连铸坯振痕形成机理及电磁控制技术

综述连铸坯振痕形成机理，特别介绍了最近提出的一种新的振痕形成机理，认为连铸过程中结晶器振动导致初始凝固坯壳的“温度波动”是铸坯表面振痕形成的一个重要原因。为减轻振痕，改善连铸坯表面质量，介绍了多种振痕控制技术和最近提出的两种电磁连铸新技术：调幅磁场耦舍结晶器振动的电磁连铸技术和调幅磁场下无结晶器振动的电磁连铸技术。     

EVOLVEMENT MECHANISM OF SURFACE OSCILLA- TION MARKS ON ROUND BILLET DURING SOFT–CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn--Pb--Bi合金熔体弯月面形状. 结果表明,采用电磁软接触连铸技术, 可以显著改善铸坯表面质量; 当电源功率达到最佳值时, 振痕完全受到抑制, 铸坯表面光洁; 但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕. 分析认为, 铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时, 分瓣结晶器 内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布, 加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

电磁软接触连铸圆坯表面振痕演变机理

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn-Pb-Bi合金熔体弯月面形状.结果表明,采用电磁软接触连铸技术,可以显著改善铸坯表面质量;当电源功率达到最佳值时,振痕完全受到抑制,铸坯表面光洁;但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕.分析认为,铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时,分瓣结晶器内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布,加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

高频调幅磁场下无结晶器振动电磁连铸技术的实验研究

研制了可以产生方波、正弦波及三角波3种波形高频调幅磁场发生器，并对其在结晶器内产生的磁场进行了测量．进行了3种波形高频调幅磁场下的无结晶器振动电磁连铸实验，结果表明：在方波、三角波和正弦波调幅磁场作用下的无结晶器振动电磁连铸过程中，当调制波频率略低于系统固有频率时，弯月面与结晶器壁间断接触距离最大，保护渣润滑效果最好，连铸过程拉坯阻力最小，连铸坯表面质量相对较好；在3种高频调幅磁场中，与三角波和方波相比，正弦波较易于减小拉坯阻力和改善铸坯表面质量。     

电磁连铸高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响

建立电磁软接触连铸结晶器内三维电磁场和温度场计算模型,研究采用方波和正弦波调幅后的高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响。结果表明:方波和正弦波调幅磁场的感应热功率都与调幅波频率无关。方波调幅磁场的感应热功率(Q)介于单独施加用于调幅的两个恒幅磁场的感应热功率(Q1和Q2)之间,在Q1和Q2确定后,调幅磁场的感应热功率取决于各自作用时间T1和T2的相对比例;正弦波调幅磁场产生的感应热功率是高频磁场调幅前感应热功率的62%～64%。     

Incoloy800H高温耐腐蚀合金电磁软接触连铸技术的实验研究

通过分析Incoloy800H合金与碳钢等材质的电导率差异性,以及Incoloy800H合金电磁软接触连铸试验结果,证实了镍铬铁基高温耐腐蚀合金电磁软接触连铸的可行性。采用电磁感应法对切缝式结晶器内的磁场分布进行了测量,得出不同电源功率和磁场频率对磁场大小和分布的影响效果,从而选取出适当的电磁参数进行了Incoloy800H电磁软接触连铸对比试验。试验结果表明,当电源功率为66 kW,频率为20 kHz时,铸坯表面质量明显提高,表面振痕明显减轻,凹陷和表面裂纹等缺陷消失。当电源功率增加至100 kW时,铸坯表面质量下降,出现了波浪状振痕和切缝棱边。     

软接触结晶器外对连铸坯施加高频电磁场的基础研究

考察了冷坩埚式结晶器高民磁场对连铸坯表面质量的影响。研究结果表明：采用在传统结晶器壁开缝的方法可以有效地提高型内的磁感应强度,而且结晶器内磁场分布基本均匀,施加高频电磁场的铸坯与传统连铸坯相比,表面振动痕深度明显减小,且表面光滑。     

一种新的电磁浇铸法

为了改善连铸钢的表面质量,日本名古屋大学工学部鹫见郁宏等人提出了一种新的电磁浇铸法,即在钢水凝固的初始阶段从结晶器的外面施加高频磁场。由磁场诱发的磁压力使钢水在与结晶器的软接触压力下发生凝固,这也称为软接触凝固。通过在浇铸熔融锡时施加具有1.75、3.75和15.4 kHZ频率的磁场来检验这种方法对浇铸钢水的适用性。检验结果确认这种电磁浇铸法完全可以应用于钢水的浇铸。较强的磁场强度可以使铸坯获得较好的表面质量,减少振痕。但是,磁场强度过大会引起弯月液面紊流而产生表面缺陷。引起弯月液面上紊流而出现表面缺     

