方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,利用有限元分析软件ANSYS对240 mm×280 mm方坯结晶器电磁搅拌的磁场进行数值模拟。分析电流强度、电流频率及结晶器铜管等对搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系。研究结果表明:旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生旋转电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度随电流强度的增大呈线性递增;在低频搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小,而铜管厚度对磁场强度影响较大;模拟结果与实测结果基本吻合。     

圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为

以特殊钢圆坯连铸为研究对象, 建立了研究凝固末端电磁搅拌作用效果的三维耦合数值模型.利用分段计算模型获得末端电磁搅拌区域钢液流动与凝固的实际状态, 并采用达西源项法处理凝固末端钢液在糊状区的流动, 研究了不同电磁搅拌工艺参数下的电磁场分布及钢液的流动与传热特征.通过测量搅拌器中心线磁感应强度和铸坯表面温度验证了模型的准确性.研究结果表明: 电流强度每增加100 A, 搅拌器中心磁感应强度增加19.05 mT, 电磁力随着电流强度的增加显著增大.在20~40 Hz范围, 随着电流频率的提高, 中心磁感应强度略微下降, 但电磁力仍有所增加.在搅拌器区域, 液相穴内的钢液在切向电磁力的作用下旋转流动, 其切向速度随着电流强度和频率的增加而变大.末端电磁搅拌可促进钢液在圆坯径向的换热, 随着电流强度和频率的提高, 铸坯中心轴线上的钢液温度降低, 同时末端搅拌位置处的中心固相分率增加.      

薄板坯二冷区电磁搅拌铸坯内磁场分布和钢液流动

针对特定设计的搅拌器建立了包含钢液流动、传热和电磁场的三维耦合非稳态数学模型,计算了CSP薄板坯二冷区液芯在电磁搅拌作用下的传输行为,其中考虑了感应电流和搅拌器线圈上下端部对磁场强度的影响.结果表明:电磁力改变了铸坯液相穴内钢液流场,对钢液起到水平搅拌作用;搅拌器产生的磁场不均匀,在不同厚度处幅度和相位都不同,且幅度随着穿透深度的增加而减小;感应磁场移动方向与外部磁场相同且不宜忽略;单侧搅拌器对铸坯内钢液搅拌比较均匀.      

Φ150 mm圆坯结晶器电磁搅拌数值模拟研究

以结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了Φ150 mm断面结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。分别模拟不同条件下的结晶器电磁搅拌电流和不同电磁搅拌频率作用下钢液在结晶器内流动状态的规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

凝固末端螺旋电磁搅拌对大圆坯裂纹形成的影响

内部裂纹是特殊钢大圆坯常见缺陷之一。电磁搅拌是提高铸坯组织成分均匀性的常用技术手段，其中单绕组螺旋电磁搅拌器不仅结构简单、安装方便而且搅拌效果明显。为了探究凝固末端单绕组螺旋电磁搅拌(F-HEMS)对大圆坯内部钢液流动、凝固传热和裂纹形成的影响，采用试验和数值模拟方法进行研究，发现液相穴内钢液受电磁力作用，沿拉坯方向在电磁搅拌器高度范围内螺旋流动。F-HEMS使连铸坯内零塑性温度(T_ZD)至黏滞性温度(T_LI)区间的温度梯度增大了31.56%～42.27%,使T_ZD-T_LI区间宽度减小了6.6 mm。受F-HEMS影响，糊状区内的液相分数降低。连铸坯内的温度、Von-Mises应力与弹性等效应变分布均呈层状分布。在应用F-HEMS后，连铸坯T_ZD-T_LI区间内的Von-Mises应力平均降低了0.11 MPa,弹性等效应变平均降低了0.02百分点。在数值模拟和试验的基础上，提出了一种开裂指数，以预测内部开裂风险。研究发现，应用F-HEMS时的开裂指数比未应...     

钢包炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟

钢包炉电磁搅拌(electromagnetic stirring in ladle furnace,LF-EMS)是钢包精炼过程中的一种重要的搅拌方式.对某厂90 t钢包炉电磁搅拌器的磁场与流场的数值模拟结果表明,钢液在电磁力的作用下,形成一个大的单一循环流动,钢包内的速度和湍流动能分布均匀.     

