软接触结晶器连铸实验与电磁场分析

软接触结晶器连铸准三维电磁场数值模拟,结合锡等低熔点金属的软接触连铸实验,分析了软接触结晶器连铸中电磁场频率及感应圈电流等与铸坯表面磁感应强度、电磁力及电磁压力的关系。     

280 mm×380 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,建立了280 mm×380 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌的数学模型,并应用模型分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征,以及电磁搅拌电流强度、频率等对电磁场和电磁力的影响.结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;电磁搅拌所产生的磁感应强度的大小与搅拌电流大小成线性关系,而在低频率搅拌条件下频率的大小对电磁搅拌强度的影响较小.     

电磁软接触结晶器电磁冶金特性研究

钢的软接触电磁连铸结晶器按其结构的不同可分为切缝式和无缝式2种,其中切缝式软接触结晶器研究较多.针对3种不同的切缝式软接触结晶器结构形式,利用三维数值模拟的方法,围绕其内部电磁冶金特性展开讨论.研究结果表明,结晶器切缝形式、水冷方法对结晶器内磁感应强度、电磁力的大小和分布,以及系统内的时间平均功率损失均有影响.     

360 mm×450 mm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,建立了360 mm ×450 mm方坯连铸结晶器电磁旋转搅拌的数学模型,分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征以及电流(300～700 A)、搅拌频率(2.0～3.0 Hz)对电磁场和电磁力的影响.结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度与搅拌电流成线性关系,在低频率搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小.     

360mm×450mm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,建立了360mm×450mm方坯连铸结晶器电磁旋转搅拌的数学模型,分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征以及电流（300～700A）、搅拌频率（2．0～3．0Hz）对电磁场和电磁力的影响。结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度与搅拌电流成线性关系,在低频率搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小。     

小方坯结晶器电磁搅拌模拟研究

以小方坯结晶器电磁搅拌为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件建立了小方坯结晶器电磁搅拌的三维数学模型。讨论了不同工艺参数下,电磁感应强度及电磁力的大小和分布规律。结果表明:结晶器铜管温度对结晶器电磁感应强度有明显的影响;在搅拌器中心轴线方向,电磁感应强度呈现"中间大,两头小"的分布规律,而在搅拌器中心横截面径向方向,电磁感应强度和电磁力都呈现"中间小,两头大"的分布规律;当频率一定时,电磁感应强度以及电磁力都随着电流的增大而增大;当电流强度一定时,电磁感应强度随着频率的增大而减小,而电磁力随着频率的增大而增大。     

软接触结晶器电磁连铸中拉坯阻力的实验研究

软接触结晶器电磁连铸可以改善铸坯的表面质量,但其电磁场对拉坯阻力的影响以及拉坯阻力与铸坯表面质量间的关系仍值得研究。笔者设计并制作了悬臂梁应变仪,在小型连铸机上测定了软接触结晶器电磁连铸过程中结晶器内的拉坯阻力,并对连铸坯的表面质量进行了分析。结果表明：①在本实验条件下,随着拉坯速度的提高,无论有、无保护渣或连续的高频电磁场,拉坯阻力均增加,铸坯表面质量下降;②施加保护渣或连续的高频电磁场都能显著降低拉坯阻力,而且拉坯速度越大,拉坯阻力下降的幅度越大;③随着磁场强度的增加,拉坯阻力减小,铸坯表面质量提高。但当磁场强度达到一定程度时,拉坯阻力开始增大,相应的铸坯表面质量下降。这表明,铸坯表面质量与拉坯阻力直接相关。     

电磁软接触方坯连铸凝固过程夹杂物碰撞长大行为

电磁软接触对于方坯连铸而言是一项重要的电磁技术。采用数值模拟方法分析了电磁软接触连铸机内电磁力场、流场和夹杂物场的分布特点。数值结果表明，应用电磁软接触后，电磁力主要集中在靠近结晶器的铸坯表面；电磁力在水口两侧产生涡流，同时加快了液面处钢液的流动。电磁软接触下连铸机内夹杂物分布与无电磁软接触下夹杂物分布大体相似。在结晶器下方，随着距液面距离的增加，夹杂物数量密度逐渐降低，夹杂物特征半径逐渐增大。在液面处，电磁软接触下夹杂物浓度、数量密度和特征半径明显降低。     

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。     

钢的软接触电磁连铸技术的研究进展

钢的软接触电磁连铸技术(SoftContactElectromagneticContinuousCasting)是利用高频交变电磁场在结晶器内铸坯初始凝固区施加电磁压力来减少钢液与结晶器壁的接触压力,从而减小结晶器振动对铸坯表面质量的影响,降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热来提高铸坯表面质量。分析了实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场及无结晶器振动的电磁连铸技术。     

大方坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用数值模拟与现场实测相结合的方法,对大方坯结晶器电磁搅拌(M-EMS)过程进行了耦合数值模拟,研究了电磁搅拌参数及结晶器铜管厚度对钢液磁场和流场分布的影响。结果表明:当其他参数不变时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增大而增加。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大;且随着频率的增加,最大磁感应强度、电磁力和流速的变化值减小。对于连铸470mm×350mm大方坯,电磁搅拌电流和频率分别为550A和2Hz,结晶器铜板厚度为35mm时,能起到良好的电磁搅拌效果。     

