圆坯连铸机电磁搅拌磁场特性研究

采用CST-11A型数字特斯拉计、扭矩仪测量对某圆坯连铸机结晶器与末端电磁搅拌的磁场、电磁扭矩进行测试研究,研究了磁感应强度和扭矩与电流、频率的变化规律及磁场的空间分布特点。研究表明：电磁力与磁感应强度的平方成正比关系,频率和磁感应强度成反比关系。结晶器内磁感应强度轴向最大位置在距结晶器上口900 mm位置,向两侧陡降;径向分布不均匀,由搅拌器内表面向中心逐渐减小;高频率的磁场经结晶器铜管后衰减更大。结晶器、末端电磁搅拌的电磁扭矩随着电流强度和频率的增加而增大,频率对结晶器电磁扭矩影响较电流影响更为平缓,而末端电磁扭矩与频率的变化趋势受频率范围影响,研究结果对合理制定及优化电磁搅拌工艺参数提供了理论依据。     

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。     

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.     

连铸结晶器方波电流电磁搅拌电磁场-流场数值模拟

采用ANSYS三维有限元数值模拟技术,在320 mm×320 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌过程中,对比研究了搅拌器加载方波电流和正弦波电流对铸坯内部电磁场、电磁力及流场的影响。结果表明,在其他参数相同条件下,搅拌器加载方波电流时,铸坯内部也可以产生旋转磁场,且磁场分布较加载正弦波电流更大;同时,产生促使钢液旋转的电磁力,且电磁力峰值较大,表现为一种震荡力效果,而加载正弦波电流产生电磁力相对平稳。加载方波电流对铸坯内部将产生逆时针旋转流场,且有震荡效果,更有助于提高搅拌效率。     

板坯结晶器电磁搅拌电磁场与流场的数值模拟

建立了板坯结晶器电磁搅拌过程电磁场与流场计算的三维数学模型,采用SIMPLER方法对2对极和4对极条件下的电磁场与流场进行了数值求解。结果表明:磁感应强度B和电磁力F都呈现出关于结晶器中心对称的规律;结晶器两侧每一对N、S极之间的水平面内,电磁力都呈现圆周状分布的规律;板坯宽面边缘的电磁力较大,而板坯窄面边缘和中心区域的电磁力较小;与4对极相比,2对极产生的磁感应强度和电磁力大,钢液的流速大,搅拌强度大;无结晶器电磁搅拌时,铸坯边缘的纵断面的流场主要分成四个回流区;而有结晶器电磁搅拌时,左侧的两个回流区基本消失,右侧两个回流区减小。     

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。     

复合电磁场作用下连铸金属液弯月面运动规律的热模拟研究

采用Wood alloy作为钢液的模拟工质,研究了复合电磁场作用下连铸结晶器内弯月面运动的变化规律。结果表明：（1）施加复合电磁场不仅能够有效地控制由于结晶器内电磁搅拌导致得弯月面运动,而且能够实现弯月面与结晶器壁的分离,形成具有一定高度的悬浮液柱,使得弯月面的稳定性得到提高;（2）两个感应线圈的工作位置对弯月面形状有很大的影响。就本实验装置系统而言,搅拌线圈中心面位于液面下部20mm左右时液面凹陷深度最大;金属液面控制在高频线圈中心面附近时可获得最大的接触角。     

连铸机板坯连铸结晶器电磁搅拌的主要模式

<正>连铸机板坯连铸结晶器电磁搅拌技术不管搅拌器的形式和安装方式如何,都采用行波磁场搅拌器。搅拌器一般采用超低频三相电源激磁,激发向一个方向行进的行波磁场,俗称直线磁场。其工作原理已在方坯连铸二冷区行波磁场搅拌器中已阐述,此处不再赘述。板坯连铸结晶器电磁搅拌根据搅拌器安装方式不同,主要有两种模式:水平旋转搅拌和向下直线搅拌。(1)水平旋转搅拌的配置特点。在结晶器两个宽面即F面(固定)和L面(可动)上配置一对行波磁场搅拌器,激发方向相反的两个行波磁场,在钢水中感生方向相反的两个电磁力,由于钢     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

对大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的流场和温度场进行了数值模拟,并讨论了搅拌强度对流场和温度场的影响。结果表明：在结晶器电磁搅拌下,搅拌器区域的钢液变为水平旋转,使从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,流股侵入深度变浅,从而使轴向温度迅速降低,径向温度升高,提高了热区位置,有利于传热;搅拌强度越大,钢水的二次流现象越明显,热区位置越高。     

激励线圈匝数对软接触结晶器内磁场和电磁压力的影响

通过建立软接触电磁连铸结晶器内电磁场计算的三维有限元数学模型,模拟分析了高频磁场激励线圈匝数在2～5匝变化,对切缝结晶器内磁感应强度和电磁压力分布的影响。结果表明,线圈匝数变化不会改变结晶器内磁感应强度和电磁压力的分布特征;沿结晶器高度方向上,磁感应强度和电磁压力都在钢液面下5～6 mm位置出现峰值;在周向上,切缝处的磁感应强度和电磁压力值高于分瓣体中心处。随线圈匝数增加,结晶器内磁感应强度和电磁压力的数值均明显增加,但其分布的不均匀性也随之加剧,因此线圈匝数存在最优值,取3匝或4匝是比较合理的。     

高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理

采用小线圈法对结晶器内的磁场分布进行了测量,并对结晶器内磁场,电磁力和钢液流速分布进行了数值模拟.在实验室连铸机上进行了合金结构钢15CrMo的连铸实验,对连铸坯表面形貌进行了观察与分析.提出了高频电磁场对连铸坯质量影响的机理:施加高频电磁场后,保护渣通道拓宽,铸坯与结晶器壁间的渣道动压减小,有效地抑制了铸坯表面振痕的产生;受电磁场Joule热以及保护渣热阻增加的影响,已结晶同相的温度梯度减小,柱状晶生长受到抑制.此外,实验测量和数值模拟结果表明,由于磁场在拉坯方向分布不均匀,在弯月面区域形成上,下2个,,向相反的涡流,钢液环流造成固/液界面前沿液柑的温度梯度减小,有利于形成成分过冷而获得发达的等轴晶组织.     