大方坯末端电磁搅拌位置和连铸工艺参数的确定

采用有限元方法,对某钢厂的重轨钢大方坯连铸机的凝固过程温度场分布情况、坯壳生长规律和凝固率进行了模拟研究。根据末端电磁搅拌对凝固率的要求,为该钢厂重轨钢大方坯连铸机的末端电磁搅拌位置和相应连铸工艺参数的确定提供了理论依据。根据模拟结果,确定在距弯月面11.6 m处安装末端电磁搅拌器,同时通过射钉试验和末端电磁搅拌生产试...     

钢水连铸电磁搅拌的磁流体力学基础

本文从磁流体力学基本方程出发,导出一些无量钢参数:Re(雷诺数)、Rm(磁雷诺数)、Ha(哈特门数)和 N(磁互相作用参数),阐述这些无量纲参数的物理意义,结合钢水连铸电磁搅拌工况,讨论这些参数在其中的影响,为研究电磁搅拌现象及搅拌器设计计算提供一些定性结果。     

小方坯凝固末端电磁搅拌的磁场数值模拟

 利用ANSYS软件对160 mm×160 mm小方坯凝固末端电磁搅拌器所产生的电磁场分布进行了模拟。计算了小方坯内部磁场分布情况,同时计算出在不同搅拌电流条件下的铸坯凝固末端凝固前沿钢液液芯所受的电磁力与钢液的转速。结果表明,铸坯凝固前沿磁感应强度、电磁力及钢液转速均随着搅拌电流的增加而增大。结合实际生产情况,确定凝固末端液芯半径为175 mm,电磁搅拌频率为6 Hz时,最佳搅拌电流为400 A,此状态下凝固前沿由电磁力引起的钢液最大转速为12 r/s。     

板坯连铸用电磁旋流水口装置磁场优化设计

结晶器是连铸最重要的一部分之一,合理控制结晶器内部钢液流动能够有效提高铸坯质量。电磁旋流水口是一种新型的电磁控流技术,该技术利用电磁旋流装置产生的电磁力无接触旋转水口内部钢液,从而均匀水口出流,控制结晶器内部的钢液流动,平缓弯月面波动,抑制卷渣。电磁旋流装置安装于中间包和结晶器中间,其在使用过程中需保障现场安全还需要减少对保护渣添加、水口更换、液位检测装置等的影响。这需要电磁旋流装置能够快速安装到水口附近且装置产生的磁场不会对周围环境产生影响,所以要对电磁旋流装置结构进行优化设计。用数值模拟方法耦合求解电磁场和流场,对比了圆形电磁旋流装置、U形电磁旋流装置和线形电磁旋流装置,通过比较磁场利用率,水口内部钢液的旋流强度以及装置的能耗,得出最适用于连铸生产的电磁旋流装置结构。通过磁屏蔽设计减轻电磁旋流装置漏磁,消除了电磁旋流装置产生的磁场对周围环境的影响。研究结果表明,磁体中心磁场强度相同时,U形电磁旋流装置产生的旋流强度最强,并且U形结构有利于安装。使用磁屏蔽外壳能够使电磁旋流装置漏磁减小44%,但不会减弱电磁旋流水口装置对水口内部钢液的作用效果。有助于获得适用于工业生产的电磁旋流装置结...     

电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

 结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量,施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象,对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明,通过增大水口深度,能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象,减小水口附近的液面波动。     

Effect of Electromagnetic Stirring on Molten Steel Flow and Solidification in Bloom Mold

