高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理

采用小线圈法对结晶器内的磁场分布进行了测量,并对结晶器内磁场,电磁力和钢液流速分布进行了数值模拟.在实验室连铸机上进行了合金结构钢15CrMo的连铸实验,对连铸坯表面形貌进行了观察与分析.提出了高频电磁场对连铸坯质量影响的机理:施加高频电磁场后,保护渣通道拓宽,铸坯与结晶器壁间的渣道动压减小,有效地抑制了铸坯表面振痕的产生;受电磁场Joule热以及保护渣热阻增加的影响,已结晶同相的温度梯度减小,柱状晶生长受到抑制.此外,实验测量和数值模拟结果表明,由于磁场在拉坯方向分布不均匀,在弯月面区域形成上,下2个,,向相反的涡流,钢液环流造成固/液界面前沿液柑的温度梯度减小,有利于形成成分过冷而获得发达的等轴晶组织.     

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。     

保护渣碱度对薄板坯结晶器平均热流量的影响

在钢的连铸过程中,钢水在结晶器内的凝固对铸坯的产量和质量均有很大影响,几乎所有的铸坯表面缺陷均形成于结晶器内。近年来,随着连铸拉速的增加及对铸坯表面质量要求的提高,有关结晶器冷却、传热对钢水的初始凝固及表面纵裂纹影响的研究成为连铸科学研究的重点。结晶器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境,保护渣控制传热为常用的措施。薄板坯浇铸时由于拉速高,为获得表面无缺陷铸坯,对保护渣控制传热的要求更高,同时也需协调保护渣的润滑功能。通过生产试验,研究比较3种碱度保护渣（CaO/SiO2分别为1.06、1.26和1.48）对薄板坯结晶器平均热流量的影响,发现与低碱度保护渣相比,使用高碱度保护渣时,结晶器热流量最低,有利于实现弱冷却,形成均匀凝固坯壳,在一定拉速条件下浇铸裂纹敏感钢种时有助于获得良好表面质量的铸坯。     

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．     

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。     

电磁连铸对AZ31镁合金组织及力学性能的影响

通过电磁连铸和普通连铸方法对AZ31镁合金进行连铸实验,对比分析有、无电磁场作用下的铸坯凝固宏观、微观组织和力学性能,并利用扫描电镜分析镁合金的断裂机理。结果表明:当表观直流电流为40~50 A时获得最佳磁场分布,此时电磁连铸的镁合金组织细小、均匀,树枝晶呈破碎状,其力学性能尤其是塑性变形能力显著提高,常温抗拉强度、屈服强度和伸长率较普通连铸分别提高17%,50%和81%,断口形貌显示其断裂具有韧性断裂的特性。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

高拉速薄板坯连铸中碳钢保护渣开发与应用

针对在高拉速情况下薄板坯连铸过程中频繁出现"冷齿"、黏结以及铸坯表面纵裂纹较多等问题,依据中碳钢凝固收缩特性并结合现场实际生产情况,开发了一种适合在高拉速情况下薄板坯中碳钢连铸用保护渣。生产实践表明,在拉速提高后,使用新型保护渣基本避免了铸坯表面纵裂纹的产生,也无"冷齿"、黏结等报警现象出现,铸坯质量显著提高,完全满足生产要求。     

宽厚板坯连铸结晶器渣道内热行为研究

根据宽厚板坯结晶器内初凝坯壳动态热收缩所确定的渣道宽度、保护渣的液-固状态及厚度分布、铸坯表面和铜板热面的温度分布,以及气隙厚度的动态变化等,建立了结晶器渣道热流计算模型,并在此基础上,通过将该模型嵌入至结合结晶器铜板分析的坯壳凝固过程二维瞬态热/力耦合有限元分析模型,研究分析了国内某钢厂实际宽厚板坯连铸工况下,结晶器内某碳钢凝固过程中结晶器渣道内气隙、保护渣厚度分布,以及热流变化的规律。     

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.     

