电磁连铸用高频磁场内磁感应强度的分布

用小线圈法测定了等幅高频磁场和调幅高频磁场内的磁感应强度,两种磁场的磁感应强度在空间分布的规律基本相同,即同一高度平面上沿径向从线圈中心至边缘其磁感应强度依次增加,在线圈高度方向上,磁感应强度在线圈高度的二分之一附近达到最大值。等幅高频磁场的磁感应强度随高频电源输出电流的增加而增加,磁场调幅处理能提高磁场内的磁感应强度,提高调幅波信号的幅值电压,可有效提高磁场内的磁感应强度。     

高频调幅磁场分布和液面波动行为研究

采用高频磁场外加低频调制信号的方法产生高频调幅磁场，用小线圈法测定线圈内部的磁感应强度，结果表明，在线圈中下位置截面处的磁感应强度最大，而且边缘强于中心部分，调制波信号频率为5Hz、幅值在0．5—7．0V范围内随着幅值增加磁感应强度增加，当幅值为7．0V时对应的磁感应强度为0．029T。该磁场作用下熔体弯月面的行为研究表明，磁感应强度增加则电磁场对熔体的约束力增加，减少了熔体和坩埚间的压力，液面产生规律性波动。     

软接触电磁连铸高频调幅磁场作用规律的瞬态分析

利用软接触电磁连铸过程电磁场计算模型,对方波和正弦波调幅磁场进行瞬态分析,研究调幅激励电流密度与结晶器内金属液中的磁感应强度和电磁力之间的响应关系.结果表明:磁感应强度幅值与激励电流密度幅值呈正比关系,两者随时间变化规律一致;调幅磁场磁感应强度变化频率与高频激励电流密度的频率一致,且磁感应强度幅值和磁感应强度变化频率都与调幅波的频率无关,这是通过电流密度调幅获得调幅磁场的依据;调幅磁场电磁力与调幅磁场磁感应强度的平方成正比,与调幅电流密度的平方成正比,电磁力幅值变化周期与调幅电流密度幅值变化周期一致,电磁力变化频率是高频激励电流密度变化频率的两倍.这给调幅磁场通过控制激励电流密度来控制电磁力提供了依据.     

激励线圈匝数对软接触结晶器内磁场和电磁压力的影响

通过建立软接触电磁连铸结晶器内电磁场计算的三维有限元数学模型,模拟分析了高频磁场激励线圈匝数在2～5匝变化,对切缝结晶器内磁感应强度和电磁压力分布的影响。结果表明,线圈匝数变化不会改变结晶器内磁感应强度和电磁压力的分布特征;沿结晶器高度方向上,磁感应强度和电磁压力都在钢液面下5～6 mm位置出现峰值;在周向上,切缝处的磁感应强度和电磁压力值高于分瓣体中心处。随线圈匝数增加,结晶器内磁感应强度和电磁压力的数值均明显增加,但其分布的不均匀性也随之加剧,因此线圈匝数存在最优值,取3匝或4匝是比较合理的。     

磁场频率对软接触结晶器内磁感应强度分布的影响

采用ANSYS有限元软件对软接触电磁连铸结晶器内电磁场进行了三维数值模拟,分析了高频磁场频率在5～40 kHz变化对结晶器内磁感应强度分布的影响.结果表明,适当提高电磁场频率,可以提高结晶器内钢液的磁感应强度,但当频率高于20 kHz后,频率提高,磁感应强度提高不大;高频磁场频率变化对铸坯表面磁感应强度沿高度方向上的最大值所在位置影响不大,均出现在钢液面下5～6 mm处,但电磁场频率升高会使磁感应强度沿结晶器周向上的不均匀性增加,高频磁场频率以20 kHz为宜.     

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。     

铝合金扁锭电磁连铸结晶器内磁感应强度的分布

用特斯拉计测量了电磁连铸铝合金扁锭结晶器内的磁感应强度.实验结果表明,结晶器内同一高度平面上磁感应强度在角部处最大,短边中心次之,长边中心磁场较短边中心处稍弱,平面中心处最小;沿高度方向上各点磁感应强度在感应线圈高度的1/2处附近达到最大值.感应线圈上表面的磁场较小,中心平面内的磁场较大,磁感应强度的大小和分布情况能够满足软接触电磁连铸的要求.中心平面的磁场分布规律较好而且磁场分布均匀,这样更有利于软接触的实现.各点的磁感应强度均随电流的增大而增大.     

