电磁场对复杂黄铜凝固组织及性能的影响

通过对水平连铸黄铜棒添加电磁场后的铸态组织、密度、力学性能的研究,分析了电磁场对复杂黄铜铸造的影响.分别进行了普通水平连铸和加电磁场水平连铸试验,研究了电磁场作用下黄铜水平连铸铸坯的凝固组织、力学性能、物理性能等的变化,为黄铜的加电磁场水平连铸生产提供合理的电磁场设计、优化铸造工艺奠定一定基础.     

复合电磁场对连铸结晶器弯月面金属液运动 行为及铸坯质量的影响

为了获得高质量的连铸坯 ,提出了在连铸结晶器外施加复合电磁场的电磁铸造方法。规范和测定了冷坩埚式铜铸型内复合电磁场的分布 ;采用低熔点金属镓和 Sn- 4.5 % Pb合金模拟高熔点钢 ,研究了在水冷铜铸型外施加复合电磁场对结晶器弯月面处金属液运动行为及铸坯质量的影响。实验结果表明 :复合电磁场能够有效地抑制结晶器弯月面处金属液波动变形 ,并改善铸坯的表面质量。随着搅拌线圈磁通密度的增加 ,铸坯的凝固组织由柱状晶转变为等轴晶 ,使晶粒得到细化     

电磁制动下结晶器内流体流动行为的数值研究

 数值模拟了在电磁制动作用下结晶器内金属液的流动行为,并研究了诸如磁感应强度,水口出口角度和磁场位置等各种操作条件对电磁制动效果的影响。数值模拟结果表明：应用电磁制动使结晶器内的流场有很大的改变。施加0.5 T的磁场使结晶器内金属液的表面流速最小,这一计算结果与实验结果十分吻合。为此,应用磁场对结晶器内的流场进行控制,有必要在一定的浇注条件下优化磁感应强度的大小。当磁感应强度、拉坯速度和水口出口角度一定时,磁场位置与水口浸入深度之比有一最佳值,可达到理想的电磁制动效果。     

线材水平电磁连铸过程中磁场分布的数值模拟

针对线材电磁水平连铸过程中磁场分布问题，建立了二维轴对称有限元模型。利用ANSYS软件包进行划分网格及计算，模拟出了磁场在连铸结晶器区域的分布。研究了磁场频率对金属熔体内磁感应强度及洛仑兹力的影响。计算结果表明：随着频率的增大，磁感应强度减小，洛仑兹力先增大后减小且其作用范围逐渐集中于熔体表面区域。     

连铸坯集肤表层电磁激励超声场模拟

为研究连铸二次冷却区凝固坯壳厚度电磁超声无损检测机理,分析了连铸坯表面振痕对超声波信号的影响.利用有限元分析方法,建立螺旋线圈电磁超声换能器在连铸坯表面的电场、磁场、力场和声场的耦合模型.并以贝塞尔曲线方程模拟表面振痕,分析了表面振痕对连铸坯集肤表层的涡流、磁场、力场等分布规律的影响.实验结果验证了仿真分析中模型和仿真结果的正确性,为设计连铸过程凝固坯壳厚度电磁超声无损检测装置提供了理论参考依据.     

磁场搅拌方式对Sn-11％Sb合金凝固组织与偏析的影响

中心偏析是钢连铸坯的常见缺陷,严重影响了产品的质量。电磁搅拌是对金属凝固过程进行控制、改善连铸坯质量的有效手段,旋转磁场电磁搅拌在钢的连铸过程中已得到广泛的应用,但螺旋磁场电磁搅拌的研究鲜见报道。以低熔点合金模拟钢的凝固过程,对采用不同电磁搅拌方式改善中心偏析缺陷的效果进行了模拟对比试验。研究了螺旋磁场电磁搅拌和旋转磁场电磁搅拌对Sn-11%Sb二元合金凝固组织的影响,并与常规条件下的凝固组织进行对比。试验结果表明,在相同电磁搅拌参数下,螺旋磁场电磁搅拌比旋转磁场电磁搅拌更能减小铸锭上下部成分之间的差异,细化晶粒,更好地促进铸锭成分均匀化效果。     

350 mm×470 mm大方坯结晶器电磁搅拌参数优化

对350 mm×470 mm大方坯结晶器电磁搅拌的空载磁场进行了在线测量,获得了结晶器内磁感应强度分布规律。根据磁场测量结果计算了凝固前沿的电磁力及钢水流动速度,并分析了电磁搅拌参数对钢水流动速度的影响,确定了搅拌电流和频率的范围。由42CrMo钢现场实验的结果得出,当结晶器电磁搅拌电流为150 A,频率为2.5 Hz时,铸坯横断面的最大碳含量的偏差为±0.01%,带状偏析基本消除,铸坯内部质量明显改进。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内磁场分布数值模拟

