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.     

凝固末端电磁搅拌对大方坯凝固组织的影响

对某钢厂80帘线钢在结晶器和凝固末端复合电磁搅拌(M+F-EMS)条件下生产的连铸大方坯的凝固组织进行了研究,从微观组织、成分偏析等方面进行了分析,探讨了凝固末端电磁搅拌对铸坯凝固组织的影响。结果表明,凝固末端电磁搅拌可以明显的细化80帘线钢铸坯中心部位凝固组织,减少了铸坯中心疏松和缩孔,降低了铸坯中心碳、硫偏析。     

圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型．采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier—Stokes方程,分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征,并考虑了励磁电磁强度和频率的影响．研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致,电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布．钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区,且在水平截面内旋转流动;过热钢液滞留在结晶器上部区域,铸坯芯部温度迅速降低,凝固前沿温度梯度提高;大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动．励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响．     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场与流场的数值模拟

建立了描述大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场三维数学模型,并分别用有限元、有限体积法进行数值求解,对电磁场计算结果进行了实测检验.结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,铸坯边缘上的切向电磁力在搅拌器中心横截面上最大,在结晶器出口处有一峰值.钢液在横截面内旋转流动,而在纵截面内形成4个旋涡.在铸坯内,从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,使流股侵入深度变浅,同时使流股向四周发散,从而有利于传热.励磁电流强度与频率对电磁力和流场均有影响.     

复合材料制备中电磁搅拌电磁场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌法制备复合材料的电磁场进行了数值模拟,并与实测值进行了比较。结果表明,电磁搅拌复合坩埚内磁感应强度呈三维分布,其数值在坩埚高度方向上中间处最大：相同频率下,磁感应强度均随着电流的增大而增大;相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小。坩埚内金属中的电磁力分布与磁感应强度分布规律类似。     

铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的数值模拟

将铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的整个传热系统作为模拟对象,采用自由热收缩模型计算铸坯与结晶器的界面传热系数,从非稳态传热的角度并按照柱坐标系中二维传热的方式进行铸坯凝固过程的数值模拟,在数值计算中,采用静、动坐标系相结合的方法,使铸坯传热的控制方程得以简化且便于耦合处理结晶器与铸坯的温度场计算,由此确立的模拟方法可用于模拟不同尺寸的圆坯在各种工艺条件下的凝固过程。     

圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统的设计

以江苏永钢集团有限公司圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统为背景,对大断面圆坯连铸末端电磁搅拌控制系统进行了设计,针对生产过程中出现的电流波动较大等电机故障,对控制参数进行了优化,优化后完全满足生产工艺要求。     

圆坯连铸结晶器电磁搅拌电磁场、流场的数值模拟

对圆坯连铸结晶器电磁搅拌电磁场及流场进行了数值模拟.分析了不同搅拌频率对结晶器内电磁场及流场分布的影响,得出了电磁场及流场特性与搅拌频率的关系.研究表明搅拌频率的变化对电磁场及流场的影响比较大,采用合适的电磁搅拌频率可以在连铸坯内获得较大的电磁搅拌强度.     

末端电磁搅拌电流强度对12Cr1MoVG铸坯内部质量的影响

采用Procast数值模拟软件计算了连铸生产[?]350 mm断面12Cr1MoVG高压锅炉钢的凝固传热过程,结合坯壳实际温度测定验证凝固传热模型,分析铸坯凝固演变过程,确定了末端电磁搅拌合理安装位置。通过试验对比获得了兼顾铸坯偏析及凝固组织均匀性、致密性的电磁搅拌工艺技术参数：结晶器电磁搅拌为350 A、2.4 Hz,末端搅拌为100 A、7 Hz,从而实现了铸坯内部质量的良好控制。     

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%。     

Simulation on solidification of an Al-Ni alloy under electromagnetic stirring

The microstructure of Al-Ni alloy has a significant influence on its performance,while electromagnetic stirring is one of the most effective methods for control of solidification structure of Al alloy....     

