薄带钢铸轧电磁侧封装置及其参数设计

对薄带钢双辊铸轧电磁侧封的电磁发生装置参数及辊边结构进行了计算和分析;结果表明,对于高度为0.2m的熔池的电磁侧封,参数选取辊半径0.6m、电流5000-10000A、线圈匝数3-5匝;辊边开槽时,增大槽口宽度及考虑用高磁阻材料封堵槽口,有助于使磁场向熔池侧壁集中。     

金属薄带双辊连铸复合式电磁侧封的物理模拟

针对薄带双辊连铸的辊端金属液侧封问题,采用低熔点合金物理模拟实验,研究单纯的电磁侧封、电磁场复合有机玻璃挡板侧封、电磁场耦合内置或外置铁芯的耐材挡板侧封4种方式下的磁感应强度分布特点和侧封效果。结果表明:电磁场耦合内置铁芯挡板的侧封方式效果最好,可将金属液侧封高度提高3.3倍,且金属液的侧封高度随电流强度线性递增。同时还观察和分析侧封过程中金属液面波动现象。     

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。     

薄带双辊连铸水口电磁制动的实验模拟

为控制薄带双辊连铸结晶器内金属液面的波动,提出了水口电磁制动（N-EMBr）设想,通过在水口区域施加稳恒磁场与直流电流,减缓水口金属液对双辊熔池的冲击文中对熔池液面的波动情况进行了实验模拟;观测了有无电磁制动及不同水口浸入深度等条件下熔池液面的波动情况,并测量了水口金属液冲击力的相对变化。结果显示,随输入电流增大,水口出量减小,双辊结晶器内液面波动幅度和频率降低,熔池液面趋于平稳,这表明水口电磁制动可望有效抑制熔池液面波动,为解决薄带双辊连铸结晶器内金属液的布流和流动控制问题,提供一种可选择的方法。     

下向MAG焊熔池在外加高频交变磁场下的自动成形控制

重力会造成下向MAG焊熔池失稳,影响焊缝成形性能。进行下向焊熔池力学行为以及熔池成形控制的分析与研究,提出利用电磁效应中电涡流力降低重力造成熔池失稳来模拟分析交变高频磁场、内部熔池电磁场、涡流场以及电涡流力对熔池的影响,并进行45°、90°下向焊试验,结果表明,高频交变磁场能够抑制熔池流淌,电涡流技术能够降低下向MAG焊熔池失稳。     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响

运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响。结果表明,当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响研究

本文运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响,结果表明当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

电磁搅拌对激光熔凝TA15钛合金熔池凝固研究

为了研究电磁搅拌作用对激光熔凝熔池凝固过程的影响,采用有限体积法对施加磁场前后激光单道动态熔凝TA15钛合金过程进行三维磁-热耦合数值模拟。研究了磁场对激光熔池流场、熔凝单道及其周边基材温度分布、固液界面处温度梯度和凝固速度的影响,并采用试验手段对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:电磁搅拌作用使激光熔池最大流速增加了约20%,对流加剧促进了熔池热交换作用,使其最高温度下降,固液分界面处温度梯度大幅降低,凝固速度小幅增大,从而有利于熔池顶部组织发生柱状晶-等轴晶转变(CET)。试验结果显示施加磁场后熔凝层顶部有等轴晶组织生成,且随着远离磁场中心,电磁力增大,等轴晶区有扩大趋势。试验结果和模拟结果一致性较好。     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

工业硅真空感应精炼过程数值模拟

用Multi-physics Comsol软件对工业硅真空感应精炼过程的温度场进行了二维数值模拟和分析,定量研究了精炼过程熔池中温度场动态分布特征.结果表明:精炼过程中熔池中存在不均匀的温度场,温度梯度随时间和空间位置发生变化,在保温阶段熔池底部和表面温差最大值为382 K.精炼过程中硅料熔化前后的温度分布明显不同,硅料熔化后电磁搅拌形成的热流场和熔池表面向外的热辐射对精炼过程熔池中温度分布产生了重要影响.     

超声及电磁场对铝合金熔体影响的数值模拟及试验研究

针对铝合金熔体的超声及电磁搅拌处理过程,创建了超声场、电磁场、流场和温度场的数学模型,并采用COMSOL Multiphysics软件求解模型,得到了超声场、电磁场和超声/电磁复合场对铝合金熔体内流场和温度场的分布规律,并通过试验对模拟结果进行了验证。结果表明,增加超声功率使得声压幅值和流场的流动速率均随之增加,同时会使熔体的温度梯度逐渐减小;施加电磁场后产生的电磁搅拌改变了熔体的流动方向且使熔体的流动速率显著增大,这对熔体的温度分布产生了较大影响;在超声和电磁复合场下,电磁场比超声场对熔体流场和温度场的影响更大,且占主导地位。数值模拟结果和试验结果符合较好。     

液态金属电磁约束成形技术研究进展

电磁约束成形是一种无容器金属材料处理加工技术,它具有无器壁污染、短流程等优点。分析了液态金属电磁约束成形技术的原理、特点及其发展现状。指出电磁约束成形定向凝固技术集金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固于一体,特别适合于高熔点、易氧化、高活性的特种合金坯件的无污染制备。     

低频电磁铸造铝合金结晶器材料对磁场的影响

低频电磁场作用下铸造铝合金过程中,优化的结晶器应该在电源频率相同、较低的电流下在铝熔体内部能够获得所需要的磁场强度.结合生产实际情况,设计出工业上实用的低频电磁铸造铝合金结晶器.在结晶器外套材料的不同情况下,对低频电磁铸造铝合金过程的电磁场进行了三维有限元数值模拟.模拟结果表明,当结晶器外套为软磁材料时,铝熔体内部磁场强度得到明显加强.     

