热镀锌电磁封流技术的研究综述

热镀锌是镀锌板生产过程中必不可少的步骤,而热镀锌电磁封流技术相对于传统热镀锌技术具有带钢表面无划伤、沉没辊和稳定辊不被腐蚀、维修频率低和工作效率高的优势,具有重要的工程应用价值。首先,介绍了热镀锌电磁封流技术的特点和意义。其次,分别介绍了电磁泵热镀锌电磁封流技术、CVGL热镀锌电磁封流技术、直流磁场热镀锌电磁封流锌技术和永磁感应密封热镀锌电磁封流技术的工作原理、研究现状、技术组成及其优缺点。再次,分析了热镀锌电磁封流锌工作过程中,温度场、流场、固体结构力学场和电磁场之间复杂耦合的特点,并且依据热镀锌电磁封流过程的技术特点,指出了热镀锌电磁封流过程中带钢振动的抑振技术、锌液不稳定流动抑制技术、温度稳定性控制技术、张力控制等关键技术。最后,提出了电磁装置结构参数优化、带钢振动抑制技术和基于大数据的过程控制技术是提高热镀锌电磁封流锌工作过程的关键技术。     

励磁电流对结晶器内磁场和电磁力的影响

利用建立的软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场计算数学物理模型,模拟分析了高频磁场励磁电流密度在2.2×106～1.32×10A/m2之间变化时,对结晶器内磁感应强度和钢液内电磁压力的影响.结果表明,提高励磁电流密度,可以有效地提高结晶器内初始凝固区域的磁感应强度和电磁压力,但同样会使钢液或铸坯表层的磁感应强度和电磁压力在同一高度的周向上分布的不均匀性增加,切缝附近明显高于分瓣体中心;同时励磁电流密度增加,电磁压力沿结晶器高度方向的变化梯度随之大幅度增加,均匀性下降.为保证铸坯质量,应控制励磁电流密度在合适范围内.     

方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的数值模拟

利用电磁流体力学（MHD）的基本理论及Bennon的连续介质模型,给出了方坯结晶器内钢液凝固及电磁制动的三维数学模型、磁场、流场和温度场的数值模拟表明,与钢液流场速度方向相反的电磁力是电磁制动的 直接原因;感生电流主要是集中在钢液入口处及其附近区域;电磁力能有效地改变方坯结晶器内的流场和温度场的分布,造成制动区域的下部呈现活塞流状态,降低了结晶器内高温钢液区域的温度梯度,提高了弯月面附近特别是上角部区域钢液的温度,减薄了上部凝固壳厚度。     

圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型．采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier—Stokes方程,分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征,并考虑了励磁电磁强度和频率的影响．研究表明,磁场模拟结果与现场实测数据一致,电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布．钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区,且在水平截面内旋转流动;过热钢液滞留在结晶器上部区域,铸坯芯部温度迅速降低,凝固前沿温度梯度提高;大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动．励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响．     

3D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELD AND TEMPERATURE FIELD IN A ROUND BILLET CONTINUOUS CASTING MOLD WITH ELECTROMAGNETIC STIRRING

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型. 采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier-Stokes方程, 分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征, 并考虑了励磁电磁强度和频率的影响. 研究表明, 磁场模拟结果与现场实测数据一致, 电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布. 钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区, 且在水平截面内旋转流动; 过热钢液滞留在结晶器上部区域, 铸坯芯部温度迅速降低, 凝固前沿温度梯度提高; 大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动. 励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响.     

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。     

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。     

电磁制动下薄板坯结晶器内钢液流动优化

电磁制动对结晶器内钢液流动具有显著影响,为明确电磁力对高拉速薄板坯结晶器内流场分布的影响规律,建立了薄板坯电磁连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,利用数值计算方法研究磁场与流场耦合对钢液的流动影响。模拟结果表明,五段式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以显著抑制钢液湍流流动,降低弯月面波动,且具有稳定钢渣界面的作用;通过研究高拉速与制动力的产生关系,揭示了由线圈产生的磁感应强度与不同拉速的匹配程度。     

板坯连铸过程应用立式电磁制动技术的模拟研究

提出了一种应用于板坯连铸过程的新型电磁制动技术即立式电磁制动技术,利用Ansys和Fluent软件建立了描述立式电磁制动板坯连铸过程三维磁场和流场计算模型,研究了立式电磁制动磁感应强度分布规律和结晶器内流速变化。结果表明,立式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以有效覆盖接近窄面的、自由表面到主射流冲击点高度范围内的钢水,磁感应强度主要集中在磁极覆盖区域,磁极覆盖区域外形成一个磁感应强度逐渐衰减的磁场分布;应用立式电磁制动技术后水口出流的冲击速度、自由表面钢水流速和下回流区冲击深度明显减小,有助于减少卷渣、防止漏钢和促进夹杂物的上浮,提高铸坯的质量,说明立式电磁制动冶金效果良好。     

低频纵向磁场对堆焊层硬度及耐磨性能的影响

采用埋弧堆焊技术在母材表面堆焊特种材料,通过大量的工艺试验及对焊缝宏观参数的测量,研究了在外加纵向磁场的情况下,激磁电流及磁场频率对焊缝成形、堆焊层硬度以及对堆焊层耐磨性能的影响.结果表明,外加低频磁场在激磁电流1.5A,磁场频率10 Hz下,电磁搅拌可以有效地减少柱状晶特征,有效地提高堆焊层熔敷金属的硬度,提高焊缝金属的耐磨性能.     

