电磁软接触连铸高频磁场的数值模拟

以经典电磁场理论为依据,利用有限元软件ANSYS建立了电磁软接触连铸高频磁场计算的数学物理模型。用小线圈法实测了线圈内磁感应强度的分布,并将实测值与计算值进行比较,验证了模型的有效性。通过计算,分析了割缝结晶器内磁感应强度分布的不均匀性以及感应线圈匝间距对结晶器内磁感应强度分布的影响。结果表明：切缝对结晶器中半径小于25mm范围的影响很小,使接近结晶器壁处圆周上磁感应强度分布的不均匀性较大;减小线圈匝间距可以提高结晶器内磁感应强度,线圈匝间距以5～10mm为宜。     

励磁电流对结晶器内磁场和电磁力的影响

利用建立的软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场计算数学物理模型,模拟分析了高频磁场励磁电流密度在2.2×106～1.32×10A/m2之间变化时,对结晶器内磁感应强度和钢液内电磁压力的影响.结果表明,提高励磁电流密度,可以有效地提高结晶器内初始凝固区域的磁感应强度和电磁压力,但同样会使钢液或铸坯表层的磁感应强度和电磁压力在同一高度的周向上分布的不均匀性增加,切缝附近明显高于分瓣体中心;同时励磁电流密度增加,电磁压力沿结晶器高度方向的变化梯度随之大幅度增加,均匀性下降.为保证铸坯质量,应控制励磁电流密度在合适范围内.     

直流电磁泵磁感应强度数值模拟

针对液态金属传输用直流电磁泵内部磁场区域的磁场分布问题,建立了电磁铁三维有限元模型并进行模拟计算,探究了电磁铁不同聚磁头截面尺寸、励磁电流大小和线圈匝数对聚磁头间隙处磁感应强度分布的影响。结果表明,聚磁头截面尺寸为铁芯截面尺寸的50%~60%时磁隙处磁感应强度最强;随励磁电流的增大,线圈匝数的增加,磁隙处磁感应强度均呈现增长趋势,受铁芯材料特性影响,励磁电流与线圈匝数分别在1 300 A和20匝时,磁隙处磁感应强度达到饱和状态。     

软接触结晶器结构对磁场分布影响的研究

试验研究了软接触电磁连铸结晶器内的磁场分布规律,考察了开缝数、切缝宽度以及感应线圈对结晶器的相对高度对磁场的影响。试验结果表明：增加开缝数不但提高了结晶器的透磁性,而且使磁场沿圆周方向的分布更加均匀,但降低了磁场沿轴向和径向分布的均匀性;开缝宽度对开缝处的轴向磁场影响较大,对其他位置处磁场的影响不明显;轴线上磁感应强度的最大值及其位置随感应线圈的上升而增大且位置上移。     

圆坯电磁软接触连铸结晶器切缝参数的研究

研究了盖板、切缝数、切缝宽度和切缝长度等结晶器结构参数对部分切缝圆坯电磁软接触结晶器内部磁场分布和弯月面变形的影响规律.结果表明,对于部分切缝结晶器而言,结晶器口部有无盖板对其内部磁场分布和弯月面高度的影响不大;随着切缝数目增加,磁感应强度增大,弯月面变形增大,当切缝数由24增加到32时,磁感应强度峰值增加了32%,弯月面高度增加了110%;切缝宽度增大,磁感应强度略微增大,弯月面变形增大,当切缝宽度由0.3 mm增加到0.5 mm时,磁感应强度峰值增加了15%,弯月面高度同时增加;切缝长度增加,磁感应强度、磁场作用范围、弯月面变形都增大,当切缝长度由100 mm增到加130 mm时,磁感应强度峰值增加了28%,弯月面高度增加了155%.     

矩形软接触结晶器内磁场分布的实验研究

研究了不同条件下矩形软接触结晶器内的电磁场分布规律。结果表明，矩形软接触电磁连铸结晶器角部存在明显的磁场叠加现象；沿结晶器窄面的磁场分布比较均匀，而宽面上的磁场分布均匀性较差，通过合理布置切缝，可提高软接触结晶器内的磁感应强度和磁场分布的均匀性，宽面上的切缝应采用不均匀方式布置，可在宽面中心位置附近布置相对较多的切缝，在矩形软接触结晶器角部不布置切缝，磁感应强度的最大值出现在线圈中心偏上位置附近，随感应线圈上升，该最大值增大，其位置上移，将线圈靠近结晶器入口安装，有助于均匀周向磁场，在线圈中心位置附近的磁感应强度分布较均匀，实际浇铸过程中，应将液面控制在线圈高度中心与线圈顶端位置之间。     

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。     

两种结晶器的透磁效果和冷却效果比较

利用数值模拟考察了软接触电磁连铸用两段式结晶器与切缝式结晶器的透磁效果和冷却效果.结果表明,两段式结晶器内部磁感应强度随频率的增加而减小,切缝式结晶器内部磁感应强度随频率的增加而增大,因此,对于不同结晶器应选择不同的频率.两段式结晶器上半段越长,其透磁效果越好,但冷却效果降低.切缝式结晶器的透磁效果随切缝数、切缝宽度和切缝长度的增大而增大.两段式结晶器与切缝式结晶器的透磁效果相当,但两段式结晶器内部磁场和电磁压力的分布更均匀.两段式结晶器与切缝式结晶器冷却效果相近,但结晶器出口处的坯壳厚度相差约0.32 mm.     