EMBr对高拉速薄板坯钢水动态行为影响的模拟

在高拉速薄板坯的生产工艺研究中,结晶器内钢水流场是决定坯壳均匀性、液面卷渣概率等铸坯质量问题的关键因素。EMBr能够显著改变钢水流场,是改善这些问题的关键工艺技术。因此,对结晶器内钢水流场的模拟、分析与优化是必不可少的工作。以往的研究中,相关的数据与理论指导较少,针对薄板坯无头轧制产线,高拉速连铸机的分析与研究更鲜有报道。因此基于该高拉速连铸机,采用数值模拟方法获得了结晶器内不同电磁制动电流强度的磁感强度分布。采用电磁与多相流耦合模式,针对不同磁感强度条件下的结晶器钢水流场分布与液面形貌进行了仿真模拟,并分析了电磁制动对液面波动的影响。结果表明,基于固定的工况环境,电磁制动电流值为175 A时钢水流场分布均匀,钢水液面流速相对最低,最高流速约为0.6 m/s,同时液面高度差与剪切角相对最小。该条件最有利于减少因坯壳不均或液面卷渣造成铸坯缺陷的概率。电流值225 A相比125 A时,钢水液面位置磁感强度仅提高0.02 T,液面到达稳定时间仅缩短约1 s。因此存在综合评判下的最优电流值。     

连铸凝固传热全过程数值模拟与控制

基于传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了凝固传热有限差分数值模型,对连铸全过程进行热状态、凝固状态分析及工艺控制,模型考虑了钢的热物性参数随温度变化的关系.并根据连铸冶金准则和目标温度控制进行二冷优化,获得合理的温度分布和二冷水量分布,实现最佳铸坯品质,同时针对不同钢种的凝固特点,对保护渣性能进行设计.计算值同现场实测数据进行对比,有较好的一致性.最后研究了浇注温度、拉坯速度、二冷配水等工艺参数对铸坯表面温度、液芯长度和凝固坯壳厚度的影响,以及浇注工艺对连铸保护渣指标的影响.     

PENETRATION OF MAGNETIC FIELD IN TWO-STAGE SLITLESS MOLD FOR SOFT-CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

为了验证两段式软接触电磁连铸结晶器的透磁效果, 测试了两段式结晶器内部的磁感应强度及弯月面高度, 并与传统结晶器进行比较, 结果表明：(1) 两段式结晶器的透磁效果随结晶器壁厚的减小而增强, 当结晶器的壁厚 为5 mm时, 两段式结晶器内部的磁感应强度比传统结晶器增大71.3%;(2) 两段式结晶器内部的磁感应强度随电 源功率和线圈位置的提高而增强;(3) 随电源功率的增加, 两段式结晶器内金属液的弯月面高度随之增大, 电源功 率为10、20和30 kW时对应的弯月面高度分别为2.9、4.7和8.2 mm.     

Applying MHD technology to the continuous casting of steel slab

The application of magnetohydrodynamics (MHD) in the continuous casting process started with the electromagnetic stirring of the stand pool with a traveling magnetic field. It has now advanced to the electromagnetic stirring of molten steel in the mold and the control of molten steel flow by an in-mold direct current magnetic field brake. These applied MHD techniques are designed to further improve the continuous casting process capability. They improve the surface quality of cast steel by homogenizing the meniscus temperature, stabilizing initial solidification, and cleaning the surface layer. They also improve the internal quality of cast steel by preventing inclusions from penetrating deep into the pool and promoting the flotation of argon bubbles. Applied MHD technology is still advancing in scope and methods in addition to the improvement of conventional continuously cast slab qualities. The continuous casting of bimetallic slab by suppressing mixing in the pool is one example of this progress.     