电磁铆接电磁场数值模拟

为了分析电磁铆接电磁场的变化规律,采用数值模拟方法,以ANSYS软件为平台建立了电压激励的电磁场耦合模型.通过电阻分流器测最线圈放电电流,验证建立耦合模型的正确性.研究结果表明:驱动片主要受轴向磁场力作用,沿驱动片径向分布不均匀,在驱动片半径一半附近轴向磁场力最大;磁场力沿驱动片厚度方向呈梯度分布.在线圈与驱动片之间,磁场主要沿径向分布,渗入驱动片的磁场呈衰减分布.     

电磁搅拌法制备复合材料过程的工艺优化

分析比较了电磁搅拌法制备复合材料工艺中 3种颗粒加入方式对铸锭宏观组织的影响 ,提出了在旋转熔体中加入挡板来改进工艺的方法。3种颗粒加入方式中 ,底部加入法使得颗粒和合金液之间的剪切力最大 ,强的剪切力有利于混合过程的进行。利用工程计算软件ANSYS模拟了旋转磁场作用下的流场 ,分析了不同挡板形状、倾斜角度对流场的影响 ,设计了一种复合挡板 ,获得了最佳工艺参数。加入挡板能限制旋涡的产生 ,并在轴向上产生强烈的流动。倾斜角度呈 6 0°时 ,效果最佳。利用复合挡板和底部加入法 ,制得了组织致密、颗粒分布均匀的铝 /电气石复合材料。     

板坯连铸结晶器电磁搅拌流场模拟

电磁搅拌对结晶器内流场和钢渣界面行为影响显著,通过建立1∶5的板坯连铸结晶器电磁搅拌物理模型试验系统和实际结晶器的数学模型,研究了不同搅拌电流对结晶器内流场的影响,并引入了自由表面冻结指数和卷渣指数分别评价自由表面钢液冻结和卷渣概率。结果表明,物理模拟试验系统测得的流场可为数值模拟提供验证支撑;当不施加电磁搅拌时,结晶器内流场为典型的双环流结构,自由表面流速较小,自由表面冻结指数为0.52,卷渣指数为0;施加电磁搅拌后,在结晶器上部形成水平环流,自由表面流速增大;增大搅拌电流,环流效果更加显著,自由表面冻结指数降低卷渣指数增大,当搅拌电流为700 A时,冻结指数降低至0.04,卷渣指数增加至0.245。因此,综合考虑卷渣指数和冻结指数可知,较优的搅拌电流为600 A。     

Numerical simulation of solidification process of Sn-3.5%Pb hollow billet with stirring magnetic field

In order to study the effect of the stirring flow on the grain diameter and solute concentration of hollow billet, the couple model of the two-phase solidification and electromagnetic field was built to simulate the solidification process of Sn-3.5%Pb hollow billet with the traveling magnetic field and rotating magnetic field. The effects of different kinds of flows on the temperature field, concentration field and grain diameter of molten metal during solidification were analysed. The results show that, there are different flow patterns in the molten metal induced by the traveling magnetic field and rotating magnetic field. Both flows can refine the grains in the hollow billet because of change of the temperature gradient and cooling rate of molten metal. The bigger the stirring velocity is, the smaller the grain diameter. Both flows can result in the macro-segregation in the hollow billet because of the non-homogeneous flows. The bigger the stirring velocity, the more serious the macro-segregation of the hollow billet. So, the stirring intensity should be controlled to acquire the high quality hollow billet.     

连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化

为了预测180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固末端位置,对国内某厂方坯连铸机开展射钉试验,并基于Thercast模拟仿真研究了连铸工艺参数(过热度、冷却强度、拉速)对凝固末端位置的研究。结果表明,在过热度20 ℃、拉速0.85 m/min下,180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固终点距离弯月面11.39 m,而末端电磁搅拌位置在11.40 m,无法充分发挥末端电磁搅拌的作用。根据射钉试验、Thercast仿真结果、设备条件、生产节奏等因素对连铸工艺进行了优化,适当降低结晶器水和足辊水量,保持其他参数不变。连铸坯低倍质量表明,工艺优化前铸坯中心存在疏松缩孔,工艺优化后中心疏松为1级、中心偏析为0级,满足质量要求。此外,通过9点法检验了工艺优化后的铸坯碳极差,其值不高于0.12%,满足质量要求。