电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响

以某厂断面为410 mm × 530 mm的特大方坯结晶器为原型,利用ANSYS有限元软件建立三维数值模型,研究电磁搅拌对结晶器流场及温度场的影响。施加电磁搅拌后,钢液受到径向电磁力,液面呈现旋转流动趋势。结晶器内钢液最大切向速度随着电流的增加而增大,随着频率的增加而减小。电磁搅拌的电流大小由0 增加到500 A时,液面波动由1.21 mm增加到4.35 mm。电磁搅拌能够使钢水的高温区局限于连铸结晶器上部,钢水温度更加均匀。同时钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长,降低坯壳的生长速度,使结晶器出口处坯壳厚度变薄。综合分析,该厂在实际生产时合理的电磁搅拌的电流大小应为400 A,频率为1.5 Hz,此时钢渣液面波动约为2.73 mm,温度场较为均匀。      

圆坯中频电磁软接触结晶器内磁场分布实验研究

为了研究中频电磁软接触连铸结晶器内磁场分布,通过实验的方法测量出不同电参数和工艺参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内磁感应强度的分布情况。实验结果表明:结晶器内磁感应强度随着功率和感应线圈电流的增加而增加;相同功率时随着电源频率的增加先增大后减小,相同电流时随着频率的增加而增加,但是增幅却在减小;在本实验中,相同功率下频率为2500 Hz时产生的磁感应强度最大;随着自由液面的下降,结晶器内磁感应强度先增大后减小,并且当自由液面位于感应线圈的中心高度时磁感应强度达到最大。     

电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响

采用非交错网格和适体坐标方法数值模拟了电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响规律。讨论了感应线圈电流强度和电源频率等因素的影响。结果表明：电磁力能加强地晶器上部熔池的搅拌强度，并在上部区域形成一明显的回流区，同时还能减小射流的渗入深度;加大电流强度，能加强钢液的回流和对钢液的搅拌，减小射流深入深度。但电流强度有一个最佳控制范围；增加电源频率，射流渗入深度增大，弯月面附近的紊动能和钢液速度提高。电源频率应控制在20kHz左右。     

辊式电磁搅拌器电磁特性研究

针对辊式电磁搅拌器关键结构参数与电磁特性之间的相互关系,通过计算机仿真计算和试验测量的方法分别进行了分析和对比研究。着重就辊式搅拌器线圈、铁芯、屏蔽罩、辊套等参数对磁场分布、电磁力大小、负载特性差异等的影响规律进行了深入系统的计算和分析。研究发现,电磁力随着搅拌频率增加而先增大后减小,最佳频率在10Hz以上;铁芯直径参数对电磁力具有决定性影响;电磁力大小与相平衡之间存在相互制约的关系。     

160 mm x 160 mm连铸坯结晶器电磁搅拌对钢液流场影响的数值模拟

采用数值模拟方法对比研究了160 mm×160 mm铸坯电磁搅拌参数对钢液搅动和结晶器内流场的影响。结果表明,在频率(1.0～5.0 Hz)条件下,磁感应强度随着频率的增大而减小,且变化量较大。钢液内电磁力沿圆周方向对称分布。在电流(200～500 A)条件下,磁感应强度随着电流的增大而增大。结晶器内半径方向上电磁力波动较大,存在多个波峰,波峰最大的位置都在距结晶器铜管15 mm处,与搅拌电流的大小无关,电磁力随电流的增大而增大。小方坯结晶器电磁搅拌频率应控制在3～4.5 Hz,电流大小应控制在300～500 A。     

350 mm×470 mm大方坯结晶器电磁搅拌参数优化

对350 mm×470 mm大方坯结晶器电磁搅拌的空载磁场进行了在线测量,获得了结晶器内磁感应强度分布规律。根据磁场测量结果计算了凝固前沿的电磁力及钢水流动速度,并分析了电磁搅拌参数对钢水流动速度的影响,确定了搅拌电流和频率的范围。由42CrMo钢现场实验的结果得出,当结晶器电磁搅拌电流为150 A,频率为2.5 Hz时,铸坯横断面的最大碳含量的偏差为±0.01%,带状偏析基本消除,铸坯内部质量明显改进。     

电磁软接触连铸技术对连铸坯表面振痕的影响及原因探讨

电磁软接触连铸技术是一门新兴技术．讨论了电磁软接触连铸技术的产生背景和发展过程;分析了其作用原理;综述国内外学者利用电磁软接触连铸技术实验的冶金效果;实验研究了有无电磁场作用下弯月面区域结晶器壁温的温度变化规律．结果表明：电磁软接触连铸技术可以提高结晶器内壁和金属熔池温度,改善铸坯的初始凝固过程,减轻振痕,提高铸坯的表面质量．最后提出了电磁软接触连铸技术研究中还需进一步研究的关键问题．     

液态金属电磁成形的理论模型

对液态金属电磁成形的物理和数学模型进行了分析,提出了双频电磁成形的方法（利用两种频率的电磁场实现固态金属无接触加热熔化和熔化后的金属无模壳电磁成形）和原理。在分析液态金属电磁成形理论模型的基础上确认Ｌ：作用在液态金属表面的电磁压力和加热密度主要取决于其表面上磁场的大小以及磁场在液态金属中的分布规律。最后分析了复杂开关液态金属电磁成形数值计算中存在的难点和解决方法。     

软接触电磁连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热

为了解高频磁场对软接触电磁连铸结晶器及初生坯壳传热行为的影响,用有限元二维数值模拟方法计算了软接触连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热.得知在高频磁场（f=20 kHz）作用下,电磁场的感应加热会减少连铸初生坯壳的厚度、提高连铸坯的表面温度,并大幅度提高分瓣结晶器铜壁的温度.