连铸圆坯凝固末端电磁搅拌位置及工艺参数优化

通过有限元模拟对包钢圆坯铸机连铸过程钢液凝固过程进行分析,确定了凝固末端电磁搅拌的安装位置。采用瞬态磁场分析方法,分析了凝固末端电磁搅拌过程中铸坯内部的磁感应强度、电磁力的分布,并对凝固末端电磁搅拌的工艺参数进行了优化。通过优化计算,在拉速为0.45m/min,比水量为0.18L/kg,过热度为25℃的工艺条件下,430mm铸坯凝固末端的电磁搅拌工艺参数:电流为250A,最佳频率为10Hz。现场对搅拌器内部磁感应强度进行冷态测试,测试结果和模拟结果相符合。     

大圆坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用有限元法和有限体积法对φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)磁场和流场进行耦合计算。分析了不同电磁搅拌电流和频率下磁场和流场的分布。研究表明,数值模拟结果与实测结果基本一致。钢液中心面的磁感应强度在角部要明显大于中心。电磁力在横截面周向上分布均匀,流动呈涡旋状。当频率相同时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增加而增加。当电流相同时,沿拉速方向,磁感应强度随频率增加而减小,电磁力和流速随频率的增加而增加。沿搅拌器中心径向,磁感应强度和电磁力随频率增加而减小,频率对切向流速的影响不大。对于φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌,在电流和频率为480A,3Hz时能起到良好的搅拌效果。     

连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌的磁场数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件,在电流频率为6 Hz、电流强度变化的情况下,对连铸板坯二冷区电磁搅拌进行了数值模拟.分析了电流强度为400 A、电流频率为6Hz时,铸坯内部的磁感应强度和电磁力的变化规律.结果表明,铸坯中心的磁感应强度随电流强度的增大而增大;铸坯中心的电磁力在一个周期的不同时刻向同一个方向移动,并在该力的作用下完成对钢液的搅拌.     

大方坯连铸凝固末端电磁搅拌的数值模拟和试验分析

通过ANSYS有限元对凝固末端电磁搅拌(F-EMS)进行数值分析,得出凝固末端电磁搅拌的优化工艺参数为电流300 A、频率8 Hz,铸坯中心的磁感应强度能够满足要求.现场冷态测试结果和模拟结果基本吻合.以此为基础为包钢设计并制造出280 mm×380 mm大方坯凝固末端电磁搅拌器.生产试验表明,大方坯凝固末端电磁搅拌能够显著改善铸坯的中心疏松、缩孔等缺陷,减少了碳的偏析.     

圆坯连铸机电磁搅拌磁场特性研究

采用CST-11A型数字特斯拉计、扭矩仪测量对某圆坯连铸机结晶器与末端电磁搅拌的磁场、电磁扭矩进行测试研究,研究了磁感应强度和扭矩与电流、频率的变化规律及磁场的空间分布特点。研究表明：电磁力与磁感应强度的平方成正比关系,频率和磁感应强度成反比关系。结晶器内磁感应强度轴向最大位置在距结晶器上口900 mm位置,向两侧陡降;径向分布不均匀,由搅拌器内表面向中心逐渐减小;高频率的磁场经结晶器铜管后衰减更大。结晶器、末端电磁搅拌的电磁扭矩随着电流强度和频率的增加而增大,频率对结晶器电磁扭矩影响较电流影响更为平缓,而末端电磁扭矩与频率的变化趋势受频率范围影响,研究结果对合理制定及优化电磁搅拌工艺参数提供了理论依据。     

高碳硬线钢小方坯末端电磁搅拌工艺实践

结合中天钢铁股份有限公司第三炼钢厂小方坯连铸机的生产实际,在末端电磁搅拌位置处进行射钉试验测量液芯厚度,利用高斯计现场测量搅拌器中心位置磁感应强度,并以高碳硬线钢70钢为研究对象开展末端电磁搅拌工艺参数电流、频率、搅拌方式的优化试验。结果表明,最佳工艺参数搅拌电流为340 A,搅拌频率为6 Hz,搅拌方式为连续搅拌,拉速为1.6 m/min时,铸坯中心碳偏析达到最小值1.07。     

