高频磁场下两段式无缝结晶器内磁场分布和弯月面的实验研究

为了验证两段式软接触电磁连铸结晶器的透磁效果，实验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，结晶器顶部的不锈钢法兰可有效防止过多的磁力线由结晶器顶部直接漏入而影响结晶器的透磁效果；两段式结晶器的透磁效果随结晶器壁厚的减小而增强。高频25kHz条件下，壁厚为10mm的两段式结晶器的透磁效果小于纯铜结晶器的透磁效果；壁厚为7mm的两段式结晶器的透磁效果大于纯铜结晶器的透磁效果；壁厚为5mm的两段式结晶器的透磁效果是纯铜结晶器的4．5倍；改变结晶器的结构参数和电磁参数，两段式结晶器可以达到良好的透磁效果并形成相应的弯月面。     

中频磁场下两段式无缝结晶器的透磁效果

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.     

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.     

两段式软接触电磁连铸结晶器内弯月面形状的预测

通过理论分析,得到软接触电磁连铸结晶器内部金属液弯月面形状的计算公式,并根据试验结果进行了修正,修正后的公式可较准确地计算两段式无缝结晶器内部金属液的弯月面形状.178 mm两段式结晶器内钢液的弯月面形状计算结果表明,弯月面高度随电源功率和上半段电阻率的增加而增大,随电源频率和结晶器壁厚的增加而减小.通过选择合理的电磁参数和结构参数,利用两段式结晶器有实现软接触电磁连铸的可能性.     

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。     

两段式方坯结晶器内电磁场分布及弯月面行为

研究了4个不同材质和连接方式的软接触电磁连铸用两段式方坯结晶器内的磁场分布规律,并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了结晶器内的弯月面高度.研究表明:①当线圈顶部高于连接面35 mm,内部金属液面高于连接面20mm时,结晶器内磁场分布较均匀,相对应的弯月面也较高;②相同材料两段式结晶器采用焊接法比机械连接法效果好;(③结晶器壁产生的感应电流是影响结晶器内部磁场的重要因素;④两段式结晶器上部材料应选择电导率和磁化率都较低的材料.     

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.     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布

通过有限元数值模拟,研究了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置及液面位置对结晶器内部磁场的影响,分析了两段式结晶器的电磁场分布规律.结果表明:两段式结晶器的上半段越长或线圈位置越靠上,结晶器的透磁效果越好;液面位于线圈中心偏上20 mm时,内部磁场的作用效果最佳.在本研究条件下,两段式结晶器的透磁效果良好,磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液的弯月面区域.纵向磁场在结晶器上半段高度的范围内逐渐增强,在结晶器下半段高度的范围迅速衰减;周向磁场在钢液表面均匀分布;径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减.与切缝式结晶器比较,两段式结晶器内部磁场分布更均匀.     

两段式无缝软接触结晶器电磁参数和结构参数的研究

利用数值模拟与正交实验相结合的方法,研究了两段式无缝软接触结晶器壁厚(d)、结晶器上半段电阻率(ρ)、电源频率(f)、线圈电流强度(I)对结晶器透磁效果的影响规律.结果表明:结晶器内部磁感应强度(B)随f和d的增大而减小,随I和ρ的增大而增强.各因素对磁场影响的顺序依次为f,ρ,I,d.通过无量纲分析确定了两段式结晶器内弯月面处B与d,ρ,f,I之间的定量关系为B/(μ0 I/d)=4.36×109(ρ/I f)0.89.最后,确定了两段式结晶器应用于软接触技术最佳的实验条件为:d=5 mm,ρ=8.8×10-7 Ω·m,I=2000 A,f=2500 Hz.     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

利用数值模拟研究了软接触电磁连铸中两段式无缝结晶器的传热及初生坯壳的厚度.结果表明;相同工艺条件下,两段式结晶器与传统结晶器相比,出口坯壳厚度减薄约0.4 mm.铸坯表面温度升高约2.5 K,初始凝固点下降约9 mm,有利于提高铸坯的表面质量.两段式结晶器上半段长度增加使凝固坯壳厚度略有降低,但将导致钢液对连接处的冲刷增大.在本研究条件下,考虑到安全生产的需要,结晶器上半段长度为120 mm是较佳的长度.两段式结晶器壁的传热计算表明,本研究条件下,结晶器的耐热强度满足安全生产的要求.