结晶器电磁搅拌器的内腔磁场和端部漏磁的数值模拟

借助有限元分析与试验测量相结合的方法,分别研究了相同铁芯高度和安匝数下凸极式和环形式铁芯结晶器电磁搅拌器的内腔磁场和端部漏磁。研究表明,模拟结果与试验结果一致。在搅拌器内腔正中心沿拉速方向(轴向z)上,凸极式和环形式铁芯电磁搅拌器的磁感应强度变化趋势一致,都沿z轴正向变化平缓。而向铁芯表面逐渐靠近时,凸极式电磁搅拌器的磁感应强度沿z轴先逐渐增大,在距搅拌器水平中心面约150mm的铁芯端部达到最大峰值,然后由端部向外急剧降低,呈“山峰”状的分布趋势。在越贴近搅拌器铁芯表面处,这种磁场分布趋势越明显,即端部漏磁越明显。而与凸极式铁芯电磁搅拌器相比较,环形式铁芯电磁搅拌器的端部漏磁明显小很多。磁感应强度沿z轴的变化相对比较平缓,仅在线圈端部约225mm处出现一个较小的峰值,而后陡降,其分布呈“悬崖”状。     

电流在电磁搅拌制备SiC/C19400复合材料中的影响

采用有限元软件对电磁搅拌过程进行数值模拟,研究电流对磁感应强度及洛伦兹力的影响规律。通过模拟计算结果显示,模型在通电线圈围合的范围内产生了感应磁场,且磁场强度呈现由模型中心向外缘线性上升的趋势,加载电流越大,磁场强度越大。在二维模型中距离熔体圆心30mm处取值,当电流为60A时,磁场强度为139.5mT,比电流为30A时提高了99%。此外,洛伦兹力的分布同样是从中心向熔体直径增大方向增加。表明了增加电流对电磁搅拌效果提高有积极的作用。     

线圈结构对重载链轮感应加热过程的作用

 重载链轮是冶金工程领域基础传动件之一,对其进行表面强化处理是提高寿命的重要手段。对链轮采用仿轮廓外形的线圈进行电磁加热可获得近似的仿齿形加热层。但是在圆环效应和邻近效应的综合作用下,磁场强度的不均匀分布成为链轮温度不均匀的根本原因,控制磁力线在空间中的合理分布仍是获取高品质加热质量的关键因素。研究了重载链轮感应加热机制,建立了多坐标精准控制仿真模型,分析感应线圈结构参数对加热质量作用规律,发现调整线圈角度、齿根半径、齿顶距离可使齿廓最大温度差比完全仿形线圈最高下降1/3。     

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。     

辊式电磁搅拌器电磁特性研究

针对辊式电磁搅拌器关键结构参数与电磁特性之间的相互关系,通过计算机仿真计算和试验测量的方法分别进行了分析和对比研究。着重就辊式搅拌器线圈、铁芯、屏蔽罩、辊套等参数对磁场分布、电磁力大小、负载特性差异等的影响规律进行了深入系统的计算和分析。研究发现,电磁力随着搅拌频率增加而先增大后减小,最佳频率在10Hz以上;铁芯直径参数对电磁力具有决定性影响;电磁力大小与相平衡之间存在相互制约的关系。     

电磁软接触方坯连铸凝固过程夹杂物碰撞长大行为

电磁软接触对于方坯连铸而言是一项重要的电磁技术。采用数值模拟方法分析了电磁软接触连铸机内电磁力场、流场和夹杂物场的分布特点。数值结果表明，应用电磁软接触后，电磁力主要集中在靠近结晶器的铸坯表面；电磁力在水口两侧产生涡流，同时加快了液面处钢液的流动。电磁软接触下连铸机内夹杂物分布与无电磁软接触下夹杂物分布大体相似。在结晶器下方，随着距液面距离的增加，夹杂物数量密度逐渐降低，夹杂物特征半径逐渐增大。在液面处，电磁软接触下夹杂物浓度、数量密度和特征半径明显降低。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈\     

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。     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

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.     

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.     

