380mm×280mm大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

利用有限元分析软件,建立了380 mm×280 mm大方坯结晶器电磁搅拌的三维数学模型,系统研究了电磁搅拌工艺参数(电流250～500 A,频率1.5～3.0 Hz,结晶器铜板厚度34～40 mm)对结晶器内电磁场的分布影响。结果表明,结晶器内磁感应强度沿铸流轴向呈"两端小、中间大"分布;电流从350 A增大到500 A,搅拌器中心的磁感应强度呈线性递增;频率由1.5Hz增大到3.0Hz,搅拌器中心磁感应强度仅减小0.001 5 T;随着结晶器铜板厚度的增大,铸坯宽面、窄面和角部的磁感应强度都减小。在实际连铸U71Mn重轨钢中,电流应该维持在400 A以上。     

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。     

Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯结晶器电磁搅拌器电流参数优化

为研究Φ380 mm合金结构钢40Cr连铸圆坯生产过程中采用的结晶器电磁搅拌技术对铸坯质量的影响,对结晶器电磁搅拌器(M-EMS)进行磁感应强度检测,并研究电磁搅拌器磁场分布规律以及不同电流参数下对连铸大圆坯质量的影响。试验结果表明,结晶器电磁搅拌电流和频率分别为300 A、2.5 Hz时,Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯中心碳偏析指数可稳定控制在1.05以下。     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化

通过不同电磁搅拌参数条件下结晶器内轴向和径向磁感应强度的测定,得到电流为510 A、频率为3 Hz时结晶器内的磁感应强度值相对较大,结晶器内在径向上的磁感应强度变化较一致,磁场的分布均匀.方坯断面的低倍照片等轴晶测定结果表明,频率为3 Hz及电流为510 A时,铸坯等轴晶率也最大.     

圆坯连铸机结晶器电磁搅拌的研究与实践

对圆坯连铸机结晶器内磁感应强度分布特征和结晶器电磁搅拌对GCr15钢碳偏析的影响进行了研究。研究表明:结晶器的磁感应强度随电流的增强而增大直至趋于平稳,随搅拌频率的增大而降低;结晶器内磁感应强度轴向最大位置在距结晶器上口900mm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;高频率经结晶器铜管后衰减更大。当M-EMS参数在(450A/3.0Hz),改善了铸坯的C偏析,获得良好的工艺效果。     

基于M-EMS工艺优化的齿轮钢偏析及淬透性带宽控制

为提高齿轮钢产品淬透性带宽的可控性,基于数值模拟和工业试验,对比研究了连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)工艺参数对齿轮钢成分均匀性及其淬透性带宽的影响规律。结果表明,随着M-EMS工作电流由100增至600 A,结晶器出口中心处钢液过热度约由0.25降至-2.65℃,铸坯皮下12 mm处碳偏析度由0.98降至0.85。在质量守恒和结晶器内过热耗散的综合作用下,齿轮钢轧材横截面上碳质量分数极差值随M-EMS工作电流的增加呈先降低后增加的趋势,其中M-EMS工作电流为200 A时达到最低值,约为0.012%。与600 A/2.5 Hz工况相比,MEMS工艺参数为200 A/2.5 Hz时,齿轮钢末端淬透性带宽得到有效控制,可由之前最大的10HRC降至5HRC以内。     

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。     

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.     

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。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内磁场分布数值模拟

 用数值模拟方法研究了圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内磁场分布,讨论改变结晶器结构参数、工艺参数和电参数等因素对结晶器内磁场的影响。结果表明,结晶器内磁场强度在结晶器高度方向上先增大再减小,在感应线圈中心偏下处,磁感应强度达最大;综合考虑结晶器结构和透磁性,切缝宽度选为05 mm,切缝数为8;当自由液面位于感应线圈的中心位置时能获得最大的磁感应强度;随着电流和频率的增加,结晶器内磁感应强度也随着增加。     

Optimisation of electromagnetic field and flow field in round billet continuous casting mould with electromagnetic stirring

A three-dimensional mathematical model of mould electromagnetic stirring (M-EMS) was established. Based on Maxwell's equations, the continuity equation and the momentum equation, the distribution characteristics of electromagnetic and flow fields with M-EMS were numerically simulated by the finite element software ANSYS and the finite volume software CFX. The influence of M-EMS on electromagnetic and flow fields was examined, and the process parameters of M-EMS were optimised by industrial plant trials. By the model verification, there was a good agreement between the calculated results and the measured data. The results indicate that the tangential electromagnetic force increases with the increasing current intensity, and increases at first and then decreases with the increasing current frequency. The tangential velocity increases with the increasing current intensity and current frequency (2–6?Hz). According to statistical results of the centre equiaxial crystal proportion and the macroscopic defects of round billet for different process parameters in industrial plant trials, the optimal process parameters of the M-EMS are as follows: the current intensity is 400?A, and the current frequency is 2?Hz.     

