用多模式电磁搅拌控制结晶器内的钢水流动型式

传统板坯结晶器内的钢水有多种流动型式:双环流、单环流和持续不稳定流动.后二者对钢质量有害,前者对钢质量有利.用多模式电磁搅拌器(MMEMS)控制钢水流动型式.     

连铸电磁冶金技术：第五讲：板坯连铸结晶器电磁搅拌技术

1 板坯连铸结晶器电磁搅拌的目的连铸实践表明,结晶器内的钢水流动在很大程度上影响着板坯内夹杂物的行为,支配着夹杂物和气泡的上浮分离;弯月面附近的流动又支配着保护渣的卷吸、熔融及铺展,因此,控制结晶器内流动的两个概念是: ·必须防止从浸入式水口吐出的向下流股侵入液相穴太深; ·必须稳定弯月面,降低沿弯月面上升的反转     

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。     

板坯连铸结晶器内钢水偏流及其控制方法的思考

简述了板坯连铸结晶器内钢水偏流及其主要危害。作为例子,引录板坯结晶器内由SEN冻结和湍流引起的两个典型偏流的数值模拟结果。综述了控制偏流的非接接触的磁流体力学(MHD)技术及其效果,以及评估控流效果的检测方法。     

独立可调式组合电磁制动分析

为了有效控制高拉速板坯结晶器内钢液流动和复杂多相流行为,介绍了一种新型的独立可调式组合电磁制动技术(FAC-EMBr)。采用数值模拟方法对FAC-EMBr结晶器内的电磁场特性和新型磁场控流行为进行研究。数值模拟结果表明,FAC-EMBr的施加可以在结晶器的上、下回流区和弯月面区域形成均匀分布的磁场,进而对3个主要区域内钢液流动进行控制;水平磁极和立式磁极的共同作用可以显著降低钢液射流对结晶器窄面冲击强度,减小上回流和下回流钢液流速;与未施加电磁制动和施加EMBr ruler相比,施加FAC-EMBr后,弯月面波高降低至14.5 mm,即使在高拉速条件下(2.2 m/min),FAC-EMBr的施加也可达到有效的控流效果。     

板坯结晶器钢液流动电磁控制技术

板坯结晶器内钢液流动会影响铸坯的质量,控制和优化结晶器内钢液流动对于提高铸坯质量具有重要意义.电磁控制技术已经成为控制和优化结晶器内钢液流动的重要技术.论述了结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响,并介绍了结晶器内钢液流动的电磁场控制技术和特点,以及在钢厂的应用.     

电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用

总结了板坯连铸结晶器中电磁制动技术的发展、研究状况以及冶金效果。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动、稳定弯月面、减少卷渣现象,有利于结晶器内夹杂物的上浮及去除,从而提高铸坯的质量,且为提高铸坯拉速创造了条件。结果表明电磁制动的影响因素有板坯宽度、浇注速度、浸入式水口（SEN）的形状等。     

新一代电磁制动装置及有关研究

薄板坯连铸时易出现的问题是非金属夹杂易于随着钢水注流卷入结晶器,从而影响板坯的质量。为解决这个问题,研究人员致力于开发结晶器电磁制动装置。已陆续开发出两代电磁制动装置,在此基础上,瑞典ABB业系统公司对电磁制动对钢水在结晶器流动方式的影响进行了深入的研究,并开发出两个数学模型,同时与日本川崎钢铁公司合作开发出新一代(即第三代)电磁制动装置。 ABB公司开发的结晶器电磁制动装置,称为“流动控制结晶器(FC Mould)”。它的特点是     

FC Mold Ⅱ电磁制动中磁场匹配对金属液流影响

通过物理模拟实验研究板坯连铸流动控制结晶器（flow control moldⅡ,即FC MoldⅡ）电磁制动过程中,磁场强度和分布对结晶器内金属液流动的影响规律.实验中,以水银为模拟工质,在模型拉速为0.41,0.52和0.82 m/min（分别相当于生产拉速1.00,1.30和2.00 m/min）,电磁制动的上区磁场强度B₁=0.18,0.36和0.50 T,下区磁场保持B₂=0.50 T不变的匹配（组合）条件下,考察结晶器（模型）内的水银流态和流速分布,并以此分析上、下区磁场强度匹配（组合）对水口出流、液面流动以及结晶器窄面模壁所受冲刷等的影响规律.结果表明,在上述拉速条件下,FC MoldⅡ电磁制动的上、下区磁场强度匹配关系,分别取B₁/B₂=0.36,0.72和1.00时,结晶器中金属液的制动效果最好.     

低拉速板坯结晶器自由液面控流的数值模拟

基于流体力学,利用Fluent软件建立了连铸结晶器内钢水流动的三维数学模型,采用k-ε双方程高雷诺数湍流模型对板坯结晶器内的流场进行了模拟,研究了低拉速时结晶器控流装置对不同结构参数的水口条件下自由液面流场及温度场的影响。结果表明,结晶器流动控制装置(MFCD)对结晶器自由液面的影响与浸入式水口结构有关;1号水口条件下MFCD的加入可以降低自由液面的湍动能,2号水口条件下MFCD的加入增加了自由液面的湍动能。结晶器流动控制装置(插入深度50mm、100mm)并不适用于低拉速(0.55m/min)条件下的板坯连铸。     

