随着现代工业对高端产品需求的增加，生产工艺需要处理种类多样的钢材，以满足特种钢的市场需求。然而，特种钢的需求量较低，与连铸设备的单次生产能力存在差距。为此，连铸工艺采用钢材梯度转变，以实现单次铸造多种钢材。该方法虽然能够提高生产效率，但可能会在新旧钢种之间产生不符合质量标准的转变坯，因此，控制和优化转变坯的成分分布尤为重要。
已有研究多集中在如何通过优化熔融钢流动状态来减少转变坯的长度，主要手段包括控制中间包液位。然而，这些研究较少关注固化过程中产生的宏观偏聚现象，特别是在钢材梯度转变时的表层和中心成分差异未被充分研究。因此，需要进一步探索在转变过程中控制宏观偏聚的新方法，以减少转变坯的长度。
最近，北京科技大学孙彦辉教授及其团队通过数值模拟研究了浸入式水口（SEN）设计和结晶器电磁搅拌（M-EMS）在钢材梯度转变中的作用。研究团队开发了一个三维数值模型，涵盖流动、凝固、传热、电磁和质量传递过程，探讨了不同SEN设计和M-EMS电流强度对宏观偏聚的影响。研究结果表明，使用四孔SEN并关闭M-EMS可以有效降低表层负偏析和中心偏析，从而减少转变坯的长度。
相关研究成果以“Control of macrosegregation at the steel gradient transition by submerged entry nozzle and mold electromagnetic stirring”为题目发表于Ironmaking & Steelmaking期刊2024年第51卷第7期。论文作者为：Sicheng Song, Yanhui Sun*, Yaohuan Wei, Chonglin Liu。
该论文的主要研究结果与结论如下：
使用四孔SEN并关闭M-EMS的组合可将转变坯的长度减少4.3米，显著优于其他方案。
在五孔SEN或开启M-EMS的条件下，次表层负偏析的程度更高，不利于转变坯的质量控制。
铸速降低虽可减少中心偏析，但会延长熔融钢中溶质元素的混合时间，导致转变坯长度略微增加。
表层和中心的成分差异主要由转变坯固化过程中的流动特性所致。
对于钢材梯度转变，采用四孔SEN并关闭M-EMS，无需调整铸速，即可实现对转变坯长度的有效控制。
论文中的主要图片和表格如下：
图1. 三维几何模型示意图
图2. 钢坯中Si含量的模拟值和测量值
图3. 在三种铸速下T形中间包中新钢种质量分数的分布
图4. 在三种铸速下新钢种在SEN出口处的浓度历史
图5. M-EMS和F-EMS磁感应强度的模拟与实测值对比
图6. 三种SEN类型示意图
图7. 在不同电流强度下M-EMS产生的电磁力分布
图8. Si元素浓度分布及钢液流动方向
图9. 随时间变化的钢液流速周期旋转示意
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