板坯二冷段电磁搅拌数值模拟研究

利用有限元分析软件ANSYS对板坯二冷段电磁搅拌电磁场进行数值模拟研究,分析了电流强度、电流频率及浇注断面尺寸对电磁场的影响。模拟结果表明:不同频率和电流强度下搅拌器内磁感应强度分布趋势基本相同,根据磁感应强度分布均匀且相对最大的原则,此搅拌辊最佳电磁搅拌频率为5～6.5 Hz。不同电流强度条件下沿宽度方向距左侧1/3处的磁感应强度波峰比右侧的高近50%,磁感应强度的大小随着电流强度的增大而增大,沿厚度方向中心部位磁感应强度最小,仅仅是靠近铸坯表面的一半。为保证搅拌力较大的位置位于铸坯内部,最佳浇注断面宽度尺寸是800～2000 mm。模拟结果为板坯二冷电磁搅拌的使用奠定了基础。     

电磁搅拌参数对椭圆坩埚中半固态铝合金熔体流动与凝固组织的影响

运用ANSYS有限元分析软件对半固态A356铝合金凝固过程中的流场进行模拟,研究电磁搅拌参数(电磁频率和电流强度)对合金熔体流动与凝固组织的影响。结果表明:随着电磁频率和电流强度的增大,半固态铝合金在椭圆坩埚长轴X和短轴Y上的最大电磁力和最大流速均呈现出先增大后减小的趋势,并且长轴X上的最大电磁力和最大流速均大于短轴Y上的;施加电磁搅拌后,电磁力从坩埚的中心处沿半径方向逐步增大,到0.8～0.9倍的坩埚半径处电磁力达到最大,超过该距离后,电磁力又开始急剧降低。椭圆坩埚中电磁力受电流强度的影响更大,而流速受电流强度和电磁频率的敏感度不如电磁力,但电流强度对流速的影响依旧略强于电磁频率;当电磁频率和电流强度分别为30 Hz和5 A时,半固态A356合金初生相的平均等积圆直径为106.1μm,平均形状因子为0.72,此时制备出的半固态合金组织最好。     

行波磁场旋转搅拌对板坯结晶器内冶金行为的影响

基于电磁热流体与凝固传输理论建立了无间隙原子(IF)钢板坯连铸的三维耦合数值模型,研究了不同拉速下行波磁场旋转搅拌(EMRS)对2 150 mm×230 mm断面板坯结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等冶金行为的影响,提出了行波磁场旋转搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。结果表明,EMRS作用下搅拌器中心横截面上磁感应强度和电磁力的最小值都出现在铸坯中心且电磁力矢量出现了6个涡心。当拉速从0.84 m/min提高到1.84 m/min时,结晶器内液面速度增大,在搅拌器中心横截面位置处,电磁力的涡数量由6个减少至4个。随着拉速增大,宽面凝固前沿最大冲刷速度、窄面附近最大液面波高及钢液冲击深度均增大,而窄面凝固前沿最大冲刷速度和结晶器出口坯壳厚度随拉速增大而减小。     

圆坯连铸凝固末端电磁搅拌位置优化

采用射钉法测定了圆坯连铸机的综合凝固系数,利用平方根定律对电磁搅拌器合适的安装位置进行了理论计算。结果表明:该连铸机的综合凝固系数为22~24 mm·min-1/2,末端电磁搅拌器应安装在距离弯月面11.3~12.9 m处。将电磁搅拌器位置从距离弯月面10 m移至12 m后,Φ300 mm铸坯的中心疏松从2.2级降到1.7级,Φ180 mm铸坯的中心疏松从1.5级降到1.4级,铸坯内部质量得到明显改善。     

Effect of electromagnetic stirring on solidification structure of austenitic stainless steel in horizontal continuous casting

