电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

采用数值模拟方法研究了电磁参数（上、下磁极间距和线圈电流强度）对结晶器内流场和钢/渣界面波动行为的影响。结果表明,全幅两段式电磁制动结晶器内上部磁极和下部磁极覆盖区域磁感应强度会相互影响,上部（下部）磁极线圈电流强度的增加,会导致对应的下部磁极（上部磁极）覆盖区域内磁感应强度增加;施加全幅两段式电磁制动可以显著抑制结晶器内钢液流速和稳定弯月面波动;当上、下磁极间距增大时,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度增大,钢/渣界面处湍动能和钢液流速增大;随着上部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度基本不变,钢/渣界面处钢液流速和湍动能减小;随着下部磁极线圈电流强度增大,钢液射流对结晶器窄面的冲击强度略微减小,钢/渣界面处流速和湍动能减小。     

板坯连铸机结晶器内钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,利用商业软件fluent的,κ-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟.重点分析了浸入式水口的形状、插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响.结果表明,对于断面为1280 mm × 180 mm的板坯结晶器,水口插入深度为150 mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1 m/min时,结晶器内的流场较好.     

电磁制动技术在板坯连铸机上的应用

针对梅钢结晶器的电磁制动技术特点,结合数模分析和相关现场测量参数,得到制动技术在板坯连铸上的应用效果.研究表明,电磁制动能有效优化现场参数和提高钢坯质量,为国内外冶金行业电磁制动技术的发展提供一定的参考.     

板坯连铸结晶器夹杂物运动行为的数值模拟和优化

采用数值模拟的方法,基于速度边界层理论和力的平衡原理,建立描述夹杂物在结晶器内运动的数学模型。以梅钢板坯连铸结晶器断面220mm×900mm、拉速1.2～1.8m/min等条件为研究对象。研究水口倾角、水口插入深度、拉坯速度对结晶器内钢液夹杂物行为的影响。得出有利于生产的设计数据。     

连铸结晶器内钢液流场的数值模拟

采用商业软件,针对连铸机结晶器的结构和工艺参数,进行了流动过程的三维数值模拟,分析了浸入式水口的浸入深度、水口侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流动的影响.结果表明,合适的浸入深度、水口侧孔倾角和拉速有利于夹杂物的上浮,减小液面波动.     

电磁铸造实验和数值模拟

通过实验室小型电磁铸造铝及其合金的冷、热态的实验和数值模拟并经工业装置的验证,研究了电磁结晶器内的磁场分布,液体金属柱成型特性.电磁结晶器及屏蔽罩结构的优化,铸造过程中金属液的温度场与流场并进行数值模拟.研究表明:为了稳定进行铸造,液柱的成型特性(液柱高度、形状和稳定性)必须达到一定要求.为了保证电磁铸造时金属液顺利成型,选择适当的功率,确保合适的磁场强度形成一定的推力是必要的.温度场的研究可以看出电磁铸造具有一系列特点,如强烈水冷、电磁搅拌、感应加热,使得电磁铸造中的凝固过程大大不同于普通的直接铸造法的凝固过程.流动场的分析说明,电磁铸造条件下应控制搅拌强度,以便获得良好的铸坯内部组织.     

连铸结晶器内凝固过程的热-流-力数值模拟

针对板坯连铸生产中的问题,建立了热流力耦合的三维非稳态有限元模型。以尺寸为1.2 m×0.2 m的Q235B板坯为研究对象,利用Procast软件的二次开发,求解出了结晶器区域内的温度场、流场和应变分布。计算结果表明,铸坯收缩量在不同方向上存在不同的分布状态。考虑气隙产生对传热的影响时,结晶器出口铸坯表面平均温度由1 148.3℃增加到1 275.7℃,坯壳厚度由18.7 mm减少到15.4 mm。     

电磁制动技术

20世纪80年代，瑞典的ABB公司与日本的川崎制铁一起开发了板坯连铸结晶器电磁制动技术．最初的电磁制动器带有两个制动区域，分别覆盖水口出口的一端．至90年代初，电磁制动器得到进一步的改进，具有单一的覆盖整个板坯宽度的磁场，后来又发展成为两个覆盖整个板坯宽度的磁场．目前，国内在电磁制动器的设计、制造与工业应用方面都不存在技术问题．     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析

借助有限元方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行了磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律.结果表明,在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3 Hz时,钢液搅拌速度最大.在现场对结晶器电磁搅拌器的磁场强度进行了冷态测试,实验值和模拟值基本相符.     