软接触电磁连铸高频调幅磁场作用规律的瞬态分析

利用软接触电磁连铸过程电磁场计算模型,对方波和正弦波调幅磁场进行瞬态分析,研究调幅激励电流密度与结晶器内金属液中的磁感应强度和电磁力之间的响应关系.结果表明:磁感应强度幅值与激励电流密度幅值呈正比关系,两者随时间变化规律一致;调幅磁场磁感应强度变化频率与高频激励电流密度的频率一致,且磁感应强度幅值和磁感应强度变化频率都与调幅波的频率无关,这是通过电流密度调幅获得调幅磁场的依据;调幅磁场电磁力与调幅磁场磁感应强度的平方成正比,与调幅电流密度的平方成正比,电磁力幅值变化周期与调幅电流密度幅值变化周期一致,电磁力变化频率是高频激励电流密度变化频率的两倍.这给调幅磁场通过控制激励电流密度来控制电磁力提供了依据.     

电磁连铸用高频磁场内磁感应强度的分布

用小线圈法测定了等幅高频磁场和调幅高频磁场内的磁感应强度,两种磁场的磁感应强度在空间分布的规律基本相同,即同一高度平面上沿径向从线圈中心至边缘其磁感应强度依次增加,在线圈高度方向上,磁感应强度在线圈高度的二分之一附近达到最大值。等幅高频磁场的磁感应强度随高频电源输出电流的增加而增加,磁场调幅处理能提高磁场内的磁感应强度,提高调幅波信号的幅值电压,可有效提高磁场内的磁感应强度。     

电磁连铸用高频磁场内磁感应强度的分布

用小线圈法测定了等幅高频磁场和调幅高频磁场内的磁感应强度，两种磁场的磁感应强度在空间分布的规律基本相同，即同一高度平面上沿径向方向从线圈中心至边缘其磁感应强度依次增加，在线圈高度方向上，磁感应强度在线圈高度的1/2附近达到最大值。等幅高频磁场的磁感应强度随高频电源输出电流的增加而增加，磁场调幅处理能提高磁场内的磁感应强度，提高调幅波信号的幅值电压，可有效提高磁场内的磁感应强度。     

Theoretical and experimental analyses of continuous casting with soft-contacted mould (Ⅱ)—EMF calculation and experimental analyses

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｗｉｔｈｓｏｆｔ ｃｏｎｔａｃｔｅｄｍｏｕｌｄｉｓａｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｓｔｅｅｌａｎｄｏｔｈｅｒｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ[1～ 3] .Ｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｑｕｉａｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｒｅｇｉｏｎｉｎｂｉｌ ｌｅｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ,ｓｏｉｔｗａｓｐａｉｄｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ[4 ,5] .Ｎｏｗｅｘｐｅｒｉｍ…     

方坯软接触电磁连铸初始凝固区高频磁场的分布

通过实验检测和数值模拟方法研究结晶器切缝形式，弯月面位置以及感应线圈匝数等因素对坯软民磁连铸结晶器内高频磁场分布的影响，分析结果表明，采用通体切缝形式的结晶器具有比封闭切缝形式结晶器更好的透磁性，增加感应线圈匝数时，可增大高频磁场在铸坯初始凝固区的有效范围，当液态金属弯月面位于感应线圈上沿附近时，高频磁场地初始凝固区的有效作用范围较大，电磁压力分布的不均匀程度较大，有助于获得高表面质量的铸坯，通过拉坯实验获得了表面质量得到明显改善的Sn-10Pb合金铸坯。     

Numerical simulation of solidification process of Sn-3.5%Pb hollow billet with stirring magnetic field

In order to study the effect of the stirring flow on the grain diameter and solute concentration of hollow billet, the couple model of the two-phase solidification and electromagnetic field was built to simulate the solidification process of Sn-3.5%Pb hollow billet with the traveling magnetic field and rotating magnetic field. The effects of different kinds of flows on the temperature field, concentration field and grain diameter of molten metal during solidification were analysed. The results show that, there are different flow patterns in the molten metal induced by the traveling magnetic field and rotating magnetic field. Both flows can refine the grains in the hollow billet because of change of the temperature gradient and cooling rate of molten metal. The bigger the stirring velocity is, the smaller the grain diameter. Both flows can result in the macro-segregation in the hollow billet because of the non-homogeneous flows. The bigger the stirring velocity, the more serious the macro-segregation of the hollow billet. So, the stirring intensity should be controlled to acquire the high quality hollow billet.     

软接触结晶器电磁连铸保护渣道的动态压力

通过模型实验，测量了在不同强度高频电磁场作用下液态金属弯月面形状，计算了保护渣道宽度及在结晶器振动一个周期内保护渣道动态压力变化情况．结果表明，高频电磁场能够显著减小保护渣道内动态压力的变化，这是软接触结晶器电磁连铸技术改善铸坯表面质量的一个可能机理．计算还表明，磁场强度的增加并不能无限制地减小保护渣道内动态压力，为获得最佳的铸坯表面质量，存在一个最合适的磁感应强度．