电磁搅拌对TiB2颗粒增强钢组织和力学性能的影响

在立式线型电磁搅拌器的作用下凝固制备TiB_2颗粒增强钢,研究了电磁搅拌对组织中的颗粒形态和尺寸分布,以及对材料的Vickers硬度分布和拉伸力学性能的影响。结果表明,电磁搅拌有效地细化了颗粒增强钢中的初生TiB_2颗粒尺寸,颗粒平均尺寸随励磁电流的上升而逐步减小。较高的励磁电流下颗粒的分布更均匀弥散,且去除了颗粒周围的裂缝缺陷。电磁搅拌降低了TiB_2颗粒增强钢的宏观偏析,减小了铸锭中不同高度组织的硬度差。较大的励磁电流有助于提高材料的平均硬度,在350 A励磁电流下硬度达到275 HV。电磁搅拌可提高TiB_2颗粒增强钢的抗拉强度和断裂应变,励磁电流为350 A时,抗拉强度达到520.2 MPa,断裂应变约为8.5%。颗粒细化的主要原因是受到电磁搅拌下的熔体流动冲击和电磁力的作用。理论分析了颗粒所受电磁力的影响因素,电磁力随磁场强度升高而增大,随熔体温度的上升而减小,随颗粒尺寸的增加而增大。     

大方坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用数值模拟与现场实测相结合的方法,对大方坯结晶器电磁搅拌(M-EMS)过程进行了耦合数值模拟,研究了电磁搅拌参数及结晶器铜管厚度对钢液磁场和流场分布的影响。结果表明:当其他参数不变时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增大而增加。磁感应强度随频率增加而减小,电磁力和流速随频率的增加而增大;且随着频率的增加,最大磁感应强度、电磁力和流速的变化值减小。对于连铸470mm×350mm大方坯,电磁搅拌电流和频率分别为550A和2Hz,结晶器铜板厚度为35mm时,能起到良好的电磁搅拌效果。     

中间切缝圆坯连铸结晶器内弯月面行为的试验研究

采用Sn-Pb-Bi低熔点合金模拟钢液对高频电磁场作用下中间切缝圆坯连铸结晶器内的弯月面行为进行研究,从弯月面形状、高度和三相点位置等方面入手分析,讨论了电源功率、感应线圈位置和磁场频率对弯月面行为的影响,并以钢液为试验材料进行模型试验,验证了采用Sn-Pb-Bi低熔点合金进行研究的可靠性。结果表明,电功率对弯月面行为影响较明显;感应线圈的最佳安装位置位于结晶器切缝区域中心;在20～30kHz范围内增加磁场频率可以有效提高弯月面高度,但当磁场频率超过30kHz后,弯月面高度增加幅度不明显;在相似的试验条件下,钢液弯月面轮廓线接近于合金熔液的弯月面,这表明采用Sn-Pb-Bi低熔点合金熔液可以准确地模拟钢液的弯月面行为。     

圆坯电磁软接触连铸系统能耗和磁场特性的模拟

建立了电磁软接触连铸系统能耗分析模型,采用有限单元法,数值模拟了电磁软接触连铸结晶器内的磁场特性和系统功率分布,讨论了频率和线圈电流强度对磁场分布和系统功耗的影响。结果表明,在中间切缝结晶器连铸系统中有59%~65%的电能损失在了结晶器中;铸坯外表面纵向上的最大磁感应强度出现在液面以下5.5mm附近;结晶器内的磁感应强度与线圈电流成正比;在频率为10kHz~100kHz范围内,增加频率,结晶器内的磁感应强度逐渐降低;线圈电流强度不影响磁场的周向均匀性,在频率为20kHz时,磁场周向均匀性较好;系统能耗与线圈电流的平方成正比,频率增加,系统能耗显著增大,相同磁感应强度下,50kHz时所需系统功率为20kHz时的165%。对于178mm圆坯电磁软接触连铸系统,建议采用20kHz的频率。     

板坯电磁加热中间包钢液流动特性和结构优化

电磁加热中间包技术能有效补偿浇注钢液温降,实现恒温和低温浇注。为使电磁加热中间包技术能合理应用于双流板坯连铸,建立了相应的数学模型,研究了感应加热技术对中间包内流动和温度特性的影响。考察了挡墙-挡坝和通道角度等因素对钢液温度场和流动行为的影响。结果表明,通道式感应加热技术不能直接应用于双流板坯连铸,有必要优化中间包结构。电磁加热能显著提高中间包分配室内的钢液温度,但会产生短路流。挡墙-挡坝可有效减少短路流和均匀钢液温度。挡墙-挡坝与水口出口距离为0.5 m时,钢液流动状态较好,温度分布较均匀;增大通道展开角度不适用于双流板坯感应加热中间包。合理的加热功率模式可将浇注温度波动控制在5 K以内。     

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题.根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程.计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度.计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求.     

底吹钢包两相区两段模型

在考虑雷诺应力的基础上，建立了底吹钢包中气液两相区流体流动的两段模型。这一模型可用于计算近喷嘴处和浮羽流区各截面处两相流的平均速度、速度分布、流股直径和平均含气率等．数值计算表明：理论含气率与实验值符合很好．计算还表明：平均含气率和平均速度随高度的增大而减小，但流股直径随高度的增大而增大．另一方面，平均速度随初始供气量的增大而增大，而抽引比则随供气量增大而减小．通过两段模型可很好地描述喷嘴处气液流的行为．     

大方坯结晶器电磁搅拌磁场流场耦合数值模拟

为了更加清楚的了解大方坯结晶器电磁搅拌过程钢液流动的状况,采用耦合数值模拟的方法,以矢量图和云图的形式直观地研究了结晶器电磁搅拌电流和频率对大方坯流场分布的影响.结果表明,随着电流和频率的增加,速度和湍动能逐渐增大,搅拌器的影响区域也逐渐靠近中心,电磁场的影响区域增大.     

大方坯结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响

采用有限元软件,研究了连铸470mm×350mm大方坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应和电磁力分布的影响,并与实测数值进行了对比.研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致.电磁力在大方坯水平截面上呈周向分布.当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小.电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小...     

软接触电磁结晶器内三维弯月面形状数值模拟

建立了软接触电磁结晶器内交变磁场和三维弯月面形状的耦合模型,在用实验结果验证的基础上,模拟了方坯连铸结晶器三维弯月面形状,研究了弯月面形状的不均匀特性,讨论了感应线圈与初始钢液面之间的相对位置、电流强度和电源频率等因素对弯月面形状的影响。结果表明：当初始钢液面位于感应线圈中心位置附近时,电磁力对金属的约束成形作用最强;电流强度比电源频率能更明显地改变弯月面形状,但提高电源不仅能适当增加弯月面高度,还有利于弯月面的稳定,在实际应用中应采用20kHz以上的电源频率。