 用数值模拟方法研究了圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内磁场分布,讨论改变结晶器结构参数、工艺参数和电参数等因素对结晶器内磁场的影响。结果表明,结晶器内磁场强度在结晶器高度方向上先增大再减小,在感应线圈中心偏下处,磁感应强度达最大;综合考虑结晶器结构和透磁性,切缝宽度选为05 mm,切缝数为8;当自由液面位于感应线圈的中心位置时能获得最大的磁感应强度;随着电流和频率的增加,结晶器内磁感应强度也随着增加。     

Influence of electromagnetic stirring on transport phenomena in round billet continuous casting mould and macrostructure of high carbon steel billet

Abstract

The characteristics of magnetic field, flow field, temperature profile and inclusion trajectories in a round billet continuous casting mould with electromagnetic stirring (M-EMS) were numerically simulated. An industrial plant trial was conducted to verify the magnetic field characteristics and investigate the influence of M-EMS on the solidification macrostructure of high carbon steel. The results indicate that the predicted magnetic field was in good agreement with the measured data, and the velocity patterns, temperature, inclusion trajectory distributions and macrostructure of steel are significantly modified using M-EMS during casting.     

Effects of forced electromagnetic vibrations during the solidification of aluminum alloys: Part II. solidification in the presence of colinear variable and stationary magnetic fields

The influence on grain refinement of electromagnetic vibrations imposed during solidification of various aluminum alloys has been examined. The vibrations were produced, without any material contact with the solidifying alloys, by the simultaneous application of a stationary magnetic fieldB ₀ and a periodic magnetic fieldb(t) of 50 Hz frequency. Extensive grain refinement has been observed in both continuous casting and batch-type mold casting. This investigation shows that the mean grain size obtained by this electromagnetic vibrational method is smaller than that produced by the variable magnetic field acting alone (electromagnetic stirring), particularly when the alloys are characterized by a narrow freezing range.     

电磁搅拌技术在铜管水平连铸生产中的应用研究

在传统铜管水平连铸的基础上应用电磁搅拌原理开发了电磁连铸技术,采用结晶器外施加电磁场的方法来提高铜管铸坯的质量。当铜液在交变电磁场中运动时产生感应电流,感应电流和交变磁场相互作用,产生作用于初始坯壳、指向液芯的电磁力。其径向分力减小了铜液与结晶器内壁之间的接触压力,继而减小了拉坯摩擦阻力,有利于提高铸造管坯的表面质量;其水平方向的分力则促使铜液强迫对流,减小了液穴内的温度梯度,破坏了枝状晶的生长,增加了非自发晶核,细化了晶粒,减少铸坯的内部的疏松、偏析和裂纹等缺陷,提高了凝固组织分布的均匀性,从而达到改善铜管铸坯后续加工性能和提高产品成品率的目的。     

连铸结晶器电磁搅拌磁场及钢液流场模拟

 建立了大方坯连铸结晶器电磁搅拌条件下电磁场及钢液流场数学模型,开发了相应的Visual Cast仿真软件,并应用软件模拟分析了大方坯连铸结晶器内磁场、电磁力分布及双侧孔浸入式水口条件下结晶器内钢液流场的分布特征。结果表明,结晶器内磁场分布均匀,并沿横断面水平旋转,电磁力的旋转周期为磁场旋转周期的一半。电磁搅拌改变了结晶器内流场形态,减小回流区和冲击深度,有利于促进钢液中非金属夹杂物上浮排除,提高大方坯洁净度。     

Finite Element Analysis of 3-D Electromagnetic Field in Bloom Continuous Casting Mold

Three-dimensional finite element model of electromagnetic stirrer was built to predict magnetic field in a bloom continuous casting mold for steel during operation.The effects of current intensity,current frequency,and mold copper plate thickness on the magnetic field distribution in the mold were investigated.The results show that the magnetic induction intensity increases linearly with the increase in current intensity and decreases with the increase in current frequency.Increasing current intensity and frequency is available in increasing the electromagnetic force.The Joule heat decreases gradually from surface to center of bloom,and a maximum Joule heat can be found on corner of bloom.The prediction of magnetic induction intensity is in good agreement with the measured values.     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

对方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,分析了不同电流强度、电流频率、结晶器铜管以及结晶器内水套对电磁搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系,模拟结果与实测结果一致;并得出采用合适的电磁搅拌参数可以在结晶器内获得合理有效地电磁搅拌强度,从而可以更有效地改善铸坯的质量.     