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

偏心M-EMS作用下连铸圆坯流动-传热模拟

 为探究偏心结晶器电磁搅拌(M-EMS)对圆坯钢液流动和传热的作用,减轻偏心M-EMS对圆坯的不利影响,通过建立三维耦合模型研究了偏心M-EMS作用下Φ380 mm连铸圆坯钢液流动和传热特点及M-EMS参数的影响。结果表明,在偏心M-EMS(300 A/2 Hz)作用下,由水口进入结晶器钢液流向外弧侧,碰壁后会形成较大回流;外弧侧钢液温度比内弧侧温度高;随着距弯月面距离增加,外弧侧钢液温度先增加后降低,温度最大处在M-EMS中心,为1 779 K;内弧侧钢液温度则一直降低。随着电流强度由100增加到500 A,圆坯下方回流区由1个变为2个;内、外弧侧钢液温差先减小后增加,在300 A时最小,为8.4 K。随着电流频率由1增加5 Hz,外弧侧回流区变小直至消失。当电流频率小于3 Hz时,内、外弧侧钢液温差小于10 K;而当频率大于3 Hz时,温差则大于16 K。Φ380 mm圆坯推荐M-EMS参数为300 A/2 Hz。     

结晶器电磁搅拌器的内腔磁场和端部漏磁的数值模拟

借助有限元分析与试验测量相结合的方法,分别研究了相同铁芯高度和安匝数下凸极式和环形式铁芯结晶器电磁搅拌器的内腔磁场和端部漏磁。研究表明,模拟结果与试验结果一致。在搅拌器内腔正中心沿拉速方向(轴向z)上,凸极式和环形式铁芯电磁搅拌器的磁感应强度变化趋势一致,都沿z轴正向变化平缓。而向铁芯表面逐渐靠近时,凸极式电磁搅拌器的磁感应强度沿z轴先逐渐增大,在距搅拌器水平中心面约150mm的铁芯端部达到最大峰值,然后由端部向外急剧降低,呈“山峰”状的分布趋势。在越贴近搅拌器铁芯表面处,这种磁场分布趋势越明显,即端部漏磁越明显。而与凸极式铁芯电磁搅拌器相比较,环形式铁芯电磁搅拌器的端部漏磁明显小很多。磁感应强度沿z轴的变化相对比较平缓,仅在线圈端部约225mm处出现一个较小的峰值,而后陡降,其分布呈“悬崖”状。     

20CrMnTi钢160 mm×160 mm方坯内部质量控制

针对20CrMnTi连铸160 mmX 160 mm方坯严重的内部质量问题,开展结晶器电磁搅拌(M-EMS)与凝固末端电磁搅拌(F-EMS)参数协同优化试验,通过方坯凝固组织检测和碳偏析检测,详细分析电磁搅拌参数对方坯内部质量的影响规律.此外,借助红外热成像仪检测方坯表面温度,进而利用ANSYS 软件预测方坯凝固传热过...     

连铸复合电磁搅拌对低碳钢碳偏析的影响

20CrMnTi钢(%:0.17～0.23C、0.80～1.10Mn、1.00～1.30Cr、0.04～0.10Ti)300 mm×340 mm铸坯结晶器-末端电磁搅拌(M-EMS,F-EMS)和3段复合电磁搅拌(M-EMS,S-EMS,F-EMS)对铸坯碳偏析影响的试验结果表明,当M-EMS和F-EMS电流分别从2 HZ/250 A和20 HZ/150 A降至2 HZ/100 A和20 HZ/100 A时,铸坯断面碳成分的极差由0.05%降至0.02%;当采用M-EMS为2 HZ/100 A,S-EMS为20 HZ/50 A,F-EMS为20 HZ/100A三段复合电磁搅拌时,铸坯断面碳成分的极差为0.02%,轧材中心疏松由原2段电磁搅拌的1.0～2.0级降至1.0～1.5级,方框形偏析2.0级出现率由9.7%降至0.8%。     

小方坯结晶器电磁搅拌磁场测试与分析

对重钢小方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了测试,分析了其磁场特性,总结了磁场随电流与频率的变化规律及磁场的空间位置分布特点.并计算出工作温度下理论最佳搅拌频率为4 Hz.分析结果对结晶器电磁搅拌工艺参数优化具有指导意义.