Simulation of low carbon steel solidification and mold flux crystallization in continuous casting using a multi-mold simulator

An inverted water-cooled multi-mold continuous casting simulator was used to investigate initial solidification of low-carbon steels and crystallization of mold flux. Embedded mold thermocouples showed characteristic temperature profiles dependent on parameters including casting speed, oscillation frequency, and stroke. Higher maximum temperatures for thermocouples at higher casting speeds, higher frequencies, and lower stroke lengths were observed. The surface of the as-cast steel strips showed oscillation marks similar to those of industrially cast slabs and higher casting speeds resulted in shallower oscillation marks. The measured pitch agreed well with the theoretical pitch suggesting the multi-mold simulator to be a cost-effective alternative to pursue fundamental studies on initial solidification in the mold. Analysis of the mold flux taken between the copper mold and solidified steel shell showed highly dendritic uni-directional crystallization occurring within the flux film suggesting that the heat transfer direction is dominantly horizontal towards the water-cooled copper mold. In addition, the solidified flux located at the upper to lower part of the mold suggested morphological differences in the size and shape of the crystalline phases indicating that crystallization ratio can increase depending upon the retention in the mold and subsequently decrease radiative heat transfer as the flux traverses down the mold.     

软接触电磁连铸技术分析

运用数学解析的方法，对连铸软接触技术中若干电磁参数进行了理论分析，通过对电磁波在铜，钢水和充满钢水的铜结晶器内的衰减的分析，以及对电磁体积力的数学推导，确认了电磁力的大小取决于磁感庆强度沿径向衰减的快慢，即Bz对r的导数，当频率增加时，铸坯表面的电磁力增加，并向铸坯中心迅速衰减，电磁压力沿径向的分布弯月面的形状，一定结构的结晶器应选一个最佳频率，才能得到最大的电磁约束力。     

空心管坯热顶电磁连铸工艺的研究

根据空心管坯的特点,提出了热顶技术和冷坩埚技术相结合的空心管坯电磁连续铸造的工艺思想。采用低熔点的Sn-4.5% Pb(质量分数,下同)合金进行了模拟试验,成功制备了φ60 mm?5 mm的空心管坯。研究了热顶和冷坩埚式外结晶器对铸型内磁场分布的影响,分析了电磁场对空心管坯质量的影响。结果表明:采用带屏蔽罩的热顶和冷坩埚式外结晶器,优化了铸型内的磁场分布;当施加功率为12 kW、频率为2 500 Hz的中频电磁场时,得到了表面光滑、宏观凝固组织中具有高等轴晶比率的高质量空心管坯。     

连铸结晶器振动下弯月面处温度波动的模拟实验

设计了连铸结晶器弯月面处传热模拟实验，测量了在结晶器振动情况下弯月面处的温度，发现该处的温度随着结晶器的振动而产生周期性的变化，实验结果表明，结晶器振动频率越大，振动幅值，结晶器冷却强度以及结晶器与铸坏间的接触压力越小，因结晶器振动而产生的弯月面温度波动亦越小，据此认为，连铸弯月面温度波动是导致铸坯表面缺陷产生的一个重要原因，基于此“温度波动”现象，分析了包括高频小振幅振动，软接触结晶器电磁连铸，热顶结晶器等诸多技术改善坯表面质量的机理。     

高拉速方坯连铸结晶器钢渣界面行为特征

对于高拉速连铸,结晶器内高通钢量下的钢液与保护渣流动行为控制是保证结晶器区合理凝固与冷却控制的重要一环。通过建立三维方坯连铸结晶器内多相流动、传热与凝固耦合数学模型,研究结晶器内高速钢液瞬态流动现象及其对液面波动与保护渣流动的影响。结果表明,结晶器内高速钢液冲击钢渣界面使弯月面处形成明显的凸起,同时导致水口附近界面波动剧烈。液态保护渣的流动行为受液面波动影响较大,不连续的保护渣流入造成了厚度不均匀的固态渣膜形成,不规整的固态渣膜转而又阻碍了液态保护渣的流入。     

异相位电磁连铸的电磁场分析

采用ANSYS有限元软件对空心管异相位电磁连铸中电磁场、力场的分布进行了模拟．结果表明：异相位磁场作用下,铸管中磁感应强度高且分布均匀;壁厚中部的金属熔体受到沿径向的电磁推力,向外结晶器方向流动;石墨环附近的金属熔体和初凝壳受到电磁斥力的作用,可以避免“抱芯”,减少摩擦,抑制了偏析瘤的形成,进而提高了铸管表面质量．