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.     

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.     

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.     

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.     

高频磁场下两段式无缝结晶器内磁场分布和弯月面的实验研究

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25kHz条件下，壁厚为10mm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7mm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5mm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。     

磁场均匀性对电磁软接触连铸坯表面质量的影响

针对圆坯电磁软接触连铸过程,建立了描述结晶器内三维电磁场分布的数学模型,研究了结晶器内磁场强度及其导出量的分布规律,并对高频磁场对铸坯表面质量的作用机理进行了初步分析。结果表明,由于结晶器上切缝的分布特点和金属集肤效应的影响,作用在软接触结晶器内部的磁感应强度沿径向、轴向和周向分布都不均匀。电磁力方向由钢液外表面指向液芯,线圈中心处电磁力最大,然后向两端迅速减小。焦耳热沿结晶器高度方向分布不均匀,在钢液自由表面附近,焦耳热最大并沿拉坯方向迅速减小。由于切缝周期对称的特点,电磁力、焦耳热在周向上也存在周期性对称的特点。     

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。     

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。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液弯月面行为的热模拟

以低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金作为钢液模拟工质,对谐波高频磁场作用下,方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液的弯月面行为进行热模拟的实验研究,通过录像手段记录高频磁场作用下非导电石英玻璃容器内液态金属的弯月面行为,并采用“浸镀法”测得不同实验条件下的弯月面形状,掌握了高频磁场作用下液态金属弯月面的波动特性及不同感应线圈实验参数对弯月面行为特征的影响效果,研究表明：方坯结晶器内高频磁场沿结晶器周向的不均匀分布     

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.     

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。     

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。     

软接触电磁连铸技术分析

运用数学解析的方法，对连铸软接触技术中若干电磁参数进行了理论分析，通过对电磁波在铜，钢水和充满钢水的铜结晶器内的衰减的分析，以及对电磁体积力的数学推导，确认了电磁力的大小取决于磁感庆强度沿径向衰减的快慢，即Bz对r的导数，当频率增加时，铸坯表面的电磁力增加，并向铸坯中心迅速衰减，电磁压力沿径向的分布弯月面的形状，一定结构的结晶器应选一个最佳频率，才能得到最大的电磁约束力。     

特种合金软接触电磁近终成形技术的基础研究

以低熔点金属锡作为特种合金液模拟工质 ,对高频磁场作用下模壳内合金液的弯月面形态进行热模拟研究 ,测定了弯月面高度及软接触高度 ,掌握了电源功率、感应线圈参数和磁化套参数对弯月面形态的影响效果。研究表明 :电源功率、线圈高度和工作位置及磁化套高度和工作位置将影响弯月面形态及稳定性 ,影响合金液与模壳的软接触 ,是影响软接触成形过程稳定性的重要参数。