圆坯电磁软接触连铸结晶器高频磁场分布

通过实验检测和数值模拟方法研究圆坯电磁结晶器切缝形式、切缝宽度、切缝数量及切缝长度对圆坯电磁软接触结晶器内高频磁场分布的影响,为软接触结晶器优化设计提供磁场理论依据.结果表明:切缝数增加可提高透磁性和均匀性;增大缝宽对透磁性影响不明显,但降低均匀性;缝长只在一定范围内对透磁性有影响.     

Effect of Structure Parameters on Power and Magnetic Field in Electromagnetic Soft-Contact Continuous Casting System

To design a power source system and mold for electromagnetic soft-contact continuous casting process and to theoretically estimate the heat losses from the charges and the system power, the effect of structure parameters on system power and magnetic flux density distribution was calculated using finite element method. The results show that as for electromagnetic soft-contact continuous casting system with partial-segment type mold, the power consumption is much more than that with a full-segment type mold; about 62% of electric power is dissipated in the mold, and the effective acting range of magnetic field is relatively narrow. Optimizing mold structure is a crucial measure of remarkably reducing mold power consumption and saving electric energy. Increasing slit number, width, and length can remarkably increase the magnetic flux density in the mold and can reduce the electric energy consumption. Among structure parameters, slit number and slit width are relatively more effective to reduce energy consumption. For a round billet electromagnetic continuous casting system with diameter of 178 ram, the reasonable slit number, width, and length are about 24--32, 0. 5--1.0 mm, and 160 mm, respectively.     

电磁制动对镀锡板高拉速结晶器内流场的影响

 为了实现镀锡板高拉速生产，采用数学模型和工业试验研究了在FC(电磁制动)结晶器条件下水口角度、水口插入深度、拉速及磁场强度对结晶器流场特征的影响。研究结果表明,随着水口角度、插入深度和拉速的增加，下磁场作用区域靠近窄面的钢液受到的电磁力明显增大，水口下方的磁场可有效地减小水口出口射流对窄面的冲刷；在工业试验中发现，施加磁场后水口两侧钢液面流速对称性得到改善，钢液面轮廓较平稳，当BU(上磁场强度)为0.5BL(下磁场强度)时液位波动最小；夹杂物明显降低，边部大于10 μm夹杂物数量密度从0.134 降低到0.079 个/mm2，1/4处夹杂物数量密度从0.129 降低到0.074 个/mm2，宽度中心处数量密度从0.100 降低到 0.073 个/mm2；凝固钩的长度和深度都有明显的降低作用，平均深度从2.3 降低到1.7 mm，平均长度从2.3 降低到2.0 mm，适合的电磁制动参数可以抑制凝固钩的生长。通过优化FC结晶器参数，氧化铝类缺陷降低约77.8%，保护渣类缺陷降低约82.6%，并且在工业上实现了拉速为2.0 m/min的常态化生产。     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

行波磁场铸流搅拌提升不锈钢板坯等轴晶率

为揭示各种行波磁场铸流搅拌的电磁冶金效果,基于计算域分段法建立了断面1280 mm×200 mm板坯连铸电磁、流动、传热和凝固的耦合模型,利用电气参数和磁感应强度的实测值和预测值的对比验证了模型的可靠性。研究表明:行波磁场搅拌器因电磁推力的方向性特点在板坯二冷区搅拌过程中均表现有不同程度与特征的端部效应,辊后箱式搅拌器(Box-typed electromagnetic stirrer, B-EMS)的单侧安装形式导致板坯内弧侧磁感应强度远大于外弧侧,辊式搅拌器(Roller-typed electromagnetic stirrer, R-EMS)的对辊安装形式则使磁感应强度呈现对称分布。在400 kW和7 Hz的相同电气参数下,R-EMS的电流强度比B-EMS高75 A;尽管箱式电磁搅拌的有效作用区域较辊式电磁搅拌大,铸坯中心钢液过热耗散区域大,但辊式搅拌推动钢液冲刷凝固前沿形核作用则明显大于箱式搅拌。两者均具有较好的抑制柱状晶生长、促进凝固前沿等轴晶形核与发展的能力,将不锈钢板坯等轴晶率提高至45%的门槛值以上,其中间隔型反向辊式搅拌器下的等轴晶率比箱式搅拌高约17%。综合表明,基于行波磁场铸流搅拌的间隔型反向辊式搅拌器有望更好地消除铁素体不锈钢板材表面皱折缺陷。      

钢的软接触电磁连铸技术的研究进展

钢的软接触电磁连铸技术(SoftContactElectromagneticContinuousCasting)是利用高频交变电磁场在结晶器内铸坯初始凝固区施加电磁压力来减少钢液与结晶器壁的接触压力,从而减小结晶器振动对铸坯表面质量的影响,降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热来提高铸坯表面质量。分析了实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场及无结晶器振动的电磁连铸技术。