铝合金扁锭电磁连铸结晶器内磁感应强度的分布

用特斯拉计测量了电磁连铸铝合金扁锭结晶器内的磁感应强度.实验结果表明,结晶器内同一高度平面上磁感应强度在角部处最大,短边中心次之,长边中心磁场较短边中心处稍弱,平面中心处最小;沿高度方向上各点磁感应强度在感应线圈高度的1/2处附近达到最大值.感应线圈上表面的磁场较小,中心平面内的磁场较大,磁感应强度的大小和分布情况能够满足软接触电磁连铸的要求.中心平面的磁场分布规律较好而且磁场分布均匀,这样更有利于软接触的实现.各点的磁感应强度均随电流的增大而增大.     

电磁制动对结晶器流场及铸坯表面质量的影响

采用低熔点金属模拟板坯电磁制动条件下结晶器内的流场,使用超声多普勒测速仪测量不同磁场分布和磁感应强度条件下的流速。结果表明,在试验条件下,采用上部磁场B_U=0.18 T和下部磁场B_L=0.5 T时,电磁制动能够增强上环流流动,改善结晶器液面流动和波动。工业试验结果表明,采用I_U=0,I_L=I_(max),有利于减少铸坯表面缺陷。     

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。     

板坯连铸过程应用立式电磁制动技术的模拟研究

提出了一种应用于板坯连铸过程的新型电磁制动技术即立式电磁制动技术,利用Ansys和Fluent软件建立了描述立式电磁制动板坯连铸过程三维磁场和流场计算模型,研究了立式电磁制动磁感应强度分布规律和结晶器内流速变化。结果表明,立式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以有效覆盖接近窄面的、自由表面到主射流冲击点高度范围内的钢水,磁感应强度主要集中在磁极覆盖区域,磁极覆盖区域外形成一个磁感应强度逐渐衰减的磁场分布;应用立式电磁制动技术后水口出流的冲击速度、自由表面钢水流速和下回流区冲击深度明显减小,有助于减少卷渣、防止漏钢和促进夹杂物的上浮,提高铸坯的质量,说明立式电磁制动冶金效果良好。     

磁场频率对软接触结晶器内磁感应强度分布的影响

采用ANSYS有限元软件对软接触电磁连铸结晶器内电磁场进行了三维数值模拟,分析了高频磁场频率在5～40 kHz变化对结晶器内磁感应强度分布的影响.结果表明,适当提高电磁场频率,可以提高结晶器内钢液的磁感应强度,但当频率高于20 kHz后,频率提高,磁感应强度提高不大;高频磁场频率变化对铸坯表面磁感应强度沿高度方向上的最大值所在位置影响不大,均出现在钢液面下5～6 mm处,但电磁场频率升高会使磁感应强度沿结晶器周向上的不均匀性增加,高频磁场频率以20 kHz为宜.     

电磁制动对宽板坯高拉速结晶器内流场的影响

以Fluent6.3为计算平台,采用数值模拟方法研究了电磁制动不同参数下宽板坯高拉速结晶器内的流场。结果表明,电磁制动可有效控制结晶器内钢液的流动,改变钢液的流动方向,改善钢液上下环流区的分配率。在静磁场作用下,上部环流区的流动增强,下部环流区流动减弱,自由液面的波动减轻。     

板坯二冷段电磁搅拌数值模拟研究

利用有限元分析软件ANSYS对板坯二冷段电磁搅拌电磁场进行数值模拟研究,分析了电流强度、电流频率及浇注断面尺寸对电磁场的影响。模拟结果表明:不同频率和电流强度下搅拌器内磁感应强度分布趋势基本相同,根据磁感应强度分布均匀且相对最大的原则,此搅拌辊最佳电磁搅拌频率为5～6.5 Hz。不同电流强度条件下沿宽度方向距左侧1/3处的磁感应强度波峰比右侧的高近50%,磁感应强度的大小随着电流强度的增大而增大,沿厚度方向中心部位磁感应强度最小,仅仅是靠近铸坯表面的一半。为保证搅拌力较大的位置位于铸坯内部,最佳浇注断面宽度尺寸是800～2000 mm。模拟结果为板坯二冷电磁搅拌的使用奠定了基础。     

全幅一段电磁制动钢液流动及夹杂物轨迹的数值模拟

本文利用电磁流体力学(MHD)的基本理论,给出板坯结晶器内全幅一段电磁制动的数学模型,并利用CFX软件进行了数值模拟。结果表明,全幅一段水平磁场能有效地改变结晶器内的流场分布,并在该区域的下部呈现活塞状态;电磁制动有利于非金属夹杂物的上浮;磁场位置影响着弯月面的稳定,并对从出口处不同位置出来的非金属夹杂物的运动轨迹产生不同的影响。     

全幅一段电磁制动钢液流主夹杂物轨迹的数值模拟

本文利用电磁流体力学（ＭＨＤ）的基本理论,给出板坯结晶器内全幅一段电磁制动的数学模型,并利用ＣＦＸ软件进行了数值模拟,结果表明,全幅一段水平磁场 能有效地改变结晶器内的流场分布,并在该区域的下部呈现活塞状态;电磁制动有利于非金属夹杂物的上浮;磁场位置影响着弯月面的稳定,并对从出口处不同位置出来的非金属夹杂物的运动轨迹产生不同的影响。     

