水口浸入深度与拉坯速度对电磁制动下板坯结晶器内金属流动的影响

以水银为实验工质,通过物理模拟考察板坯连铸电磁制动时,水口浸入深度和拉坯速度对结晶器内液态金属流动的影响规律.采用超声波多普勒测速仪测量了在结晶器上部磁场B1 =0.18 T和下部磁场B2=0.5T的情况下,板坯结晶器(模型)内水银的流速分布.实验表明:(1)加大水口浸入深度整体上使液面水平流速下降,且提高该流动的稳定性(湍流度降低);而当水口浸入深度过深时,会引起液面水平流向改变.(2)水口出流的射流流速及其对结晶器窄面的撞击强度,以及液面的水平流速与其湍流度依然随拉坯速度提高而增强;同时,结晶器窄面附近上、下回流区金属液的铅垂速度均趋增大,且上回流区金属液对窄面冲刷的相对强度表现为先升高后降低,而下回流区金属液对窄面冲刷的相对强度则呈持续增强趋势.     

电磁制动对结晶器流场及铸坯表面质量的影响

采用低熔点金属模拟板坯电磁制动条件下结晶器内的流场,使用超声多普勒测速仪测量不同磁场分布和磁感应强度条件下的流速。结果表明,在试验条件下,采用上部磁场B_U=0.18 T和下部磁场B_L=0.5 T时,电磁制动能够增强上环流流动,改善结晶器液面流动和波动。工业试验结果表明,采用I_U=0,I_L=I_(max),有利于减少铸坯表面缺陷。     

FC Mold Ⅱ电磁制动中磁场匹配对金属液流影响

通过物理模拟实验研究板坯连铸流动控制结晶器（flow control moldⅡ,即FC MoldⅡ）电磁制动过程中,磁场强度和分布对结晶器内金属液流动的影响规律.实验中,以水银为模拟工质,在模型拉速为0.41,0.52和0.82 m/min（分别相当于生产拉速1.00,1.30和2.00 m/min）,电磁制动的上区磁场强度B₁=0.18,0.36和0.50 T,下区磁场保持B₂=0.50 T不变的匹配（组合）条件下,考察结晶器（模型）内的水银流态和流速分布,并以此分析上、下区磁场强度匹配（组合）对水口出流、液面流动以及结晶器窄面模壁所受冲刷等的影响规律.结果表明,在上述拉速条件下,FC MoldⅡ电磁制动的上、下区磁场强度匹配关系,分别取B₁/B₂=0.36,0.72和1.00时,结晶器中金属液的制动效果最好.     

静磁场对吹氩结晶器内弯月面行为的影响

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象,观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用.结果表明,施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律,加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮,使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀,减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动.施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用.由相似准则推得,应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.     

射流型磁场排布方式控制结晶器内液流的实验研究

以水银为介质,通过物理模拟实验考察射流型磁场排布方式对中厚板坯连铸结晶器内流场的控制.采用超声波Doppler 测速仪测量有、无磁场下的结晶器内液态金属流速,研究磁场排布和强度对水口出流、结晶器内流动、液面流动、结晶器窄面模壁的冲刷作用等的影响.实验显示,射流型磁场排布方式使水口出流流速受到比通常磁场排布方式更强的抑制...     

磁感应强度对高速连铸流动控制结晶器内金属液流动的影响

流动控制结晶器(FC-Mold)是高速连铸的重要设备,模拟了流动控制结晶器内金属液的流动情况,研究磁感应强度对结晶器内金属液流动的影响。实验结果表明:静磁场不仅具有制动钢液流的作用,还具有阻碍金属液运动,改变流动方向的作用。高速连铸采用FC-Mold,能够改善结晶器内金属液流动;磁感应强度增大,自由液面的流动得到改善,液面波动受到抑制,下环流的冲击强度减小。     

宽厚板坯连铸结晶器内气液界面波动行为的实验研究

通过物理模拟研究了2200mm×280mm 宽厚板坯连铸结晶器吹氩时其内界面波动行为,考察了吹气量、拉速对结晶器内液面波动的影响。结果表明:结晶器吹氩后,各气量下液面平均波高均增加了1.2倍以上,且液面影响的区域集中在距水口2/3断面宽度范围内,弯月面附近的波动影响则较小。与常规板坯连铸结晶器内液面平均波高随吹气量、拉速的增加而增大的规律不同,本实验中随这两个工艺参数的增加液面平均波高均先增大后减小,并从实验条件下得出了控制液面波动的最佳气量。     

流动控制结晶器内钢液流场特性的实验研究(Ⅰ)

以Pb－Sn－Bi低熔点合金和硅油分别模拟用液和保护渣．采用热模拟实验方法在自行设计的连铸实验机上,对双条形恒稳磁场条件下板坯连铸结晶器（FC．Mold）内二维流场的特性进行了热模拟实验研究。结果表明：FC．Mold不仅能够十分有效地稳定液面和抑制水口的出流速度,而且能够促进上部回流区加速流动。因此,FC．Mold可以用来控制和改善结晶器内流场的形态。     