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。     

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。     

铁素体不锈钢板坯连铸机技术要点

结合铁素体不锈钢连铸过程高温凝固特性,拟新建的双流铁素体不锈钢板坯连铸机采用直弧型连续弯曲连续矫直的特殊技术,选用全程无氧化浇铸、大容量中间包、结晶器自动液面控制减少钢水中夹杂物;采用摩擦力监测、结晶器漏钢预报保证浇铸的连续性;合理设计动态一冷和二冷配水等提高铸坯表面质量,并设计采用电磁制动、低过热度浇铸、二冷电磁搅拌、二冷动态轻压下技术提高铸坯内部质量。     

连铸过程中电磁流体力学的数值模拟现状及发展趋势

对连铸过程中电磁流体力学的数值模拟的研究现状进行了综合评述。介绍了一种应用于连铸过程中的低频电磁流体力学数值模拟的新方法,并给出了其在圆坯旋转搅拌、CSP薄板坯电磁制动和板坯二冷辊式行波搅拌中的应用实例。该方法特点是分别建立电磁场模型和流场模型,并采用磁感应方程实现电磁场和流场模型之间的耦合。结果表明,目前的方法可较为准确地描述连铸过程中的电磁场分布和电磁流体力学特点,并能够对电磁搅拌参数和连铸工艺过程进行优化。最后,提出了连铸过程中电磁流体力学数值模拟技术的未来发展趋势。     

坯壳导电性对电磁制动结晶器多物理场的影响

采用雷诺时均方法,标准k-ε模型研究电磁制动下凝固坯壳导电性对板坯连铸结晶器内流场和电磁场的影响。计算了3种不同工况,1—忽略凝固坯壳导电性,2—凝固坯壳电导率取定值,该值等于钢液电导率,3—凝固坯壳电导率随温度变化,并对比了3种工况下感应电流、洛伦兹力、焦耳热及速度分布。结果表明,相较于凝固坯壳绝缘的情况,坯壳导电时,上环流减弱,下环流增强,环流涡心区域扩大;洛伦兹力、感应电流密度、焦耳热最大值出现在水口和射流区域,在制动区域内数值较高,随着远离制动区域而迅速衰减;坯壳导电时,数值和分布范围较坯壳绝缘时均有明显提高;电磁制动下坯壳导电性影响显著,因此模拟计算时凝固坏壳的导电性不应被忽略;由于凝固坯壳电导率接近钢液,因此工况2、3差异微小,由凝固坯壳导电引起的流场、感应电流密度分布和焦耳热分布的变化在工况2下变化幅度略大于工况3。     

Analysis of mixed grade transition in continuous thin slab casting with EMBR

A concentration change during grade transition operation in thin slab casting is investigated through computer simulation and the results are compared with experimental measurements. Fluid flow and mixing patterns in various tundish levels and flow rates were analyzed by a three-dimensional mathematical model. Based on the contained results, a simple, efficient and accurate computational model is suggested to predict the concentration profile at the outlet of the tundish. Based on the model, mixing in and below the mold was analyzed considering electromagnetic braking force. The predicted concentration profiles show good agreements with the measured values. It is found that the lower vortices in the mold are suppressed by the electromagnetic field and a plug-like flow region develops, which decreases the intermixing of two different grades of steel and shortens the length of transition region.     

板坯结晶器电磁制动三维电磁场的数值模拟

建立了板坯连铸结晶器电磁制动的电磁场的计算模型,分析在恒定电流作用条件下,结晶器内磁感应强度的分布情况,并与实测数据进行了对比。在不同电流作用下,讨论了结晶器内不同截面上磁感应强度的变化情况。结果表明：板坯结晶器电磁制动的磁场在铁芯处最大,并且在上下轭铁间形成了完整、封闭的磁回路,磁感应强度沿着结晶器高度方向呈现出类正弦分布的特征。在制动电流为300～700 A的工艺条件下,在距离结晶器上口约400～450 mm处,磁感应强度接近于0,此处的上部和下部区域内的磁感应强度的方向相反。电流大小的变化只会改变磁感应强度的大小,不会改变其分布,结晶器内磁场主要集中在水平方向,其它方向的分量较小。     

2.05 m/min高拉速低碳钢FC控流结晶器的应用

板坯高速连铸因具有减少设备投资、增产增效和降低物料消耗的优势而受到越来越多的关注。为解决低碳钢浇铸周期与精炼周期的匹配问题和进一步提高生产效率,某钢厂开展了结晶器电磁制动参数优化的高速连铸工艺技术研究,施加磁场后,随着上线圈电流由模式A增加到模式C,结晶器表面的钢液流速由0.35 m/s减小至0.21 m/s,结晶器内上部流场流速减弱,在高拉速下可明显起到降低表面流速的作用,随着吹氩流量从12 L/min增加至20 L/min,钢液表面流速增加,随着水口浸入深度的增大,结晶器内的流场形态变化不明显,2.05 m/min拉速下夹杂物指数较1.8 m/min拉速夹杂物指数明显降低。     

宽厚板铸机二冷区电磁搅拌工艺优化及长寿化攻关

通过对电磁搅拌辊磁场形成图、安装方式、电流应用值及搅拌方式对铸坯的冶金效果的深入分析,采取降低电磁搅拌电流及下移电搅辊安装位置等措施,可解决二冷区电磁搅拌在包钢宽厚板铸机应用过程中出现的搅拌不均、负偏析及启动时电磁干扰等问题,显著提升宽厚板铸坯的内部质量。同时改进电磁搅拌结构,有效提高其在线使用寿命。     

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。