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。     

行波磁场旋转搅拌对板坯结晶器内冶金行为的影响

基于电磁热流体与凝固传输理论建立了无间隙原子(IF)钢板坯连铸的三维耦合数值模型,研究了不同拉速下行波磁场旋转搅拌(EMRS)对2 150 mm×230 mm断面板坯结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等冶金行为的影响,提出了行波磁场旋转搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。结果表明,EMRS作用下搅拌器中心横截面上磁感应强度和电磁力的最小值都出现在铸坯中心且电磁力矢量出现了6个涡心。当拉速从0.84 m/min提高到1.84 m/min时,结晶器内液面速度增大,在搅拌器中心横截面位置处,电磁力的涡数量由6个减少至4个。随着拉速增大,宽面凝固前沿最大冲刷速度、窄面附近最大液面波高及钢液冲击深度均增大,而窄面凝固前沿最大冲刷速度和结晶器出口坯壳厚度随拉速增大而减小。     

高推力辊式电磁搅拌器在电工钢板上的应用及优化

针对某钢厂生产电工钢板项目的实际案例,通过有限元分析与实验测量相结合的方法研究了高推力辊式电磁搅拌器在230 mm铸坯上的最佳搅拌参数、搅拌参数随铸坯厚度变化规律及冶金效果。结果表明,电流为500 A,频率7 Hz,对230 mm铸坯能起到良好的搅拌效果。同设备高推力辊式电磁搅拌器搅拌不同铸坯,为获得较好冶金效果,随铸坯厚度的增加,电流强度和频率分别呈线性增加和逐渐递减趋势进行调整。产品使用后的冶金效果表明:优化应用高推力辊式电磁搅拌器可以明显改善铸坯的凝固组织,提高等轴晶率。     

连铸圆坯凝固末端电磁搅拌位置及工艺参数优化

通过有限元模拟对包钢圆坯铸机连铸过程钢液凝固过程进行分析,确定了凝固末端电磁搅拌的安装位置。采用瞬态磁场分析方法,分析了凝固末端电磁搅拌过程中铸坯内部的磁感应强度、电磁力的分布,并对凝固末端电磁搅拌的工艺参数进行了优化。通过优化计算,在拉速为0.45m/min,比水量为0.18L/kg,过热度为25℃的工艺条件下,430mm铸坯凝固末端的电磁搅拌工艺参数:电流为250A,最佳频率为10Hz。现场对搅拌器内部磁感应强度进行冷态测试,测试结果和模拟结果相符合。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场与流场的数值模拟

建立了描述大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场三维数学模型,并分别用有限元、有限体积法进行数值求解,对电磁场计算结果进行了实测检验.结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,铸坯边缘上的切向电磁力在搅拌器中心横截面上最大,在结晶器出口处有一峰值.钢液在横截面内旋转流动,而在纵截面内形成4个旋涡.在铸坯内,从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,使流股侵入深度变浅,同时使流股向四周发散,从而有利于传热.励磁电流强度与频率对电磁力和流场均有影响.     

150mm×150mm方坯连铸机末端电磁搅拌及拉速对铸坯内部质量的影响

某钢厂生产的150 mm×150 mm小方坯铸坯质量不稳定,主要问题在于铸坯中心碳偏析及横截面低倍不合格率较高。因此在该连铸机上采用末端电磁搅拌设备并进行现场试验。探讨了不同搅拌位置、搅拌频率、电流大小、搅拌方式及铸机拉速对铸坯质量的影响。实验结果表明,在液芯厚度分别为35、60 mm处进行电磁搅拌均会导致中心偏析严重。电磁搅拌频率、电流大小、搅拌方式、拉速也会对铸坯内部质量产生影响。根据实验结果,在该连铸机生产工况下,最佳末搅位置在液芯厚度45 mm处,较为合理的搅拌参数为电流400 A、频率12 Hz、交替搅拌方式。拉速提高不利于铸坯内部质量。     

线圈位置对小方坯连铸结晶器搅拌的影响研究

采用三维有限元技术研究了结晶器电磁搅拌时,线圈与铜管端部的相对位置对电磁搅拌电磁场、电磁力功能的影响规律.结果表明,与常规安装形式相比,当结晶器铜管位置分别相对于线圈底端向上和向下移动时,对电磁场和电磁力产生不同的影响.铜管相对于搅拌器底端上移100 mm,搅拌区内部的磁场大小变化不大,但是电磁力的大小和方向均有明显变化,特别是与拉坯方向相反的电磁力增加明显;而铜管相对于搅拌器底端向下移动100mm,电磁场和电磁力均没有明显变化.     

连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌的磁场数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件,在电流频率为6 Hz、电流强度变化的情况下,对连铸板坯二冷区电磁搅拌进行了数值模拟.分析了电流强度为400 A、电流频率为6Hz时,铸坯内部的磁感应强度和电磁力的变化规律.结果表明,铸坯中心的磁感应强度随电流强度的增大而增大;铸坯中心的电磁力在一个周期的不同时刻向同一个方向移动,并在该力的作用下完成对钢液的搅拌.     