电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟

以水银为实验工质,通过物理模拟考察板坯连铸电磁制动时,电磁场对结晶器内液态金属流动的影响规律。采用超声波多普勒测速仪测量了结晶器上部磁场B1=0、0.18、0.36 T和0.5 T,结晶器下部磁场B2=0.5 T情况下,板坯结晶器(模型)内水银的流速分布,考察了磁场强度对结晶器内及液面处金属流动,及其对结晶器窄壁的冲刷作用等的影响。实验结果表明,板坯连铸时,对于抑制液面波动的结晶器上部磁场应选择较低的磁场强度,而用于实现钢水稳定和形成活塞流的结晶器下部磁场,则应选择高的磁场强度。在本文实验条件下,磁场匹配关系B1=0.18 T、B2=0.5 T时,结晶器内的金属流场较为理想,表现为届时既可控制液面波动,又能使结晶器下部的金属流动基本实现活塞流。     

电磁制动下薄板坯结晶器内钢液流动优化

电磁制动对结晶器内钢液流动具有显著影响,为明确电磁力对高拉速薄板坯结晶器内流场分布的影响规律,建立了薄板坯电磁连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,利用数值计算方法研究磁场与流场耦合对钢液的流动影响。模拟结果表明,五段式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以显著抑制钢液湍流流动,降低弯月面波动,且具有稳定钢渣界面的作用;通过研究高拉速与制动力的产生关系,揭示了由线圈产生的磁感应强度与不同拉速的匹配程度。     

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。     

EMBr对高拉速薄板坯钢水动态行为影响的模拟

在高拉速薄板坯的生产工艺研究中,结晶器内钢水流场是决定坯壳均匀性、液面卷渣概率等铸坯质量问题的关键因素。EMBr能够显著改变钢水流场,是改善这些问题的关键工艺技术。因此,对结晶器内钢水流场的模拟、分析与优化是必不可少的工作。以往的研究中,相关的数据与理论指导较少,针对薄板坯无头轧制产线,高拉速连铸机的分析与研究更鲜有报道。因此基于该高拉速连铸机,采用数值模拟方法获得了结晶器内不同电磁制动电流强度的磁感强度分布。采用电磁与多相流耦合模式,针对不同磁感强度条件下的结晶器钢水流场分布与液面形貌进行了仿真模拟,并分析了电磁制动对液面波动的影响。结果表明,基于固定的工况环境,电磁制动电流值为175 A时钢水流场分布均匀,钢水液面流速相对最低,最高流速约为0.6 m/s,同时液面高度差与剪切角相对最小。该条件最有利于减少因坯壳不均或液面卷渣造成铸坯缺陷的概率。电流值225 A相比125 A时,钢水液面位置磁感强度仅提高0.02 T,液面到达稳定时间仅缩短约1 s。因此存在综合评判下的最优电流值。     

电磁搅拌作用下弧形结晶器流场的数值模拟

研究了双侧孔浸入式水口条件下,弧形结晶器内流场受电磁搅拌作用的影响。建立了圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场数学模型,分别采用有限元和有限体积法进行数值求解,讨论不同电参数下结晶器内流场分布特点。结果表明：电磁力在水平面沿圆周方向呈非对称分布,竖直面上呈“中间大,两头小”分布;电磁搅拌作用使得结晶器内流场除出现上回流区外,还产生主回流区和下回流区,促进钢水流动,有利于等轴晶的形成和热传递;励磁电流强度是影响电磁搅拌作用的主要因素,频率的影响效果有限,最佳搅拌参数是[I＝200 A,][f＝3 Hz。]     

脉冲波形对金属熔体内部电磁场分布的影响

建立了金属熔体内部电磁场分布的3-D模型,运用Maxwell软件模拟了正弦波、方形波和三角波脉冲电流作用下熔体内部磁感应强度的分布情况。结果表明,脉冲波形对金属熔体内部电磁场的分布及金属凝固组织的细化效果有很重要的影响。相同脉冲电流峰值和脉宽时,方形波的脉冲电流在金属熔体内部产生的感应电磁场强度大于三角波和正弦波。     

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。     

3D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELD AND TEMPERATURE FIELD IN A ROUND BILLET CONTINUOUS CASTING MOLD WITH ELECTROMAGNETIC STIRRING

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型. 采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier-Stokes方程, 分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征, 并考虑了励磁电磁强度和频率的影响. 研究表明, 磁场模拟结果与现场实测数据一致, 电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布. 钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区, 且在水平截面内旋转流动; 过热钢液滞留在结晶器上部区域, 铸坯芯部温度迅速降低, 凝固前沿温度梯度提高; 大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动. 励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响.     

复合材料制备中电磁搅拌电磁场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌法制备复合材料的电磁场进行了数值模拟,并与实测值进行了比较。结果表明,电磁搅拌复合坩埚内磁感应强度呈三维分布,其数值在坩埚高度方向上中间处最大：相同频率下,磁感应强度均随着电流的增大而增大;相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小。坩埚内金属中的电磁力分布与磁感应强度分布规律类似。     

电磁铆接电磁场数值模拟

为了分析电磁铆接电磁场的变化规律,采用数值模拟方法,以ANSYS软件为平台建立了电压激励的电磁场耦合模型.通过电阻分流器测最线圈放电电流,验证建立耦合模型的正确性.研究结果表明:驱动片主要受轴向磁场力作用,沿驱动片径向分布不均匀,在驱动片半径一半附近轴向磁场力最大;磁场力沿驱动片厚度方向呈梯度分布.在线圈与驱动片之间,磁场主要沿径向分布,渗入驱动片的磁场呈衰减分布.     

外水套对电磁软接触结晶器内部磁场影响的模拟研究

通过有限元法三维数值模拟,研究了电磁软接触结晶器口部外水套对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律.结果表明,对于上通体切缝结晶器而言,结晶器口部外水套对其内部磁场分布的影响明显;随着切缝初始位置的下移,外水套对结晶器内部磁场的影响越来越小.当切缝的初始位置保持不变时,外水套的影响作用随着感应线圈内电流的增大而增大.