高频磁场下两段式无缝结晶器内磁场

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25 kHz条件下,壁厚为10 mm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7 mm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5 mm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.     

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。     

电磁连铸系统磁场的数值模拟及试验研究

以电磁场理论为依据，建立了电磁连铸成型系统的物理和数学模型，用小线圈法实测了不同电源功率时系统内的磁场强度，得出了结晶器内磁场的分布规律；并且进行了铝合金电磁连铸的成型试验，研究了工艺参数对铸锭表面质量的影响；用有限元法数值模拟了感应线圈位置以及感应线圈与结晶器间距对成型系统内磁感应强度和分布的影响。结果表明：磁感应强度的最大值位于感应线圈的中心位置；感应线圈与结晶器间的距离增大，磁感应强度明显减小，5～10mm的间距对电磁连铸过程较为有利。研究结果表明合理设计电磁连铸系统有利于得到分布合理的磁场，提高电源效率，确定合理的工艺参数可以保证电磁连铸的顺利进行并有利于改善铸坯的内外部质量。     

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%.     

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.     

高频调幅磁场下无结晶器振动电磁连铸技术的实验研究

研制了可以产生方波、正弦波及三角波3种波形高频调幅磁场发生器，并对其在结晶器内产生的磁场进行了测量．进行了3种波形高频调幅磁场下的无结晶器振动电磁连铸实验，结果表明：在方波、三角波和正弦波调幅磁场作用下的无结晶器振动电磁连铸过程中，当调制波频率略低于系统固有频率时，弯月面与结晶器壁间断接触距离最大，保护渣润滑效果最好，连铸过程拉坯阻力最小，连铸坯表面质量相对较好；在3种高频调幅磁场中，与三角波和方波相比，正弦波较易于减小拉坯阻力和改善铸坯表面质量。     

复合电磁场作用下连铸金属液弯月面运动规律的热模拟研究

采用Wood alloy作为钢液的模拟工质,研究了复合电磁场作用下连铸结晶器内弯月面运动的变化规律。结果表明：（1）施加复合电磁场不仅能够有效地控制由于结晶器内电磁搅拌导致得弯月面运动,而且能够实现弯月面与结晶器壁的分离,形成具有一定高度的悬浮液柱,使得弯月面的稳定性得到提高;（2）两个感应线圈的工作位置对弯月面形状有很大的影响。就本实验装置系统而言,搅拌线圈中心面位于液面下部20mm左右时液面凹陷深度最大;金属液面控制在高频线圈中心面附近时可获得最大的接触角。     

软接触电磁连铸硬铝合金圆坯结晶器透磁性能模拟

设计了用于硬铝合金软接触电磁连铸的圆坯结晶器,模拟计算了不同结构方案对结晶器透磁性能的影响差异,研究了结晶器内壁的厚度,内壁上的开缝数、缝隙高度、缝隙宽度等结构因素对结晶器透磁性能的影响规律。结果表明:①硬铝合金圆坯结晶器4种方案中,单纯石墨隔离结晶器透磁性能最好,内壁未开缝的结晶器透磁性能最差,内壁开缝以及内壁与石墨衬套均开缝两种情况结晶器透磁性能较好②结晶器内壁所开缝隙高度增加,磁感强度随之增加,对于本文设计的结晶器结构(感应线圈高为0.06m),当开缝高度小于0.05m时,缝高每增加0.01m,磁感强度增加约2mT;缝高大于0.05m之后,增加缝高磁感强度增幅趋缓。③结晶器内壁所开缝隙宽度增加,磁感强度随之增加,变化关系可分3段:缝宽为0.1~0.3mm磁感强度未有明显增加;缝宽为0.3~1.1m磁感强度有较明显增加,缝宽每增加0.1mm磁感强度约增加0.5mT;缝宽为1.1~2mm磁感强度增幅明显放缓。④结晶器内壁所开缝隙之间间距减少,磁感强度随之增加,变化关系可分两段:缝间间距为0.08~0.025m,随着间距的减小,磁感强度增幅不明显;缝间间距在0.025m以下,随着间距的减小,磁感强度呈指数关系...     

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。     

小方坯高速连铸结晶器温度场的有限元模拟

在高效连铸过程中，结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点，应用三维非稳态有限元传热数学模型对结晶器在浇注过程中的温度进行模似，获得结晶器温度场分布及变化情况。同时对工艺参数中结晶器铜壁厚度和冷却水流速对结晶器温度的影响进行研究，经现场验证表明，合适的结晶器壁厚为10mm，合适的冷却水流速为10m/s左右。     

连铸结晶器振动下弯月面处温度波动的模拟实验

设计了连铸结晶器弯月面处传热模拟实验，测量了在结晶器振动情况下弯月面处的温度，发现该处的温度随着结晶器的振动而产生周期性的变化，实验结果表明，结晶器振动频率越大，振动幅值，结晶器冷却强度以及结晶器与铸坏间的接触压力越小，因结晶器振动而产生的弯月面温度波动亦越小，据此认为，连铸弯月面温度波动是导致铸坯表面缺陷产生的一个重要原因，基于此“温度波动”现象，分析了包括高频小振幅振动，软接触结晶器电磁连铸，热顶结晶器等诸多技术改善坯表面质量的机理。     

控制结晶器内钢水流动方式的直流磁场

钢水在注入结晶器的过程中,会将结晶器保护渣和分散的非金属夹杂带人弯月面下液相穴底部,进而影响连铸坯质量并阻碍高速连铸技术的发展。为了解决这个问题,新日本钢铁公司已开发出新的减缓结晶器内钢水流速的电磁制动(ElectromagneticBrake,EMB)技术。