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。     

软接触结晶器电磁连铸中拉坯阻力的实验研究

软接触结晶器电磁连铸可以改善铸坯的表面质量,但其电磁场对拉坯阻力的影响以及拉坯阻力与铸坯表面质量间的关系仍值得研究。笔者设计并制作了悬臂梁应变仪,在小型连铸机上测定了软接触结晶器电磁连铸过程中结晶器内的拉坯阻力,并对连铸坯的表面质量进行了分析。结果表明：①在本实验条件下,随着拉坯速度的提高,无论有、无保护渣或连续的高频电磁场,拉坯阻力均增加,铸坯表面质量下降;②施加保护渣或连续的高频电磁场都能显著降低拉坯阻力,而且拉坯速度越大,拉坯阻力下降的幅度越大;③随着磁场强度的增加,拉坯阻力减小,铸坯表面质量提高。但当磁场强度达到一定程度时,拉坯阻力开始增大,相应的铸坯表面质量下降。这表明,铸坯表面质量与拉坯阻力直接相关。     

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     

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。     

电磁搅拌对大圆坯结晶器冶金行为影响的探讨

 为了探究结晶器电磁搅拌(M EMS)对大圆坯结晶器内综合冶金行为的影响。以大断面圆坯连铸结晶器冶金行为为研究对象,基于电磁热流体与凝固传输理论建立三维耦合数值模型。揭示大圆坯连铸常用五孔水口浇注条件下结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等综合冶金行为,提出电磁搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。以中碳铬钼齿轮钢650 mm大圆坯连铸为例,指出结晶器电磁搅拌存在最佳搅拌电流,可获得相对较好的综合冶金效果。具体表现为弯月面保持一定的切向速度和过热度,有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除;液面波动幅度在控制范围内,可避免卷渣、改善表面质量;结晶器内钢液过热得到有效耗散,有利于等轴晶形核改善铸坯内部质量;侧孔出流钢液速度得到有效控制,可抑制注流对初凝坯壳的冲刷,提高了初生坯壳生长的均匀性。此外,电磁搅拌产生的水平旋流强度也可得到有效控制,有利于避免常见的皮下白亮带现象。     

电磁软接触连铸技术对连铸坯表面振痕的影响及原因探讨

电磁软接触连铸技术是一门新兴技术．讨论了电磁软接触连铸技术的产生背景和发展过程;分析了其作用原理;综述国内外学者利用电磁软接触连铸技术实验的冶金效果;实验研究了有无电磁场作用下弯月面区域结晶器壁温的温度变化规律．结果表明：电磁软接触连铸技术可以提高结晶器内壁和金属熔池温度,改善铸坯的初始凝固过程,减轻振痕,提高铸坯的表面质量．最后提出了电磁软接触连铸技术研究中还需进一步研究的关键问题．     

连续铸轧结晶器内钢液在电磁力驱动下流动和传热的数学模型

本文阐述了连铸坯液芯轧制的优点和结晶器电磁搅拌对改善铸坯质量的重要意义。建立了描述连铸坯液芯轧制过程中结晶器内钢液在电磁力驱动下流动和传热的数学模型。     

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.     

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弯月面处金属液运动行为及铸坯质量的影响。实验的结果表明：复合电磁场能够有效地抑制结晶弯月面处金属液波动变形，并改善铸坯的表面质量。随着搅拌线圈磁密度的增加，铸坯的凝固组织由柱状晶转变为等     

电磁脱氧-电磁连铸法生产高性能无氧铜

提出一种在国内企业现有装备基础上生产高性能无氧铜的电磁脱氧-电磁连铸的方法，并完成工业试验和批量生产。结果显示，采用多级电磁搅拌方式，可实现大尺度、高性能无氧铜材料的非真空、低成本、连续性生产，并在材料组织和物理、机械性能方面优于目前生产的同类材料。电磁搅拌系统及工艺的优化是实现铜液脱氧的关键。连铸电磁场、结晶器、电磁参数与铸造工艺的匹配和优化，对铸坯组织、性能、质量有重要影响。     

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。     

水平连铸机生产20管坯表面质量分析

对石横特殊钢厂水平连铸机生产２０管坯中出现的一些表面质量缺陷的产生原因进行分析,采取了控制钢水中Ｃ含量、锰硫比、钢水过热度、控制中间包液面、拉坯辊压和工艺参数、提高结晶器质量等措施,有效地控制了连铸坯表面缺陷的产生。     