电磁搅拌对GH3030高温合金铸态组织的影响

通过试验研究了电磁搅拌对高温合金GH3030铸坯的凝固组织及凝固过程中溶质分布的影响。GH3030合金的凝固微观组织为单相奥氏体,电磁搅拌可以打碎枝晶、促进形核,明显细化其晶粒,得到组织致密,晶粒细小的凝固组织。没有电磁搅拌的情况下,铸坯的宏观偏析和微观偏析都比较严重。通过施加电磁搅拌,熔体的流动使得熔体内的传热得到改善,凝固前沿温度梯度变小,同时促进溶质富集区液体与熔体其他部分的混合,从而减轻了Cr元素在铸坯中的宏观偏析和微观偏析,使Cr元素分布的更加均匀,铸坯质量得到提高。     

移动磁场电磁力对铸件表面粗糙度的影响

采用移动磁场铸造薄壁铝合金流动试样，并对移动磁场铸造过程中铝合金熔体内的电磁力各分量的瞬时值及其对铸件表面质量的影响进行了理论分析。结果表明，随着磁感应强度的增加，铸件的表面粗糙度有增加的趋势，这在采用金属上型时表现更明显。由于通人电磁感应器的三相非平衡电流在铝合金熔体内所产生的电磁力是脉动的，其大小呈周期性变化，尤其是垂直于磁场运动方向上的电磁力，其脉动的幅度很大。由此认为，所产生的垂直于磁场运动方向上的脉动电磁力是引起熔体表面震荡起伏和导致铸件凝固后表面粗糙的主要原因。     

Simulation of the Influence of Pulsed Magnetic Field on the Superalloy Melt with the Solid-Liquid Interface in Directional Solidification

The effect of the pulsed magnetic field on the grain refinement of superalloy K4169 has been studied in directional solidification. In the presence of the solid-liquid interface condition, the distributions of the electromagnetic force, flow field, temperature field, and Joule heat in front of the solid-liquid interface in directional solidification with the pulsed magnetic field are simulated. The calculation results show that the largest electromagnetic force in the melt appears near the solid-liquid interface, and the electromagnetic force is distributed in a gradient. There are intensive electromagnetic vibrations in front of the solid-liquid interface. The forced melt convection is mainly concentrated in front of the solid-liquid interface, accompanied by a larger flow velocity. The simulation results indicate that the grain refinement is attributed to that the electromagnetic vibration and forced convection increase the nucleation rate and the probability of dendrite fragments survival, for making dendrite easily fragmented, homogenizing the melt temperature, and increasing the undercooling in front of the solid-liquid interface.     

Distributions of Electromagnetic Fields and Forced Flow and Their Relevance to the Grain Refinement in Al-Si Alloy Under the Application of Pulsed Magneto-Oscillation

Distributions of electromagnetic fields and induced forced flow inside a metal melt are crucial to understand the grain refinement of the metal driven by pulsed magneto-oscillation (PMO). In the present study, PMO-induced electromagnetic fields and forced flow in Ga-20wt%In-12wt%Sn liquid metal have been systematically investigated by performing numerical simulations and corresponding experimental measurements. The numerical simulations have been confirmed by magnetic and melt flow measurements. According to the simulated distribution of electromagnetic fields under the application of PMO, the strongest magnetic field, electric eddy current and Lorentz force with inward radial direction inside the melt are concentrated adjacent the sidewall of cylindrical melt at the cross section of middle height of coil. As a result, a global forced flow throughout the whole cylindrical column filled with Ga-20wt%In-12wt%Sn melt is initiated with a flow structure of two pair of symmetric vortex ring. The PMO-induced electromagnetic fields and forced flow in Al-7wt%Si melt have been numerically simulated. The contribution of electromagnetic fields and forced flow to the grain refinement of Al-7wt%Si alloy under the application of PMO is discussed. It indicates that the forced flow may play a key role in the grain size reduction.     

影响铝熔体电磁净化效果因素的分析

从液态金属电磁净化技术的原理出发,在理论上分析了当夹杂物与金属熔体密度接近的情况下,可以利用两者之间的电性能与磁性能的差异来实现夹杂物的分离,达到金属熔体净化的效果。综述了影响电磁分离效率和效果的因素。表明在电磁净化过程中,通电时间越长、磁感应强度越大、管半径与集肤程度比值在1.5~2.0之间、分离管为异型管、夹杂颗粒越大且近于球形,分离效果越理想,分离效率越高。     

电磁铸造移动磁场发生器磁场分布规律及其作用分析

研究了用于电磁铸造的移动磁场发生器上磁场强度变化及其对金属产生的力的作用.结果表明,磁感应强度分量By和Bz的变化趋势相反.By的存在使金属流动充型过程中产生表面凹坑型缺陷,Bz明显提高金属液流动速度,而在提高充型能力的同时,会使金属液流前端截面减小而形成反向充填,引发冷隔缺陷.铁磁性上模可以减弱By、增强Bz,提高表面质量.金属在移动磁场中受到的力与其投影面积有关,而且存在临界投影面积,小于该临界值后,电磁力不足以拉动该金属.     

电磁技术在铸造中的研究与应用

介绍了利用电磁场与金属相互作用产生的焦耳热效应和洛仑兹力效应，以及用于铸造的几种电磁加工技术，包括感应加热技术、电磁搅拌技术，电磁雾化技术，电磁约束成型技术，薄壁件移动磁场铸造技术，熔体输送技术等，这些技术在21世纪的绿色集约铸造中，将占有重要地位。