氯化物熔盐电解槽磁场模拟

氯化物熔盐电解槽内部磁场的稳定对电流效率的提升非常重要。以50 kA氯化物熔盐电解槽为研究对象，运用有限元软件COMSOL建立电解槽三维电磁场模型，模拟了50 kA电解槽不同平面x、y、z三个方向的磁场强度和电磁力分布特点，重点研究工艺参数对磁场强度和电磁力分布的影响。结果表明，电流增加，每个平面的磁场强度和电磁力均增加，且增幅相同；降低极距、增加电解质液面高度、增加阳极半径均会使磁场强度最大值和电磁力最大值增加。     

典型受载铁磁构件的数值模拟和磁特性

研究了铁磁构件在受载状态下表面产生漏磁的磁记忆现象,对含小孔平板进行了有限元分析,实测了受拉伸载荷时的漏磁场值.结果表明,应力集中对构件的磁特性有显著影响,在应力引起的小范围塑性变形区域存在有效的磁记忆信号,采用磁记忆方法对设备承载铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的.     

380mm×280mm大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

利用有限元分析软件,建立了380 mm×280 mm大方坯结晶器电磁搅拌的三维数学模型,系统研究了电磁搅拌工艺参数(电流250～500 A,频率1.5～3.0 Hz,结晶器铜板厚度34～40 mm)对结晶器内电磁场的分布影响。结果表明,结晶器内磁感应强度沿铸流轴向呈"两端小、中间大"分布;电流从350 A增大到500 A,搅拌器中心的磁感应强度呈线性递增;频率由1.5Hz增大到3.0Hz,搅拌器中心磁感应强度仅减小0.001 5 T;随着结晶器铜板厚度的增大,铸坯宽面、窄面和角部的磁感应强度都减小。在实际连铸U71Mn重轨钢中,电流应该维持在400 A以上。     

多模式磁场电磁搅拌器仿真及工艺参数优化

设计了一款多模式电磁搅拌器, 并利用有限元分析软件Ansoft Maxwell建立了多模式磁场电磁搅拌器的三维数值模型, 同时利用高斯计对实验平台的电磁场参数进行测量。将两者进行比较之后, 发现两者整体趋势一致, 数值偏差很小, 证明了数值仿真模型的准确性。最后, 利用搭建的三维数值模型, 研究分析励磁电流强度以及励磁电流频率对旋转磁场、行波磁场以及螺旋磁场的磁感应强度以及电磁力分布规律的影响, 以此达到优化工艺参数的目的。      

Optimized Electromagnetic Fields Levitate Bulk Metallic Materials

The bulk metallic electromagnetic levitation technique has a promising application prospect in condensed physics and materials science. In order to resolve the problem of weak levitation force and the small size of samples, an optimized solution based on finite element analysis (FEA) is developed to seek the best electromagnetic field distribution in the levitation zone. The influence of material properties on the distribution of magnetic flux density, surface pressure, and the Lorentz force were studied by the FEA method with various sample sizes of titanium and copper balls. The levitation capability of cylindrical coil system which consists of a single-layer coil with an inner diameter of 30 mm and the levitated object with a diameter of 20 mm was analyzed. To keep a balance between the turn number and increment efficiency of force, the best number of 7 turns is confirmed. Then, two types of optimized coils were predicted by numerical simulations, and the levitation force is improved drastically. The double-layer coil displays an outstanding levitation capability owing to the strong electromagnetic field generated by multilayer turns. In addition, 5 to 50 g aluminum, titanium, copper, and nickel are levitated by the above three kinds of coils and the levitation capacities are validated from the recorded data of the minimum operating current that can levitate the samples. The experimental results show good agreements with the simulation results, and the minimum current for optimized coils is reduced efficiently.     

脉冲电流作用下金属熔体内电磁场分布的数值模拟

 将脉冲电流作用于铁素体不锈钢,发现经过脉冲电流处理后等轴晶比例大幅增加,晶粒明显缩小。建立了考虑集肤效应的三维电磁场瞬态有限元模型,利用ANSYS软件对电极及熔体内的电场、磁场、电磁力分布进行了计算,结果表明,由于集肤效应使得电磁场主要集中在电极周围和熔体上部,且在脉宽的后期电磁场的方向由于涡流的存在而发生变化;电极间距对熔体电磁场均匀性具有较大影响;随着脉冲电流的脉宽减小,熔体上部的电磁场增强,但集肤深度也越小,同时作用时间缩短。