方坯电磁制动磁场的模拟研究

为了优化磁路的设计、更好地完善方坯电磁制动理论,建立了方坯电磁制动磁场计算的数学模型,开发了计算可靠、适用性强,能适应不同尺寸磁铁的方坯磁场计算程序。通过数值模拟阐明了方坯电磁制动磁路内三维磁场的分布特点。列出了全部电磁参数和结构参数共8个因素,找出影响磁场因素的主次顺序,得到与最大磁感应强度对应的较好的磁路配置条件,讨论了操作条件对磁场的影响规律,并得到了工作间隙中心点处磁感应强度的无量纲关联式。     

线材水平电磁连铸过程中磁场分布的数值模拟

针对线材电磁水平连铸过程中磁场分布问题,建立了二维轴对称有限元模型。利用ANSYS软件包进行划分网格及计算,模拟出了磁场在连铸结晶器区域的分布。研究了磁场频率对金属熔体内磁感应强度及洛仑兹力的影响。计算结果表明：随着频率的增大,磁感应强度减小,洛仑兹力先增大后减小且其作用范围逐渐集中于熔体表面区域。     

方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟

对方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,分析了不同电流强度、电流频率、结晶器铜管以及结晶器内水套对电磁搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系,模拟结果与实测结果一致;并得出采用合适的电磁搅拌参数可以在结晶器内获得合理有效地电磁搅拌强度,从而可以更有效地改善铸坯的质量.     

冶金炉的磁场模拟

从物理模型和数学模型两方面对冶金炉的磁场模拟方法进行了论述,对各种磁场模拟方法进行了比较、分析,阐明了冶金炉的磁场模拟不仅要考虑电流产生的磁场,还必须考虑铁磁屏蔽的影响。     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

连铸结晶器内电磁制动过程的数值模拟

电磁制动的磁场分布与电磁制动的冶金效果密切相关,建立了描述连铸结晶器内电磁制动过程的三维数学模型,在交错网络下利用半隐式压力校正算法求解了动量方程和感生电流方程,研制了带形电磁制动结晶器内的磁场和流场,并将计算机结果与实测值进行了比较,结果表明,合理的电磁制动磁场强度为0.04～0.24T。     

凝固过程中的脉冲磁场和脉冲磁力研究

用数值模拟方法研究了凝固样品中的脉冲磁感应强度和电磁力的分布特性。模拟结果表明，脉冲磁场凝固条件下，脉冲磁感就强度和电磁力分布具有轴向、径向分布的不对称性和不均匀性。这种分布特性有助于了解脉冲磁场对金属凝固组织的细化作用。     

电渣炉大电流导体的电磁场数值模拟

 采用数值模拟的方法研究了电渣炉重熔期大电流导体产生磁场的空间分布规律。利用ANSYS软件包,通过求解磁矢量微分方程,确定了磁感应强度在空间的分布,计算结果与实际测量数据进行了对比。在自耗电极轴向方向上各点的磁感应强度在两端处大并且变化较大,中间磁感应强度最小;磁感应强度的总体趋势是随距离的增加而减弱,但在涡流区域将发生畸变,铁磁体表面的场强随深度增加而降低;在主回路中,各区域磁感应强度由强到弱的顺序为导线区域、电极区域、立柱和横臂区域、结晶器区域。     

方坯软接触结晶器电磁场分布及弯月面形状的数值模拟

应用有限元与边界元相结合的方法,通过求解电磁场的H－φ方程和边界积分方程,进行了方坯软接触结晶器内电磁场和弯月面处钢液形状的数值模拟,结果表明,作用在钢液自由表面边缘向里向下的电磁力是使弯月面向内弯曲的直接原因,采用有切缝的铜结晶器时弯月面向弯曲的程度比采用石英结晶器时小。     

脉冲电流作用下金属熔体内电磁场分布的数值模拟

将脉冲电流作用于铁素体不锈钢,发现经过脉冲电流处理后等轴晶比例大幅增加,晶粒明显缩小。建立了考虑集肤效应的三维电磁场瞬态有限元模型,利用ANSYS软件对电极及熔体内的电场、磁场、电磁力分布进行了计算,结果表明,由于集肤效应使得电磁场主要集中在电极周围和熔体上部,且在脉宽的后期电磁场的方向由于涡流的存在而发生变化;电极间距对熔体电磁场均匀性具有较大影响;随着脉冲电流的脉宽减小,熔体上部的电磁场增强,但集肤深度也越小,同时作用时间缩短。     

步进梁式板坯加热炉内流场和温度场的数值模拟

运用流体力学计算软件（CFD）对某广步进梁式加热炉进行三维燃烧流场的数值模拟,获得该加热炉的速度、温度和浓度的分布规律。其结果为合理地组织燃烧,进一步提高钢坯加热质量,再优化炉型结构提供了参考依据。     

高温蓄热式加热炉内温度场的数值模拟

利用大型软件CFX4.4,建立了高温蓄热式加热炉内温度场和浓度场等的数学模型.通过确定合理的烧嘴布置方式及烧嘴倾斜角度,确保了加热炉内高温空气燃烧的加热效果.     

