电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响

采用非交错网格和适体坐标方法数值模拟了电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响规律。讨论了感应线圈电流强度和电源频率等因素的影响。结果表明：电磁力能加强地晶器上部熔池的搅拌强度，并在上部区域形成一明显的回流区，同时还能减小射流的渗入深度;加大电流强度，能加强钢液的回流和对钢液的搅拌，减小射流深入深度。但电流强度有一个最佳控制范围；增加电源频率，射流渗入深度增大，弯月面附近的紊动能和钢液速度提高。电源频率应控制在20kHz左右。     

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。     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

偏心M-EMS作用下连铸圆坯流动-传热模拟

 为探究偏心结晶器电磁搅拌(M-EMS)对圆坯钢液流动和传热的作用,减轻偏心M-EMS对圆坯的不利影响,通过建立三维耦合模型研究了偏心M-EMS作用下Φ380 mm连铸圆坯钢液流动和传热特点及M-EMS参数的影响。结果表明,在偏心M-EMS(300 A/2 Hz)作用下,由水口进入结晶器钢液流向外弧侧,碰壁后会形成较大回流;外弧侧钢液温度比内弧侧温度高;随着距弯月面距离增加,外弧侧钢液温度先增加后降低,温度最大处在M-EMS中心,为1 779 K;内弧侧钢液温度则一直降低。随着电流强度由100增加到500 A,圆坯下方回流区由1个变为2个;内、外弧侧钢液温差先减小后增加,在300 A时最小,为8.4 K。随着电流频率由1增加5 Hz,外弧侧回流区变小直至消失。当电流频率小于3 Hz时,内、外弧侧钢液温差小于10 K;而当频率大于3 Hz时,温差则大于16 K。Φ380 mm圆坯推荐M-EMS参数为300 A/2 Hz。     

测弯月面流速调控连铸钢流

据日刊报道　连铸坯的表面质量与形成初期坯壳的不均匀长大、结晶器内保护渣卷入钢液、坯壳内吸入夹杂物和气泡等因素密切相关。通过采用电磁制动与电磁搅拌以及调整浸入式水口的形状与深度 ,可以控制结晶器内的钢液流动状态 ,但是这类方法却难于准确评价和控制钢液流动。为此 ,通过测定弯月面的流速控制钢液流的流动是必不可少的。住友金属工业公司开发出可测定流速绝对值的“钢液流速计”,将其用于连铸机结晶器内弯月面钢液流速的测定 ,在高速铸造时能够准确确定弯月面的最佳流速。测弯月面流速调控连铸钢流     

Φ150 mm圆坯结晶器电磁搅拌数值模拟研究

以结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了Φ150 mm断面结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。分别模拟不同条件下的结晶器电磁搅拌电流和不同电磁搅拌频率作用下钢液在结晶器内流动状态的规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

特大圆坯连铸用新型浸入式水口的设计与研究

 针对特大截面圆坯连续浇铸的特点,基于依靠浸入式水口自身结构减小钢流冲击深度,同时保证流动与传热沿周向分布均匀的思想,首次提出了新型浸入式伞形水口设计方案,并建立了结晶器内钢水的流-热-固耦合模型,对钢水的流动、传热和凝固行为进行了数值耦合模拟分析,验证了此水口的优越性与合理性：伞形水口的射流在结晶器内形成上下两个回流区,不仅有利于夹杂物、气体等的上浮分离,还能有效降低钢流冲击深度,使过热钢液均匀分布在结晶器上部,可提高弯月面温度和化渣效果;沿周向凝壳生长均匀,减轻了纵裂纹的萌生概率;在0.35m/min拉速下,出结晶器凝壳厚度达到31.2mm,满足安全生产要求。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,建立了280 mm×380 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌的数学模型,并应用模型分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征,以及电磁搅拌电流强度、频率等对电磁场和电磁力的影响.结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;电磁搅拌所产生的磁感应强度的大小与搅拌电流大小成线性关系,而在低频率搅拌条件下频率的大小对电磁搅拌强度的影响较小.     

方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,利用有限元分析软件ANSYS对240 mm×280 mm方坯结晶器电磁搅拌的磁场进行数值模拟。分析电流强度、电流频率及结晶器铜管等对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。研究结果表明:旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生旋转电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度随电流强度的增大呈线性递增;在低频搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小,而铜管厚度对磁场强度影响较大;模拟结果与实测结果基本吻合。     

大方坯结晶器内的多物理场模拟优化

针对某钢厂生产断面为240 mm×240 mm的42Cr Mo钢的方坯结晶器,采用有限体积和有限元相结合的数值模拟方法计算结晶器内的多物理场。首先,通过对结晶器内流动和凝固耦合计算优化水口浸入深度和拉速;其次,基于优化后的流场,采用磁场和流场耦合求解的方法得到优化的电流强度和电流频率。磁场模拟结果与现场实测数据较为吻合。研究表明,水口浸入深度为100 mm、拉速为0.7 m/min时可以获得优化的流场;基于该流场施加电磁搅拌后,搅拌器的电流强度从100增大到400 A时,钢液切向速度从0.042提高到0.300 m/s,而电流频率对钢液的流动影响较小。进而得出,优化的工艺操作方案为水口浸入深度为100 mm,铸坯拉速为0.7 m/min,电流为400 A,电流频率为2 Hz。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

