加热炉半热滑轨的数值分析

在钢坯的加热过程中,为了有效地减弱或者消除钢坯的水管黑印,在加热炉的加热段和均热段一般采用半热滑轨或全热滑轨,滑轨端面温度对加热质量及钢坯在炉内的安全运行起着至关重要的作用,而端面温度取决于滑轨的高度和截面形状。结合工程实例,建立了相应的物理数学模型,采用数值分析的方法对不同高度下半热滑轨的温度场进行了计算,结果表明滑轨端面温度与其高度呈现出对数函数关系,在应用中梯形滑轨优于矩形滑轨。     

水平稳恒磁场对Al-Bi偏晶合金中富Bi相迁移和分布的影响

Al-Bi偏晶合金是潜在的新型汽车轴瓦材料,然而由于偏晶合金的凝固特点,凝固过程中的液-液分离反应极易造成第二相的宏观偏析,很难采用传统凝固方法制备。在水平稳恒磁场下进行Al-Bi偏晶合金的水冷铜模浇铸实验,使熔体内不同位置的温度梯度方向与磁场方向呈不同角度。研究当磁场与富Bi液滴Marangoni运动方向的夹角不同时,磁场对偏晶合金凝固组织影响效果的变化。研究结果表明当磁场方向与富Bi相液滴Marangoni运动方向平行时,磁场对宏观偏析的抑制效果最明显。对本实验条件下磁场在Al-Bi偏晶合金凝固过程中的作用机制进行了分析,Al-Bi偏晶合金富Bi液滴发生了由冷端向热端的Marangoni运动,磁场主要通过电磁拖曳力作用于液滴,降低液滴的迁移速度。当磁场与温度梯度方向垂直时,其对熔体传热的抑制减小了电磁拖曳力的作用效果,加重了富Bi相液滴Marangoni运动造成的偏析。     

电磁搅拌和二冷区冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯的内部质量影响

研究了不同方式的二冷区电磁搅拌和冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯凝固组织和内部裂纹的影响。研究结果表明：施加电磁搅拌后的连铸坯内部等轴晶组织比例增加,晶粒细化。单向连续电磁搅拌增加等轴晶比例和细化晶粒的作用效果优于正反交替电磁搅拌。当二冷区冷却水流量由3.0 m3/h增加至7.1 m3/h时,等轴晶比例减小,晶粒粗化;电磁搅拌对连铸坯内部裂纹有抑制作用,且单向连续电磁搅拌效果最好。当二冷区冷却强度增加时,铸坯内部熔体的温度梯度增加从而增大热应力,同时由于电磁搅拌的作用时间的减少,使铸坯内部质量恶化,产生严重的内部裂纹。     

立式电磁制动结晶器内金属液面波动行为的试验

以Sn-Pb-Bi低熔点合金为模拟介质,建立了立式电磁制动作用下结晶器内液态金属流动的物理模型,研究了立式电磁制动条件下结晶器内的金属液面波动行为。利用激光液位仪对磁极宽度中心位置处的金属液面瞬时波动进行测量,采用“浸度法”对结晶器厚度中心面处的弯月面波形进行测量。试验结果表明,随着电流强度的增加,立式电磁制动的施加可以显著降低液面波高,稳定液面波动,减小卷渣发生的可能性。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

高频电磁场作用下矩形软接触结晶器内金属液面行为的实验研究

利用Sn-Pb—Bi合金研究了高频磁场作用下262 mm×84 mm矩形软接触结晶器内的金属液面行为．结果表明, 金属液面的形状在软接触结晶器的切缝、分瓣体、角部以及宽面和窄面等处存在明显的不均匀性;在角部和切缝处金属液面凸起较大．通过减少角部切缝、周向上不均匀布置切缝的措施,可以改善金属液面变化的不均匀性．当金属初始液位处于线圈高度的中心偏上位置时,高频磁场作用下的金属液面凸起较高,三相点下移较深,且弯月面变形越平直．将液面控制在位于线圈中心偏上位置附近,可达到节约电能和提高铸坯表面质量的目的．实验结果还表明,增加电源功率可显著提高金属液面的高度,弯月面凸起增强, 但功率过高时,金属液面波动加剧．不同材质和结构的结晶器对应不同的最佳功率范围．     

切缝参数对工业实验软接触结晶器内磁场分布影响的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟,研究了不同结构参数对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律. 结果表明,对于部分切缝结晶器,结晶器口部有无盖板对其内部磁场分布的影响不大;增加结晶器切缝数,结晶器内磁场的渗透率、磁感应强度、磁场的有效作用范围及磁场的均匀性都得到增强;切缝宽度对结晶器内部磁场的影响不大;切缝长度越长,磁感应强度越大,磁场的有效作用范围越大.     

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.     

强磁场作用下偏晶合金取向凝固组织的形成

研究了强磁场对Fe-49Sn和Cu-40Pb偏晶合金凝固组织的取向作用。研究结果表明,在强磁场作用下,Fe-49Sn和Cu-40Pb偏晶合金都形成具有一定取向的凝固组织。施加10T强磁场后,α-Fe晶体的磁各向异性和α-Fe枝晶的择优取向促使了Fe-49Sn偏晶合金形成沿平行磁场方向取向排列的富Fe相枝晶凝固组织,α-Fe的(110)晶面衍射强度明显增强;在12T强磁场作用下,强磁场对富Pb相小液滴运动及凝固前沿熔体流动的抑制作用,促使Cu-40Pb偏晶合金试样中心形成较长的规则排列的富Pb相棒状组织。     

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.