CUSP磁场对直拉硅单晶氧浓度分布影响的数值模拟

利用有限元分析软件对φ300mm直拉硅单晶生长过程进行模拟,分析了保持CUSP磁场对称面与熔体坩埚界面交点处的径向分量不变的情况下,硅单晶中氧浓度分别随CUSP磁场通电线圈距离、通电线圈半径的变化规律.随着通电线圈距离和半径的增大,晶体熔体固液界面氧浓度均逐渐降低.随着通电线圈距离和半径的增大,硅熔体径向磁场强度逐渐增大,对坩埚底部熔体向晶体熔体固液界面处对流的抑制作用加强,固液界面下方熔体轴向流速减小,使得从坩埚底部运输上来的富氧熔体减少,继而固液界面处的氧浓度降低.随着线圈距离和半径的增大,为保持所需磁场强度,施加电流也逐渐增大,从而能耗增大,与增大通电线圈距离相比,增大通电线圈半径所需的电流较大.通过实验,将CUSP磁场对单晶中氧浓度分布影响的数值模拟结果与实际晶体生长进行了对比,实验结果验证了数值模拟的结果.     

马钢圆坯结晶器水口改型流场和温度场的数值模拟

生产实践表明,直通式水口对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿,铸坯初生坯壳的形成等有一定的负面影响。利用CFX5．7．1数值模拟软件研究了采用原直通型水口和侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场的分布情况,分析了不同流场和温度场对钢水夹杂物上浮、结晶器液面钢水温度补偿、结晶器液面波动以及对结晶器内初生坯壳的影响。结果表明,采用侧开孔型水口时结晶器内流场和温度场分布更为合理,直通型水口改为侧开孔水口可行。     

磁性磨粒热压烧结过程的温度场模拟

针对以Fe粉和Al2O3粉为原材料的两相复合磁性磨粒这一研究对象,建立了磁性磨粒热压烧结过程的传热模型,通过计算机模拟方法对模具温度场进行分析,从而优化热压工艺。模拟结果表明:炉体的升温速率对模具的温度场影响较大,同时磨粒在模具中的位置不同其温度场分布也不同。综合磨粒的制备效率和实验设备的要求,本实验条件下应采用在低温区为10～15℃/min、高温区为5～10℃/min的升温速率,并将磨粒置于模具中的z5区域,以降低热压成形过程中磨粒的轴向温差,改善磨粒的物理力学性能。     

小方坯连铸中间包流场温度场的数值模拟研究

采用湍流理论,建立中间包温度场的数学模型,计算获得了昆钢7^#小方坯连铸中间包耦合的流场及温度场,并研究了中间包在设置挡墙前后钢液流动及传热行为的变化。流场计算表明,使用合适的挡墙,钢液在中间包的停留时间变长,各水口处钢液的流动模式趋于一致;温度计算表明,设置挡墙后,各流钢液温度差异明显缩小。     

厚板坯连铸结晶器流场数值模拟

针对鞍钢新轧钢第一炼钢厂厚板坯连铸结晶器建立了三维湍流数学模型和三维实体模型.应用有限元软件对厚板坯连铸结晶器内的流场进行了模拟,计算了铸机拉速、浸入式水口出口倾角和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢液流动的影响.对比表明,数值模拟结果与水模实验结果相符.     

六流中间包温度场优化数值模拟研究

通过对六流连铸机不同结构中间包内钢液温度场的数值模拟,提出了采用导流隔墙的改进方案。这种导流隔墙的应用,有利于均匀钢液温度,促使夹杂物上浮。     

大直径直拉硅单晶炉热场的数值模拟

数值模拟技术已经成为分析和发展工业化晶体生长工艺必不可少的工具。提出了直拉硅单晶生长过程温度分布的有限元模拟，通过对300单晶炉内热场的数值模拟计算，得出了晶体生长不同阶段的单晶炉内温度分布及相应的温度梯度和热流密度分布。     

板坯连铸内外复合冷却流场和温度场耦合数值模拟

 针对1 240 mm×200 mm板坯连铸提出了一种钢水内外复合冷却技术，即在结晶器内设置内冷却器 U形管，起到提高传热效率改善铸坯内部组织之目的。运用流体力学分析软件，就内外复合冷却结晶器内钢水在流场温度场耦合作用下的凝固状况进行数值模拟，发现内冷却器可以使钢水的流动状态均匀和加快连铸坯的凝固速度。