The effect of electromagnetic stirring on molten steel flow and heat transfer in a 260 mm× 300 mm bloom mold was investigated by using a method combining both finite element method and finite volume method. The simu lation results related to magnetic fields were consistent with the onsite measured data. The magnetic flux density in creased with increasing the current intensity but decreased with increasing the current frequency. Electromagnetic stirring caused molten steel to flow with rotation on a horizontal section and two sets of recirculation regions with opposite fellow directions in a longitudinal section formed. The maximum tangential velocity increased with increasing the current intensity and frequency. Furthermore, the superheat degree of the molten steel on the outlet cross section of the mold decreased with increasing the current intensity. growth zone of solidified shell in the effective stirring zone. bearing steel, the appropriate values of current intensity and to be 300 A and 3 Hz, respectively. Electromagnetic stirring caused the emergence of a zero For the 260 mm N 300 mm bloom continuous caster of current frequency of electromagnetic stirring were found     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

采用有限元方法模拟了中频电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响规律,讨论感应线圈电流强度和电源频率等因素对结晶器内钢液流动的影响。结果表明：电磁力能加强结晶器内上半部熔池的搅拌强度,并在弯月面区域形成一明显的回流区,同时还能减小钢液射流的渗入深度;增大电流强度,能加强钢液的回流和对钢液的搅拌,减小射流渗入深度,同时也加剧了钢液自由表面的波动,因而电流强度有一个最佳的控制范围;增加电源频率时,射流的渗入深度变化不大,但弯月面附近钢液的紊动能和速度都有所提高,综合考量,本研究中将频率控制在2500 Hz左右。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

对大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的流场和温度场进行了数值模拟,并讨论了搅拌强度对流场和温度场的影响。结果表明：在结晶器电磁搅拌下,搅拌器区域的钢液变为水平旋转,使从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,流股侵入深度变浅,从而使轴向温度迅速降低,径向温度升高,提高了热区位置,有利于传热;搅拌强度越大,钢水的二次流现象越明显,热区位置越高。     

Effect of electromagnetic stirring methods on solidification structures of Sn-11% Sb binary alloy

In this paper,a spiral magnetic field electromagnetic stirrer,which can separately induce two different magnetic fields,is introduced. The corresponding central magnetic flux curves of the stirrer were measured by two different probes of the Tesla meter. Meanwhile,the mentioned spiral magnetic field electromagnetic stirrer was used,the effect of the two different magnetic fields on solidification of Sn-11% Sb binary alloy was studied,and the segregations and metallographic structures of the ingot samples were analyzed. The research results show that,with the same electromagnetic stirring parameters,the spiral magnetic field electromagnetic stirring is more effective in reducing the composition difference between the upper and lower parts of the ingot. The microstructure photos show that the grain size was more refined.     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

对方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,分析了不同电流强度、电流频率、结晶器铜管以及结晶器内水套对电磁搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系,模拟结果与实测结果一致;并得出采用合适的电磁搅拌参数可以在结晶器内获得合理有效地电磁搅拌强度,从而可以更有效地改善铸坯的质量.     

结晶器电磁搅拌对圆坯质量影响的研究

通过数值模拟计算了马钢圆坯连铸（断面尺寸为Ф450mm）电磁搅拌参数对磁场分布的影响,并通过生产试验研究了电磁搅拌参数对铸坯质量的影响。模拟计算表明,结晶器磁场强度随着搅拌电流的增加而增大,电流不变时,频率越小,磁场强度越大。现场试验表明,采用电磁搅拌能有效改善铸坯低倍组织,搅拌电流越大,铸坯中心等轴晶比率越高;电磁搅拌还能有效改善铸坯疏松和中心偏析状况。选择合适的电磁搅拌参数可以获得良好的铸坯质量。     

复合电磁场对连铸结晶器弯月面金属液运动 行为及铸坯质量的影响

为了获得高质量的连铸坯 ,提出了在连铸结晶器外施加复合电磁场的电磁铸造方法。规范和测定了冷坩埚式铜铸型内复合电磁场的分布 ;采用低熔点金属镓和 Sn- 4.5 % Pb合金模拟高熔点钢 ,研究了在水冷铜铸型外施加复合电磁场对结晶器弯月面处金属液运动行为及铸坯质量的影响。实验结果表明 :复合电磁场能够有效地抑制结晶器弯月面处金属液波动变形 ,并改善铸坯的表面质量。随着搅拌线圈磁通密度的增加 ,铸坯的凝固组织由柱状晶转变为等轴晶 ,使晶粒得到细化     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。