钢连铸电磁搅拌工艺中电磁力的计算

利用旋转磁场特征变换模型方程并结合边界更新法,提出一种计算旋转型电磁搅拌器在钢连铸坯中产生的电磁力场的方法．用该方法计算了考虑铁心影响的不同尺寸钢连铸方坯内的电磁场．模拟结果与实验数据符合良好,同时详细给出了旋转电磁场在搅拌区域内产生的电磁力的空间分布,并分析了不同电流、频率等参数对电磁力分布的影响．     

钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟

采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型,分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律,并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布,且集中分布在铸锭上部350 mm范围内;熔炼电流产生切向磁场,搅拌电流产生轴向磁场,两者进行简单耦合;在熔炼电流及其自感磁场的作用下,产生径向和轴向电磁力;该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转,产生切向电磁力;随熔炼电流线性变化,磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化;随搅拌电流线性变化,磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。     

异相位电磁连铸的电磁场分析

采用ANSYS有限元软件对空心管异相位电磁连铸中电磁场、力场的分布进行了模拟．结果表明：异相位磁场作用下,铸管中磁感应强度高且分布均匀;壁厚中部的金属熔体受到沿径向的电磁推力,向外结晶器方向流动;石墨环附近的金属熔体和初凝壳受到电磁斥力的作用,可以避免“抱芯”,减少摩擦,抑制了偏析瘤的形成,进而提高了铸管表面质量．     

电磁约束成形用冷坩埚内磁场分布规律

用测量的方法获得磁场分布规律，结果表明，磁场在感应线圈内较大，向两端衰减；轴向磁场随功率的增加而增大，随半径的减小而减小，从开缝处向瓣内减小，不过减小不明显；径向磁场随半径减小急剧减小，随线圈匝数增加而减小。轴向磁场大于径向磁场，对电磁约束成形起主要作用的是轴向磁场。     

圆锭电磁铸造中电磁场的数值模拟

详细描述了互感耦合模型．并且利用此模型计算了电磁铸造中电磁场的分布。结果发现电磁铸造中磁感应强度与输入的电流呈线性变化的关系，利用这一结果提出了一种计算电磁铸造中液柱高度的计算方法．并且利用这种方法计算了电流与液柱高度的关系．计算值与宴测值基本符合。     

任意波形脉冲磁场下电磁力计算模型研究

为了建立一个描述任意脉冲磁场下电磁力特性的数学模型,利用数学解析法推导建立任意波形周期脉冲电磁力的模型和理论解。利用此模型考察了三角脉冲磁场下电磁场和电磁力周期变化规律、脉冲频率、占空比和静磁场对电磁力的影响。结果表明:任意波形周期脉冲磁场可通过时谐场叠加得到,各个时谐场的频率为基频的整数倍。三角脉冲电磁力方向呈现交替变化,并且其电磁压力绝对值大于电磁拉力。在脉冲磁场某时间段内,介质内部同时存在电磁拉力和电磁压力。随着脉冲频率增大或占空比减小,电磁压力与电磁拉力都增大,但是电磁压力增幅远大于电磁拉力。随着静磁场感应强度增大,脉冲电磁力增大同时作用深度也增加。枝晶破碎是脉冲磁场细化晶粒组织的机理之一,枝晶在交替变化的脉冲电磁力作用下,可视作产生疲劳损伤,因此脉冲磁场电磁力特性能够增加枝晶破碎的几率。一方面可以通过设计调整脉冲频率、占空比和静磁场获得满足细化凝固晶粒组织所需电磁力;另一方面当脉冲电磁力足以使枝晶破碎时,降低脉冲频率或增大占空比,以便脉冲电磁力作用深度大,从而使凝固细化作用效果更佳。     

铝合金电磁充型低压铸造电磁场设计方法

根据电磁泵原理,着重对电磁泵中电磁场的设计方法进行了研究,获得了分体式电磁铁磁隙宽度和磁极结构对磁隙中磁感应强度B的影响规律.结果表明, 磁感应强度B与铁芯横截面积S的平方根S、磁感应强度B的自然对数lnB与磁隙宽度δ以及与铁芯的中心线长度L0和铁芯横截面积S的平方根之比L0/S均成线性关系.利用数学回归分析的方法,推导出开口磁铁在饱和阶段磁隙间的磁感应强度B的经验计算公式.     

复合材料制备中电磁搅拌电磁场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌法制备复合材料的电磁场进行了数值模拟,并与实测值进行了比较。结果表明,电磁搅拌复合坩埚内磁感应强度呈三维分布,其数值在坩埚高度方向上中间处最大：相同频率下,磁感应强度均随着电流的增大而增大;相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小。坩埚内金属中的电磁力分布与磁感应强度分布规律类似。     

电磁场在材料凝固加工领域的应用

介绍了电磁场在材料凝固加工领域的应用情况,包括静磁场、强静磁场、低频磁场、行波磁场与旋转磁场、高频磁场与电磁成形技术、复合电磁场的应用等。对未来的电磁凝固技术进行了展望。     

汽车空调电磁离合器电磁场有限元分析

利用APDL参数化语言建立了汽车空调电磁离合器二维有限元模型,并对其进行了二维电磁场分析,得到了离合器内部结构的磁力线分布、皮带轮与吸盘之间的电磁吸力以及结构尺寸变化对磁力线和电磁吸力的影响规律,为离合器的优化设计提供了依据。     

电磁场作用下原位生成WC颗粒的研究

在电磁场的作用下,金属W丝和灰口铸铁熔体中的C原子集团发生原位反应,形成WC颗粒,该颗粒分布在未反应的W丝周围.在颗粒和未反应的W丝之间存在一个明显的过渡区域.电磁场加速了熔体中的质量传递,有助于在W丝周围形成一系列的Fe-W-C三元微区,微区中W的含量较高,这改善了原位合成WC颗粒的动力学条件.但WC颗粒的间隙降低了元素的扩散速度.     

电磁搅拌下金属流体的流场测量与研究

阐述了利用自行设计的装置测量电磁搅拌下水银流场的过程，并以此来模拟制备钢铁半固态流变浆料时熔融的金属流体的流场行为。结果表明：在合适的搅拌频率下，随着输入电压的增大，金属流体的转速增大；电磁搅拌下旋转的金属流体中存在角速度差，而且随着输入电压的增大，角速度更明显，电磁搅拌更显著。