方坯结晶器电磁搅拌磁场特性研究

对杭钢方坯结晶器电磁搅拌磁场和扭矩进行了冷态测试,研究了磁场和扭矩随电流、频率的变化规律及磁场的空间位置分布特点。结果表明,磁感应强度大时,电磁力矩不一定大,强调应把电磁力矩作为搅拌器性能的最佳指标。通过不同频率下的扭矩值确定EMS的最佳频率,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。     

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。     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场与流场数值模拟

随着高速连铸技术发展,人们对连铸坯质量的要求越来越高,结晶器电磁搅拌是保证连铸坯质量一个重要的措施.借助有限元分析方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律.模拟结果表明:在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3 Hz时,钢液搅拌速度最大.     

结晶器电磁搅拌对45钢方坯凝固结构的影响研究

通过在160 mmX200 mm连铸机上进行的试验,研究了结晶器电磁搅井对45钢方坯凝固结构的影响.研究表明,同一频率下,随搅拌电流强度的增加,铸坯的等抽晶率明显增加;电流强度不变时,随着频率的增加,等轴晶率基本保持不变;并讨论了衡量电磁搅拌效果的指标问题,通过分析磁感应强度、电磁扭矩与电磁搅拌参教的关系可以得出,铸坯等轴晶率变化趋势与电磁扭矩变化趋势有良好的一致性,电磁扭矩比磁感应强度更有效地反映电磁搅拌效果,前者更真实地衡量了电磁揽拌对钢液的搅拌强度,随着搅拌强度的提高,铸坯等轴晶率提高.通过研究,优化了结晶器电磁搅拌工艺,使铸坯等轴晶率达60%以上,改善了中心碳偏析,降低了硫松及缩孔程度.     

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。     

圆坯连铸电磁旋流水口的数值模拟

在浸入式水口外部采用可移动的旋转电磁场装置,使水口内钢液形成旋转流动.通过对磁场和流场的数值模拟,分析了电磁参数和电磁旋流装置结构对钢液内磁感应强度和旋流速度大小及分布的影响.结果表明,钢液中心竖直轴线上的磁感应强度随线圈电流增大而增大,随频率增大而减小.采用圆形磁体时磁感应强度最大且分布均匀,优于马蹄形磁体;线圈电流500 A,频率50 Hz时,获得了在圆形装置作用下浸入式水口内及结晶器内的钢液的速度矢量分布,此时结晶器内产生了较强的旋流流动.从现场操作角度出发,提出了改进马蹄形电磁旋流装置.通过低熔点合金的电磁旋流实验验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性.     

软接触结晶器内电磁场分布的数值模拟研究

采用互感耦合模型计算了软接触结晶器内的电磁场分布，讨论了结晶器开缝数，电源频率，功率以及感应线圈与结昌器相对位置对磁场分布的影响，结果表明：增加开缝数提高了结晶器透磁性，增大了磁感应强度，磁感应强度随电源频率的增加而减小，随功率加而增大，磁感应强度的最大值在轴线上随感应线圈位置上升而增大且位置上移，在结晶器附随感一圈与结晶器之间的模向距离增大而减小。计算结果与试验结果基本吻合，因此该模型可以用来模拟接触结晶器内的电磁场分布情况。     

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.     

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。     

圆坯凝固末端电磁搅拌电磁场的数值模拟

以某厂圆坯凝固末端电磁搅拌器为研究对象,建立了圆坯凝固末端电磁搅拌的三维数学模型。利用有限元软件ANSYS对电磁场的分布规律进行了数值模拟,研究了不同工艺参数对磁感应强度和电磁力分布规律的影响。研究结果表明：当电流频率为8 Hz,电流强度从100 A增加到400 A时,搅拌器中心处的磁感应强度从19.5 mT提高到77.9 mT,中心横截面上切向电磁力的最大值从115 N/m3提高到1 837 N/m3。当电流强度为300 A,电流频率从4 Hz增加到12 Hz时,搅拌器中心处的磁感应强度从60.3 mT下降到55.6 mT,中心横截面上切向电磁力的最大值从550.2 N/m3提高到1 501.8 N/m3。     

THREE-DIMENSIONAL CHARACTERISTICS AND HOMOGENIZATION OF ELECTROMAGNETIC FIELD IN SOFT-CONTACT CONTINUOUS CASTING MOLD

1. IntroductionRecently, electromagnetic soft-colltact cofltinuous casting mold technology was introduced to improve the quality and productivity in the continuous casting processll,2]. Thesoft-contact mold has complicated three-dimensional structure with slits and segments.The electromagnetic field distribution and its uniformity have influence on the metallurgical effect of this technology. Because of the difficulty to directly measure the distributiono f electromagnetic field in soft-contac…     

方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟，对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算，得到磁感应强度，电磁体积力，感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律，在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强，20000Hz时约为10%，由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上，连铸坯表面受力的电磁体积力在横向较为均匀，当钢液面位于感应线圈中部时，沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强，然后逐渐降低。     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

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.     

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。     

结晶器电磁搅拌对55CrSi弹簧钢铸坯质量的影响

为研究55CrSi弹簧钢连铸生产中采用的电磁搅拌技术对铸坯质量的影响,利用有限元法,对结晶器内不同搅拌参数下电磁场分布进行了模拟,对电磁力矩进行了理论计算,并系统地研究了结晶器电磁搅拌电流和频率对其铸坯质量的影响规律。试验结果表明：电磁搅拌电流和频率分别为320 A和3 Hz时,中心等轴晶率为29.62%,中心疏松减轻,缩孔消除,铸坯低倍质量有明显地改善;在其它浇注工艺参数不变的情况下,铸坯的中心等轴晶率与电磁力矩呈现对应关系,电磁力矩增大,铸坯中心等轴晶率提高。     

电磁场相位对小方坯连铸结晶器电磁搅拌的影响

通过数值模拟对两相和三相结晶器电磁搅拌器作用下钢液内部的磁场和流场进行耦合数值分析,得出了不同相位电磁搅拌时,钢液内部磁感应强度、电磁体积力及搅拌速度的分布规律.模拟结果表明:在相位差为90°的两相电磁搅拌器结晶器电磁搅拌时,钢液内部的磁感应强度、电磁体积力及钢液的搅拌速度要比相位差为120°三相电磁搅拌器的高.计算结果与文献中实验结果及宣钢等厂的生产实践结果一致.