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。     

铝合金扁锭电磁连铸结晶器内磁感应强度的分布

用特斯拉计测量了电磁连铸铝合金扁锭结晶器内的磁感应强度.实验结果表明,结晶器内同一高度平面上磁感应强度在角部处最大,短边中心次之,长边中心磁场较短边中心处稍弱,平面中心处最小;沿高度方向上各点磁感应强度在感应线圈高度的1/2处附近达到最大值.感应线圈上表面的磁场较小,中心平面内的磁场较大,磁感应强度的大小和分布情况能够满足软接触电磁连铸的要求.中心平面的磁场分布规律较好而且磁场分布均匀,这样更有利于软接触的实现.各点的磁感应强度均随电流的增大而增大.     

电磁铸造中的磁场分布及其对熔体成型的作用

液态金属在电磁场、温度场、流场等三维场综合作用下受电磁力约束成形,电磁场的分布决定液柱形状及其稳定性.电磁场是决定电磁铸造成败的关键因素所在.本文通过深入的理论分析对电磁场的三维空间分布、变化特性及影响因素和由此引起成形力场与静压力场关系的改变,以及这种改变导致的液柱形态的变化规律等进行了系统的分析和归纳,基于目前研究现状展望今后的研究发展方向.     

钢的电磁铸造工艺与实验研究

对频率８０００Ｈｚ小截面尺寸钢的电磁铸造工艺进行了比较系统地研究。实验结果表明,斜边感应器有利于获得侧表面垂直的比较稳定的液柱,液固界面为平面状,固液界面附近熔体内部具有较高的温度梯度,有利于获得单一定向组织的试样。由于电磁搅拌力的作用,在熔体表面和内部均产生较强的流动,影响液柱的稳定和试样的表面品质,外加屏蔽罩和抑流磁铁均可抑制和减小这种流动。在大量实验研究的基础上,获得了表面品质较好的钢的电磁铸造试样     

电磁铸造及其材料宏观组织的形成机制

液态金属在电磁场作用下受电磁力约束成型.电磁约束成型技术具有无模、电磁搅拌、强冷却等工艺特点.其凝固过程为一对流传热传质的动态过程.工艺过程决定其凝固过程,最终决定其凝固组织,使其在温度和成分高度均匀的环境下具有优先形成等轴晶的倾向.如果强化某一特殊工艺因素,增大轴向温度梯度,也有可能形成柱状晶.     

几种电磁无损检测方法的工作特征

从工作原理入手,对电磁无损检测中的涡流（单、多频和脉冲涡流）、交流漏磁、交变磁场等方法,剖析了它们在激励磁场的成分、频段、作用区域及检测磁场的特性方面的联系和区别。对比了各方法的用途和特点,以期对无损检测应用实践提供借鉴。     

综合式无损检测系统的电磁兼容设计

分析了集超声、涡流和声阻三种检测方法于一体的综合式无损检测系统的电磁干扰问题。从硬件和软件给出了抑制电磁干扰的方法，较好地解决了系统电磁兼容问题。     

铝合金电磁连铸技术的基础研究

研究在冷坩埚式结晶器外施加中频电磁场对铝合金连续铸造铸锭表面品质的影响，通过测量结晶器内的磁场分布确定了铝合金电磁连铸的基本工艺参数；研究结果表明，采用在结晶器壁开缝的方法可以有效的提高结晶器内的磁感应强度；当本工艺开缝数在12－18年条件下，磁场分布基本均匀，施加中频电磁场可有效地消除偏析瘤，明显地改善连铸坯的表面品质。     

液态金属电磁约束成形技术研究进展

电磁约束成形是一种无容器金属材料处理加工技术,它具有无器壁污染、短流程等优点。分析了液态金属电磁约束成形技术的原理、特点及其发展现状。指出电磁约束成形定向凝固技术集金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固于一体,特别适合于高熔点、易氧化、高活性的特种合金坯件的无污染制备。     

连铸技术的发展与现状

连铸工艺和技术现已为全世界各国普遍采用,许多钢厂已实现全连铸。经过六十年,连铸技术和设备都有了飞速的发展,主要体现在结晶器的改进,电磁搅拌,电磁制动技术的应用,薄板坯连铸、近终形连铸、连铸自动化的实现,中间包冶金,保护渣技术等方面,采用新技术,新设备,缩短铸钢流程,提高连铸生产率,降低成本是连铸发展的趋势。     

电磁搅拌工艺中电磁场计算方法及评价

电磁搅拌技术是提高金属冶炼效率和产品质量的重要辅助手段。介绍了金属精炼与铸锭工艺中常用的电磁搅拌器中产生的磁场及电磁力的计算模型、计算方法及边界条件的处理方法。与此同时评述了各种模型的优缺点,分析了计算中的难点和存在的问题,提出了使计算模型更符合实际过程的研究途径。     

某高速电磁开关阀电磁力影响因素的研究

针对某高速电磁开关阀高性能要求,阐述了电磁场有限元分析的基本理论知识,给出电磁场基本表达式,建立了高速电磁开关阀电磁场模型。针对不同工作气隙、不同非工作气隙、不同绕线参数、不同温度以及不同电压高速电磁开关阀电磁场进行了分析,得到高速电磁开关阀电磁场分布云图,分析其磁场饱和程度;得到不同工作气隙、非工作气隙、线圈丝径、线圈层数、线圈电流、NI值、温度等参数下阀芯电磁力曲线,分析高速电磁开关阀电磁力受其结构参数与工作参数的影响因素,为高速电磁开关阀电磁控制单元的设计提供参考,并给出了高速电磁开关阀设计过程的注意事项。