Effect of mould material on aluminum alloy ingot quality under low frequency electromagnetic casting

F or a semi-continuous aluminum casting process, it is essential to supply high quality aluminum alloy ingot without internal and outside defects. The use of electromagnetic fields to control the size and shape of grains has become one of the most promising methods [1-5] in many engineering applications and tends to be widespread in industries. The application of electromagnetic casting (EMC) technique for improving products quality has attracted a great deal of attention in recent years, and…     

外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

磁场和活性焊联合作用对焊接熔池形态的影响

为了研究磁场和活性焊联合作用对焊接熔池中液态金属流动形态的影响,文中建立了移动热源作用下镁合金TIG焊三维瞬态数学模型. 利用fluent软件及其二次开发功能,模拟了单独磁场、单独活性焊和两者联合作用对焊接熔池温度场和速度场的影响. 模拟结果表明,在单独磁场作用下,熔池中液态金属呈顺时针定向旋转运动,速度场呈不对称双峰分布,最大速度偏向熔池一侧;在单独活性焊作用下,熔池中液态金属形成由外向内的对流模式,从而冲刷熔池底部增加熔深;在两者联合作用下流体流动较为复杂,熔池表面附近液态金属流动主要受表面张力的影响,熔池内部主要受外加电磁力的影响.     

液态金属电磁离心凝固的力场分析

运用磁流体动力学原理，对在稳恒磁场中高速旋转的液态金属凝固时的受力状态进行了理论解析，结果表明在电磁力场、离心力场和重力场共同作用下，旋转液态金属中受到大小周期变化的径向压力和切向分力，后者起电磁搅拌作用，是细化电磁离心凝固组织的根本原因．     

热镀锌锌锅电磁驱渣模拟研究及生产实践

锌渣是带钢热镀锌工序的必然产物,锌渣清理一直是国内外镀锌领域的难题。针对锌锅内锌液表面锌渣的分布特点,提出了一种在锌锅锌液上方加载行波电磁场以驱动锌液有序流动,进而拖动锌渣跟随流动以改变其分布的新方法,称为热镀锌锌锅电磁驱渣法(CGL-EMD:electromagnetic driving dross for continuous hot dip galvanizing line)。通过电磁场和流场顺序耦合模拟,研究了EMD不同布局及电磁特性参数对锌液流场的影响。结果表明:EMD可有效促进锌锅表层锌液沿壁面的切向流动,最大切向流速可达0.8 m/s以上;锌液切向流速随加载磁场力的增大而增大,而受加载时间的影响较小,且给出了EMD对深度方向的锌液流动影响规律。最后,讨论了EMD与捞渣机器人耦合清渣路径和驱-扒-捞清渣工艺,并介绍了EMD系统在中国宝武集团的应用实践和生产实效。     

电磁搅拌对液态金属运动及凝固组织的影响

旋转型电磁搅拌在钢的连续铸造、铸件成形与凝固、半固态浆料制备、液态金属电磁净化等工艺过程中的应用受到了材料工作者的高度重视,并不断地取得了电磁搅拌应用技术开发与理论研究的成果.分析了旋转型电磁搅拌作用下液态金属运动特点及电磁力计算,建立了液态金属旋转运动的数学模型,并得到周向速度分布的表达式,研究了旋转型电磁搅拌对连铸坯凝固组织的影响,为在旋转型电磁搅拌应用中工艺参数的优化提供了依据.     

Numerical simulation on the effect of an electromagnetic brake to continuous thin slab casting

A three-dimensional numerical model for fluid flow was solved by computer for the continuous thin slab casting process with an electromagnetic brake system. The effects of the electromagnetic brake on the meniscus properties and solidified shell thickness were investigated along with the flow pattern. The electromagnetic brake reduced the jet stream velocities of the liquid steel but increased the amount of the upper stream. It contributed to the increase of the velocity and temperature on the meniscus. It eliminated the cold spot region that generally exists at the rear of the nozzle, the optimum required electromagnetic current for this effect being calculated to be 200 amperes. The average solidified shell thickness was improved by the application of the electromagnetic force.     

Influence of electromagnetic brake on flow field of liquid steel in the slab continuous casting mold

Metallurgical effect of electromagnetic brake (EMBR) could be influenced by many factors. A three-dimensional finite-volume mathematical model of region electromagnetic brake process has been built based on the theory of computational fluid dynamics (CFD) and magneto-hydrodynamics (MHD). Three-dimensional numerical simulation is studied by using the commercial software. The results from numerical simulation show that flow field in the mold can be effectively controlled by electromagnetic brake; electromagnetic force is the motive power of braking, the effects of EMBR is associated directly with the intensity magnitude of magnetic field, the reciprocal position between magnetic field and acting region and casting speed, etc.