An investigation on the influence of low frequency rotary electromagnetic stirring on solidification structure of austenitic stainless steel in horizontal continuous casting was experimentally conducted and carried out on an industrial trial basis. The results show that application of appropriate electromagnetic stirring parameters can obviously improve the macrostructure of austenitic stainless steel, in which both columnar and equiaxed grains can be greatly refined and shrinkage porosity or cavity zone along centerline can be remarkably decreased due to eliminating intracrystalline and enlarging equiaxed grains zone. The industrial trials verify that the electromagnetic stirring intensity of austenitic stainless steel should be higher than that of plain carbon steel. Electromagnetic stirring has somewhat affected the macrostructure of austenitic stainless steel even if the magnetic flux density of the electromagnetic stirring reaches 90 mT (amplitude reaches 141 mT ) in average at frequency f=3-4Hz, which provides a reference for the optimization of design and process parameters when applying the rotary electromagnetic stirrer     

Effect of mould material on aluminum alloy ingot quality under low frequency electromagnetic casting

F or a semi-continuous aluminum casting process, it is essential to supply high quality aluminum alloy ingot without internal and outside defects. The use of electromagnetic fields to control the size and shape of grains has become one of the most promising methods [1-5] in many engineering applications and tends to be widespread in industries. The application of electromagnetic casting (EMC) technique for improving products quality has attracted a great deal of attention in recent years, and…     

电磁搅拌作用下弧形结晶器流场的数值模拟

研究了双侧孔浸入式水口条件下,弧形结晶器内流场受电磁搅拌作用的影响。建立了圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场数学模型,分别采用有限元和有限体积法进行数值求解,讨论不同电参数下结晶器内流场分布特点。结果表明：电磁力在水平面沿圆周方向呈非对称分布,竖直面上呈“中间大,两头小”分布;电磁搅拌作用使得结晶器内流场除出现上回流区外,还产生主回流区和下回流区,促进钢水流动,有利于等轴晶的形成和热传递;励磁电流强度是影响电磁搅拌作用的主要因素,频率的影响效果有限,最佳搅拌参数是[I＝200 A,][f＝3 Hz。]     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

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。     

Si含量及终轧温度对屏蔽用电磁纯铁磁性能的影响

为优化屏蔽用电磁纯铁的磁性能,研究了Si含量及终轧温度(770~920 ℃)对屏蔽用电磁纯铁磁性能的影响。结果表明,随着硅含量增加到2.0%,最大磁导率先增大后减小,矫顽力与之相反,饱和磁感应强度逐渐减小但减幅较小。随着终轧温度的升高,晶粒中难磁化方向[111]组分先急剧减少后缓慢增多,有利的(110)[001]组分缓慢增多,偏差度先变小后增大。试验钢中磁性能最佳的成分和工艺是含1.4%Si的电磁纯铁840 ℃终轧,1100 ℃退火,其最大磁导率为37.84 mH/m,矫顽力为16.85 A/m,饱和磁感应为1.80 T,在直流低频弱磁场的环境下,屏蔽效能为13.92 dB。     

Effect of Axial Magnetic Field on the Microstructure and Mechanical Properties of CrN Films Deposited by Arc Ion Plating

CrN films were deposited on the high-speed-steel substrates by arc ion plating. The effect of an axial magnetic field on the microstructure and mechanical properties was investigated. The chemical composition, microstructure, surface morphology, surface roughness, hardness and film/substrate adhesion of the film were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscope(SEM), surface morphology analyzer, Vickers microhardness test and scratch test. The results showed that the magnetic field puts much effect on the microstructure,chemical composition, hardness and film/substrate adhesion of the Cr N films. The N content increases and Cr content decreases when the magnetic flux density increases from 0 to 30 m T. All of the Cr N films were found to be substoichiometric. With an increase in the magnetic flux density, the film structures change in such way: Cr_2N →Cr_(2-N)+CrN→CrN+Cr_2N→CrN.The SEM results showed that the number of macroparticles(MPs) on the film surface is significantly reduced when the magnetic flux density increases to 10 mT or higher. The surface roughness decreases with the magnetic field, which is attributed to the fewer MPs and sputtered craters on the film surface. The hardness value increases from 2074 HV_(0.025) at 0 mT(without magnetic field) and reaches a maximum value of 2509 HV_(0.025) at 10 m T.The further increase in the magnetic flux density leads to a decrease in the film hardness. The critical load of film/substrate adhesion shows a monotonous increase with the increase in magnetic flux density.