页面如图4所示，根据频率的正负值改变搅拌方向。
图4 SeAH工具钢冶炼的EMS动态电流分布图
结果与讨论在电弧炉工艺中搅拌熔池钢水的主要优点是加快了传热传质过程。为了比较ArcSave对电弧炉工艺的影响，在2018年第一季度收集了4个月无搅拌作用的参考工艺数据，并在使用ArcSave下收集了6个月的性能数据。本节将讨论EMS对熔池温度均匀化、能量和电极消耗、通电时间和耐火材料消耗的影响。
熔池均匀化和温差EMS搅拌引起的熔池大的体积量上湍流使整个熔体完全混合，产生很好的温度和成分均匀性。在炉内两个位置，分别从炉门口处和从EBT区，测量了无EMS和有EMS时的温度分布，如图5所示。EMS关闭时，温差范围为9-39℃，EMS打开时，温差范围为0-10℃。
图5 熔池温度测量从炉门口处和EBT区域进行。使用EMS时候，这两个工位钢水的平均温差小于9℃
从冶金学的观点来看，熔池良好的均匀性是非常重要的，均匀的熔池造就了可靠的确定成分，准确预测最终可控出钢碳含量和精确的出钢温度。因此，使用EMS后的熔池得到良好均匀化过程，可以获得不同钢种的准确出钢温度，这对于减少目标出钢温度的变化，使下道钢包精炼炉(LF)/ VOD操作更加平稳顺畅是非常重要的。
废钢熔化和废钢处理电磁搅拌引起的强制对流促进了较大的废钢块和打包料的熔化，使废钢管理加入变得简单起来。计算流体力学(CFD)模拟结果表明，与纯自然对流相比，使用ArcSave系统可以使废钢熔化速率的因素增加了10。[2]熔池内部强烈的对流有助于均匀的温度分布和较高的废钢熔化率。另外，ArcSave装置电弧稳定，降低了电极电流的波动，能够快速熔化大块打包料废钢，而且减少了废钢的崩塌对电极的影响。[3]
快速废钢熔化的主要益处是在SeAH废钢处理成本得到降低。EMS使用之前，钢厂内部剔除钢锭料进入电炉前必须切成小块(小于250公斤)，否则很难在炉内一炉钢中熔化。使用ArcSave后，可将多达4吨的报废钢锭直接装入炉内而不会出现熔化不足的问题。较少的废钢处理工作意味着较少的人工成本，较少的天然气消耗和较高的金属收率。EMS安装后，废钢处理成本降低70-80%。
电弧加热效率高，节能省电在传统的交流电弧炉中，无搅拌时熔池中废钢的温度梯度为50 ~ 70℃，[4,5]现场的实际情况限制了炉底钢水温度的测量，特别是在通电期间。特别为估算电弧加热过程中的熔池温度的分布，对160吨电炉有功功率70 MW采用EBT出钢形式，电弧加热废钢过程中搅拌对温度分布的影响进行了CFD模拟研究。电弧炉内功率分配假设为三部分：
•Pcon: 55%的能量通过熔池对流传热。输入功率的这一部分可以描述为与电极距离的函数。
•Prad：20%通过辐射向熔池传热，可以认为是均匀分布到熔体中。
• Plos：25%通过炉壳、炉盖和电极损失掉。
计算通电期间的熔池底层(从炉底向上50mm)和表层(从液面50mm下方)之间的平均温度梯度，电炉的电磁搅拌EMS开启不同功率程度(5%、15%、30%、50%、70%和100% EMS搅拌力)，这项研究的结果发表在图6中，可以看出，当EMS搅拌力为5%时(相对于无搅拌时)，平均温度梯度随着通电时间的增加而增大，通电10分钟后平均温度梯度达到168℃。随着电磁搅拌力的增大，熔池钢水的温度梯度减小。在100% EMS搅拌力的情况下，平均温度梯度仅为28°C，且随着通电时间的增加，温度梯度几乎恒定。这意味着搅拌降低了熔体表面的过热，从电弧区得到的热量被迅速传输到整体熔池中。表面钢水过热温度的降低，减少了通电期间炉壁和炉盖的热量损失，从而降低了电耗。同时电磁搅拌提高了废钢熔化和脱碳速率，节约了电炉炉内冶炼过程时间，也有助于降低热损失。在通电过程中，炉底钢水温度相应升高也导致了炉底结壳的熔化。