板坯结晶器流场和温度场的数值模拟

结合某钢厂待用的浸入式水口实际情况,用FLUENT软件模拟了板坯结晶器内流体的三维流场和温度场,并着重分析了的流场和温度场分布情况.模拟结果表明,该水口不适合浇注220mm×(1 350-2 300)mm断面.     

高拉速下板坯浸入式水口参数的数模研究

采用数模研究了浸入式水口不同结构条件下，结晶器内钢水的流动状态，研究表明，浸入式水口侧孔的角度对流场影响不大，主要是钢水很难充满侧孔，且浸入式水口的管壁厚度不够，没有导流作用，水口侧孔的面积较小时，提高出口面积可减小流出速度，当流股充不满出口时，扩大出口面积，不能减小出口流速，在浸入式水口底部开孔，可以有效地起到分流作用，高拉速下，合适的底孔孔径，可以得到满意的流场。     

结晶器电磁搅拌对方坯质量的影响

主要测定6机6流小方坯连铸机结晶器内磁感应强度的分布,分析铸坯的低倍检验结果。结果表明：电流和频率、浇注的钢种对结晶器电磁搅拌的使用效果有较大的影响。为了保证各流铸坯质量一致,必须对各流结晶器内的磁感应强度经常进行测定。     

摆动磁场条件下的焊接接头组织研究

为了优化不锈钢焊接工艺,提高焊接质量,进行了外加电磁场条件下的304不锈钢钨极氩弧焊(TIG),磁场施加方式分别为横向磁场和旋转磁场.焊后采用电子显微镜对焊接接头进行显微组织观察,研究了不同外加磁场类型和不同焊接速度对不锈钢焊接接头组织的作用规律.试验结果表明,外加磁场改变了熔池的流动形态,使金属液由四周向中心流动并伴有搅拌,也使焊缝熔深增大的同时,抑制柱状晶的形成,细化组织.     

低频电磁铸造铝合金结晶器材料优化设计

低频电磁场作用下铸造铝合金过程中结晶器设计的好坏对保证铸坯质量起到很重要的作用,而在结晶器设计时数值模拟技术是一个重要有效的工具.优化的结晶器应该是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.基于这种思想,根据生产实际情况,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.     

电磁结晶器的设计与研究

阐明了用于铝及其合金铸造中的电磁结晶器的基本结构，并评述了各类电磁线圈，对电磁线圈和屏蔽部分主要参数进行了分析和研究，并得出：（１）对于单锭系统，磁场分布除角 较大的叠加效应以外，沿铸锭周边分布较均匀，并认为设计矩阵断面线圈时，棱角部分采用直线段即可，（２）对于双锭系统，当锭间距大于１５ｃｍ时，可忽略两锭间电磁场的相互影响，此外，双锭系统的线圈可以采用串联方法，评述了铜与钢的电磁铸造的发展前景。     

软接触结晶器连铸的电磁计算与实验分析(Ⅱ)

结合软接触结晶器连铸过程的准三维电磁场数值模拟和实验室中锡等金属的软接触结晶器连铸实验,研究了电磁场频率、铸坯电物性、感应圈电流等对铸坯电磁力和表面电磁压力的作用关系,给出了部分理论计算和实验室连铸实验所得的数学模型－ 研究表明,软接触结晶器连铸中,铸坯表面的电磁力与电磁场频率成对数抛物型函数关系,与感应圈电流成抛物型函数关系,铸坯表面的振痕深度为普通连铸的１０ ％ ,并磁感应强度越高则振痕越浅,其无量纲平均深度与无量纲磁感应强度成误差补函数关系     

板坯中间包空包、充包过程中自由表面的数值模拟

中间包液面稳定时,钢水的流入和流出可以近似认为是一个稳定流动过程.然而在开浇时液面升高或在换钢包和浇注末期中间包液面下降时,流速有较大的变化而引起流动模式改变导致表面波的形成.研究了中间包内钢液在空包和充包过程中自由表面的变化以及此过程的速度场,研究结果深化了对中间包空包、充包工作过程的认识.     

异型坯连铸结晶器内流动与凝固耦合数值模拟研究

针对马钢异型坯结晶器内的传输现象,建立了相应的数学模型.利用有限元软件ANSYS研究了异型坯结晶器内钢水流动规律,并耦合计算了钢水的凝固过程,其中凝固潜热的处理采用了等效比热法.计算结果和现场规律吻合,为现场工艺优化提供很好的参考作用.