浇铸IF钢的FC结晶器工艺参数优化试验

在铸坯断面与浸入式水口型式一定的前提下,考虑塞棒吹氩流量、浇注速度、水口浸入深度3因素对结晶器流场的影响。针对IF钢生产,制定了3种FC结晶器工艺参数试验方案,并进行了试验,通过对IF钢板夹杂情况进行了统计分析,摸索出最佳的FC结晶器工艺参数为:浇注铸坯断面为230 mm×1400 mm的IF钢,正常浇注速度为1.35~1.40 m/min,FC结晶器上线圈工作电流为+240 A;下线圈实际工作电流为-274 A。     

Grain refinement of primary Si in continuously cast hypereutectic Al–Si alloy by electromagnetic vibration

Abstract

Refinement of Si crystals in hypereutectic Al–20 wt-%Si alloys was carried out using low frequency electromagnetic vibration direct chill casting of billets with 100 mm diameter. Low frequency electromagnetic vibration was produced in the liquid metal by the simultaneous application of a stationary magnetic field and a variable magnetic field. The stationary magnetic field was generated by supplying an induction coil with direct current. The variable magnetic field was created by another induction coil below the top of the mould, which is supplied with an alternating current. The effects of low frequency and addition of chromium and/or iron were tested. The frequency <37 Hz promoted inhomogeneous distribution of primary Si due to heavy stirring. The diameter of primary Si applied with 27 Hz was ～19 μm. Cr addition, even on the strong magnetic stirring of 15 Hz, shows refinement and homogeneous distribution of primary Si.     

软接触结晶器内电磁场分布的数值模拟研究

采用互感耦合模型计算了软接触结晶器内的电磁场分布，讨论了结晶器开缝数，电源频率，功率以及感应线圈与结昌器相对位置对磁场分布的影响，结果表明：增加开缝数提高了结晶器透磁性，增大了磁感应强度，磁感应强度随电源频率的增加而减小，随功率加而增大，磁感应强度的最大值在轴线上随感应线圈位置上升而增大且位置上移，在结晶器附随感一圈与结晶器之间的模向距离增大而减小。计算结果与试验结果基本吻合，因此该模型可以用来模拟接触结晶器内的电磁场分布情况。     

新型高频动圈式直线力马达的研究

直接反馈两级滑阀式电液伺服阀的动圈式直线力马达存在质量比较大、电磁力小、响应时间长和响应速度慢的问题。通过分析传统动圈式直线力马达的永磁体放置方法及其永磁体磁化方向,发现磁力线分布不均匀,磁通密度低,而且与线圈电流方向不垂直。在现有的技术基础上,提出根据磁力线方向的异同在轴向放置3组线圈,形成一种新型五环型Halbach磁化阵列动圈式直线力马达。静态磁场与动态特性的仿真结果表明:新型直线力马达产生的电磁力提高2.5倍左右,阶跃响应时间为6 ms,频宽达到277 Hz。     

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈一薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟，对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算，得到磁感应强度，电磁体积力，感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律，在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强，20000Hz时约为10%，由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上，连铸坯表面受力的电磁体积力在横向较为均匀，当钢液面位于感应线圈中部时，沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强，然后逐渐降低。     

三斜销延时抽芯的压铸模设计

壳体铸件三面带孔。需要三向侧抽芯，同时铸件对定模型芯的包紧力较大，而推出机构通常设置在动模。为使铸件留在动模，故设计了斜销延时抽芯机构。论述了壳体铸件压铸模工作原理，通过计算确定了抽芯力和抽芯距离以及斜销直径。模具结构紧凑，布局合理，生产效率高，成形工件满足质量要求。     

三斜销延时抽芯的压铸模设计

壳体铸件三面带孔,需要三向侧抽芯,同时铸件对定模型芯的包紧力较大,而推出机构通常设置在动模,为使铸件留在动模,故设计了斜销延时抽芯机构。论述了壳体铸件压铸模工作原理,通过计算确定了抽芯力和抽芯距离以及斜销直径。模具结构紧凑,布局合理,生产效率高,成形工件满足质量要求。     

ANALYSIS OF FLUID FIELD OF LIQUID METAL IN ELECTROMAGNETIC CENTRIFUGAL CASTING

Navier-Stokes equation and Lorentz force equation are used to calculate the fluid field of liquid metal of electromagnetic centrifugal casting(EMCC) in this paper.A field equationis given,which shows the azimuthal velocity closely relates to electrical conductivity,mag-netic density,viscosity of liquid metal and radius of casting.The results show that the sta-tionary magentic field can effectively restrain the fluid flow and the relative velocity be-tween liquid metal and casting mould and the velocity gradient at solid/liquid interface in-creases with rising magnetic density,which has a great effect on the solidification of liquidmetal and crystal growth characteristies.