软接触电磁连铸对铸坯表面质量的影响

为改善铝基复合材料铸坯的表面质量,采用割缝式结晶器并在初始凝固区域分别施加等幅高频磁场和调幅磁场进行软接触电磁连铸实验。结果表明,施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量,随着输入电流从30 A增加到80 A,铸坯表面质量提高,得到表面光洁的铸坯,而施加高频调幅磁场,铸坯表面光亮度提高,但铸坯表面会出现周期性的振痕,且振痕出现的频率与调幅波的频率有关,频率越高,振痕的间隔就越小。     

电磁软接触连铸高频磁场的数值模拟

以经典电磁场理论为依据,利用有限元软件ANSYS建立了电磁软接触连铸高频磁场计算的数学物理模型。用小线圈法实测了线圈内磁感应强度的分布,并将实测值与计算值进行比较,验证了模型的有效性。通过计算,分析了割缝结晶器内磁感应强度分布的不均匀性以及感应线圈匝间距对结晶器内磁感应强度分布的影响。结果表明：切缝对结晶器中半径小于25mm范围的影响很小,使接近结晶器壁处圆周上磁感应强度分布的不均匀性较大;减小线圈匝间距可以提高结晶器内磁感应强度,线圈匝间距以5～10mm为宜。     

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。     

Electromagnetic characteristics of square cold crucible designed for silicon preparation

In the present work, the strength and distribution of electromagnetic field in the square cold crucible that designed for casting multicrystalline silicon were measured and analyzed by using a small coil method. The results show that in the perpendicular direction the maximum of magnetic flux density (B) appears at the position slightly above the middle of the coil, and then B attenuates toward both sides, and decreases more to the bottom of the crucible. In the horizontal direction, from the edge (corner) to the center, B firstly decreases gradually, and then slightly increases in the center. While along the inner sides of the crucible, the distribution is relatively uniform,especially in the effective acting range. B increases with the increasing of the input power. Moving the coil to the top of the crucible, B increases and the effective acting range of the electromagnetic field becomes bigger. For the coils with different tums, the five turns coil can induce the highest magnetic flux density.     

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。     

电磁连铸高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响

建立电磁软接触连铸结晶器内三维电磁场和温度场计算模型,研究采用方波和正弦波调幅后的高频调幅磁场对铸坯表面温度的影响。结果表明:方波和正弦波调幅磁场的感应热功率都与调幅波频率无关。方波调幅磁场的感应热功率(Q)介于单独施加用于调幅的两个恒幅磁场的感应热功率(Q1和Q2)之间,在Q1和Q2确定后,调幅磁场的感应热功率取决于各自作用时间T1和T2的相对比例;正弦波调幅磁场产生的感应热功率是高频磁场调幅前感应热功率的62%～64%。     

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。     

轴向磁化开口磁环在周期永磁聚焦系统中的应用

采用解析法和有限元法计算了轴向磁化永磁环中心轴上的磁感应强度分布,得到了开口磁环的磁场分布规律。完整磁环中心轴上的磁感应强度不存在径向分量B⊥,只包含轴向分量Bz。磁环开口后,轴向磁场的峰值降低,而径向磁场增加,其中心轴上的合成磁场体现出非轴对称性,不利于其在周期永磁(PPM)聚焦系统中的应用。基于轴向分量Bz和径向分量B⊥的分布特点,设计了新型的PPM系统结构,实现了带开口磁环的PPM系统的轴向周期磁场。实际制备PPM系统的轴向磁场测试结果为上述设计提供了有力支持。     

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。     

移动磁场铸造用感应器的磁感应强度及分布

采用小线圈法和CT-3A特斯拉计相结合的试验方法，研究了移动磁场铸造用感应器磁场强度变化及分布特征。结果表明：磁感应强度沿纵向分布呈周期性变化；距感应器表面越近，变化幅度越大，反之，分布越均匀，磁感应强度随距离的增大而呈指数衰减；沿横向分布除边缘效应外，比较均匀。磁感应强度与输入电流安匝数成正比；采用铁磁性材料，有金属上型能明显增加感应器的磁场强度。