电磁搅拌作用下板坯结晶器内金属液流动行为实验研究

以水银为实验介质,通过物理模拟实验,考察板坯连铸结晶器电磁搅拌中,搅拌电流和水口出口角度对结晶器内金属液流动的影响。在搅拌电流分别为0、50、60 A和水口出口角度分别为0°、15°、25°时,采用超声波多普勒测速仪测量模型内金属液的流速分布。结果表明:电磁搅拌的施加改变了结晶器内金属液流场分布,提高了金属液的流速,降低了自由液面的稳定性,使金属液冲击深度变浅;随着搅拌电流的增大,金属液流速、液面湍流度及冲击深度有增大的趋势;当水口出口角度为15°时电磁搅拌效果较佳。     

薄带双辊连铸水口电磁制动的实验模拟

为控制薄带双辊连铸结晶器内金属液面的波动,提出了水口电磁制动（N-EMBr）设想,通过在水口区域施加稳恒磁场与直流电流,减缓水口金属液对双辊熔池的冲击文中对熔池液面的波动情况进行了实验模拟;观测了有无电磁制动及不同水口浸入深度等条件下熔池液面的波动情况,并测量了水口金属液冲击力的相对变化。结果显示,随输入电流增大,水口出量减小,双辊结晶器内液面波动幅度和频率降低,熔池液面趋于平稳,这表明水口电磁制动可望有效抑制熔池液面波动,为解决薄带双辊连铸结晶器内金属液的布流和流动控制问题,提供一种可选择的方法。     

电磁场下复层材料连续铸造研究

从2个浸入式浇口同时浇注Sn和Sn Pb2种金属液，通过在结晶器外侧施加直流电磁场，控制结晶器内金属液的混流，得到了Sn和Sn Pb复层铸坯。数值模拟的结果表明，电磁力在结晶器一定高度范围内对速度ν起作用，且在不同的高度，磁场对速度ν的制约也是不同的；当B=0．2T左右时，浇道出口速度可以很快地减小，使射流程度降低，达到理想的制动效果。因此，磁感应强度值应大于0．2T。     

电磁铸造移动磁场发生器磁场分布规律及其作用分析

研究了用于电磁铸造的移动磁场发生器上磁场强度变化及其对金属产生的力的作用.结果表明,磁感应强度分量By和Bz的变化趋势相反.By的存在使金属流动充型过程中产生表面凹坑型缺陷,Bz明显提高金属液流动速度,而在提高充型能力的同时,会使金属液流前端截面减小而形成反向充填,引发冷隔缺陷.铁磁性上模可以减弱By、增强Bz,提高表面质量.金属在移动磁场中受到的力与其投影面积有关,而且存在临界投影面积,小于该临界值后,电磁力不足以拉动该金属.     

EMBr对高拉速薄板坯钢水动态行为影响的模拟

在高拉速薄板坯的生产工艺研究中,结晶器内钢水流场是决定坯壳均匀性、液面卷渣概率等铸坯质量问题的关键因素。EMBr能够显著改变钢水流场,是改善这些问题的关键工艺技术。因此,对结晶器内钢水流场的模拟、分析与优化是必不可少的工作。以往的研究中,相关的数据与理论指导较少,针对薄板坯无头轧制产线,高拉速连铸机的分析与研究更鲜有报道。因此基于该高拉速连铸机,采用数值模拟方法获得了结晶器内不同电磁制动电流强度的磁感强度分布。采用电磁与多相流耦合模式,针对不同磁感强度条件下的结晶器钢水流场分布与液面形貌进行了仿真模拟,并分析了电磁制动对液面波动的影响。结果表明,基于固定的工况环境,电磁制动电流值为175 A时钢水流场分布均匀,钢水液面流速相对最低,最高流速约为0.6 m/s,同时液面高度差与剪切角相对最小。该条件最有利于减少因坯壳不均或液面卷渣造成铸坯缺陷的概率。电流值225 A相比125 A时,钢水液面位置磁感强度仅提高0.02 T,液面到达稳定时间仅缩短约1 s。因此存在综合评判下的最优电流值。     

独立可调式组合电磁制动分析

为了有效控制高拉速板坯结晶器内钢液流动和复杂多相流行为,介绍了一种新型的独立可调式组合电磁制动技术(FAC-EMBr)。采用数值模拟方法对FAC-EMBr结晶器内的电磁场特性和新型磁场控流行为进行研究。数值模拟结果表明,FAC-EMBr的施加可以在结晶器的上、下回流区和弯月面区域形成均匀分布的磁场,进而对3个主要区域内钢液流动进行控制;水平磁极和立式磁极的共同作用可以显著降低钢液射流对结晶器窄面冲击强度,减小上回流和下回流钢液流速;与未施加电磁制动和施加EMBr ruler相比,施加FAC-EMBr后,弯月面波高降低至14.5 mm,即使在高拉速条件下(2.2 m/min),FAC-EMBr的施加也可达到有效的控流效果。     

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。     

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。     

大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。