对大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的流场和温度场进行了数值模拟,并讨论了搅拌强度对流场和温度场的影响。结果表明：在结晶器电磁搅拌下,搅拌器区域的钢液变为水平旋转,使从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,流股侵入深度变浅,从而使轴向温度迅速降低,径向温度升高,提高了热区位置,有利于传热;搅拌强度越大,钢水的二次流现象越明显,热区位置越高。     

Effect of Electromagnetic Stirring on Molten Steel Flow and Solidification in Bloom Mold

The effect of electromagnetic stirring on molten steel flow and heat transfer in a 260 mm× 300 mm bloom mold was investigated by using a method combining both finite element method and finite volume method. The simu lation results related to magnetic fields were consistent with the onsite measured data. The magnetic flux density in creased with increasing the current intensity but decreased with increasing the current frequency. Electromagnetic stirring caused molten steel to flow with rotation on a horizontal section and two sets of recirculation regions with opposite fellow directions in a longitudinal section formed. The maximum tangential velocity increased with increasing the current intensity and frequency. Furthermore, the superheat degree of the molten steel on the outlet cross section of the mold decreased with increasing the current intensity. growth zone of solidified shell in the effective stirring zone. bearing steel, the appropriate values of current intensity and to be 300 A and 3 Hz, respectively. Electromagnetic stirring caused the emergence of a zero For the 260 mm N 300 mm bloom continuous caster of current frequency of electromagnetic stirring were found     

Numerical Analysis of Electromagnetic Field and Flow Field in High Casting Speed Slab Continuous Casting Mold With Traveling Magnetic Field

 A three-dimensional mathematical model for describing the electromagnetic field and flow field of molten steel in high casting speed slab continuous casting mold with electromagnetic level stabilizer (EMLS) system was developed, in which the effects of current intensity and frequency on the electromagnetic field and flow field were considered. Simulation results indicate that the electromagnetic force (EMF) along the mold width direction presents the centre-symmetric double-peak parabola distribution. The EMLS system leads to the flow velocity of molten steel decreases, especially near the free surface. Both the EMF increases with the current intensity and frequency (in the range of optimum frequency value), so the flow velocity of molten steel in the mold decreases obviously. As the current intensity increases from 800 A to 1000 A, the maximum free surface velocity decreases from 0.515 m/s without magnetic field to 0.155 m/s and 0.12 m/s, respectively. While the current frequency increases from 2 Hz to 6 Hz, the maximum surface velocity decreases from 0.177 m/s to 0.101m/s. The molten steel flow in mold is influenced obviously by the current intensity and frequency.     

搅拌器的结构参数对钢液内电磁场和流场分布的影响

利用ANSYS5．6软件对单侧线性电磁搅拌作用下钢液内的电磁场分布和流场分布进行了数值模拟，分析了搅拌器的结构参数对钢液流动状况的影响，结果表明，在搅拌器长度，线圈匝数及电流强度均相同的条件下，采用集中绕组的搅拌器所产生的电磁场最弱，而重叠绕组搅拌器和克兰姆绕组搅拌器的电磁利用率较高，所产生的磁场强度越大，钢液的流动速度和紊流动能均较大；此外，尽管磁轭不影响电磁场的分布趋势，但却显影响磁场强度的大小，所以，在数值模拟中应当考虑磁轭的存在，当搅拌器极距和其它参数一定时，增加搅拌器长度有利于扩大搅拌的作用范围，但对提高搅拌无明显效果，在搅拌器长度和其它参数一定的情况下，增大搅拌器的极距却不影响搅拌的作用范围，但却使搅拌强度明显提高。     

电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

 结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量,施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象,对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明,通过增大水口深度,能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象,减小水口附近的液面波动。     

结晶器电磁搅拌对圆坯质量影响的研究

通过数值模拟计算了马钢圆坯连铸（断面尺寸为Ф450mm）电磁搅拌参数对磁场分布的影响,并通过生产试验研究了电磁搅拌参数对铸坯质量的影响。模拟计算表明,结晶器磁场强度随着搅拌电流的增加而增大,电流不变时,频率越小,磁场强度越大。现场试验表明,采用电磁搅拌能有效改善铸坯低倍组织,搅拌电流越大,铸坯中心等轴晶比率越高;电磁搅拌还能有效改善铸坯疏松和中心偏析状况。选择合适的电磁搅拌参数可以获得良好的铸坯质量。     

电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响

以某厂断面为410 mm × 530 mm的特大方坯结晶器为原型,利用ANSYS有限元软件建立三维数值模型,研究电磁搅拌对结晶器流场及温度场的影响。施加电磁搅拌后,钢液受到径向电磁力,液面呈现旋转流动趋势。结晶器内钢液最大切向速度随着电流的增加而增大,随着频率的增加而减小。电磁搅拌的电流大小由0 增加到500 A时,液面波动由1.21 mm增加到4.35 mm。电磁搅拌能够使钢水的高温区局限于连铸结晶器上部,钢水温度更加均匀。同时钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长,降低坯壳的生长速度,使结晶器出口处坯壳厚度变薄。综合分析,该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流大小应为400 A,频率为1.5 Hz,此时钢渣液面波动约为2.73 mm,温度场较为均匀。      

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。