末端电磁搅拌对弹簧钢连铸坯内部质量的影响

 55SiCrA弹簧钢连铸坯容易出现内部质量问题,合理的末端电磁搅拌(F-EMS)能有效地改善连铸坯内部质量,但不合理的末端电磁搅拌会对连铸坯内部质量无改善作用甚至造成内部质量下降。为了提高连铸坯内部质量,得出最优末端电磁搅拌方案,研究了末端电磁搅拌参数对断面尺寸为150 mm×150 mm的55SiCrA弹簧钢连铸坯内部质量的影响。通过建立连铸过程凝固传热模型分析现行工艺下铸坯的凝固情况,确定末端电磁搅拌的位置为距弯月面8.45～8.73 m处。在测定末端电磁搅拌下连铸坯中心磁感应强度的基础上,对电流与频率进行匹配研究,并开展相应的工业试验。结果表明,在采用末端电磁搅拌参数为300 A/8 Hz时,55SiCrA弹簧钢的中心碳偏析平均值达到1.007,连铸坯中心缩孔改善,中心等轴晶率提高,连铸坯综合质量最好。     

圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为

以特殊钢圆坯连铸为研究对象, 建立了研究凝固末端电磁搅拌作用效果的三维耦合数值模型.利用分段计算模型获得末端电磁搅拌区域钢液流动与凝固的实际状态, 并采用达西源项法处理凝固末端钢液在糊状区的流动, 研究了不同电磁搅拌工艺参数下的电磁场分布及钢液的流动与传热特征.通过测量搅拌器中心线磁感应强度和铸坯表面温度验证了模型的准确性.研究结果表明: 电流强度每增加100 A, 搅拌器中心磁感应强度增加19.05 mT, 电磁力随着电流强度的增加显著增大.在20~40 Hz范围, 随着电流频率的提高, 中心磁感应强度略微下降, 但电磁力仍有所增加.在搅拌器区域, 液相穴内的钢液在切向电磁力的作用下旋转流动, 其切向速度随着电流强度和频率的增加而变大.末端电磁搅拌可促进钢液在圆坯径向的换热, 随着电流强度和频率的提高, 铸坯中心轴线上的钢液温度降低, 同时末端搅拌位置处的中心固相分率增加.      

水平连铸坯的热应力计算分析

应用铸坯在凝固过程中的热应力模型，对水平连铸坯进行了传热、应力和应米的计算分析，表明铸坯出结晶器后温度回升太大和凝固末期中心温度的迅速下降，是产生中心裂纹和中间裂纹的可能原因。     

160 mm x 160 mm连铸坯结晶器电磁搅拌对钢液流场影响的数值模拟

采用数值模拟方法对比研究了160 mm×160 mm铸坯电磁搅拌参数对钢液搅动和结晶器内流场的影响。结果表明,在频率(1.0～5.0 Hz)条件下,磁感应强度随着频率的增大而减小,且变化量较大。钢液内电磁力沿圆周方向对称分布。在电流(200～500 A)条件下,磁感应强度随着电流的增大而增大。结晶器内半径方向上电磁力波动较大,存在多个波峰,波峰最大的位置都在距结晶器铜管15 mm处,与搅拌电流的大小无关,电磁力随电流的增大而增大。小方坯结晶器电磁搅拌频率应控制在3～4.5 Hz,电流大小应控制在300～500 A。     

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.     

方坯高效连铸新型结晶器传热分析与应用

提出了方坯高效连铸结晶器有效结构形式,并通过ansys有限元软件,建立高效连铸结晶器与传统结晶器铜管的传热模型,并对其凝固传热以及温度场进行计算对比,重点讨论不同结构形式的结晶器在传热效率及传热均匀性方面的差异,并讨论其对高拉速下坯壳凝固的影响。结果表明,高效结晶器可以使得结晶器的传热效率提高7.8%,并且使得结晶器铜管热面最高温度降低100℃,热面温差降低到5℃以下。作者根据该理论,通过有限元优化设计,设计制造出方坯高效连铸结晶器,并应用于某钢厂155mm方断面的铸机上,稳定生产拉速达到4m/min,最大拉速达到4.46m/min。