板坯连铸结晶器内钢液流场的数值模拟

以计算流体力学理论为基础,利用Fluent软件建立了连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,运用模型低雷诺数方程对板坯结晶器内钢液的流场进行了模拟研究.通过数值计算研究了水口浸入深度、拉坯速度等上艺参数对结晶器内钢液流动状态的影响,为优化结品器内的钢液流场分布、合理设计连铸结晶器装置和指导实际生产提供了依据.     

脉冲磁场下电磁力特性研究:理论分析

利用数学解析方法对脉冲磁场细晶技术的电磁力特性进行了理论分析.分析结果显示,单个放电周期内,随着时间变化,熔体内部脉冲电磁力方向发生瞬时改变;在某个时间段范围内,熔体内部与外部存在电磁力方向不一致的现象,而且单个周期内电磁力存在衰减特性.以上这些特性,是造成脉冲磁场致熔体振荡的主要原因.另外,对于本研究采用的工频脉冲磁场,脉冲电磁力对熔体还有搅拌作用.而且,当脉冲放电频率与凝固系统的某一固有频率相符合时,将引起共振效应,增强脉冲电磁力作用效果.     

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。     

矩形软接触结晶器内磁场分布的实验研究

研究了不同条件下矩形软接触结晶器内的电磁场分布规律。结果表明，矩形软接触电磁连铸结晶器角部存在明显的磁场叠加现象；沿结晶器窄面的磁场分布比较均匀，而宽面上的磁场分布均匀性较差，通过合理布置切缝，可提高软接触结晶器内的磁感应强度和磁场分布的均匀性，宽面上的切缝应采用不均匀方式布置，可在宽面中心位置附近布置相对较多的切缝，在矩形软接触结晶器角部不布置切缝，磁感应强度的最大值出现在线圈中心偏上位置附近，随感应线圈上升，该最大值增大，其位置上移，将线圈靠近结晶器入口安装，有助于均匀周向磁场，在线圈中心位置附近的磁感应强度分布较均匀，实际浇铸过程中，应将液面控制在线圈高度中心与线圈顶端位置之间。     

电磁软接触连铸技术对连铸坯表面振痕的影响及原因探讨

电磁软接触连铸技术是一门新兴技术．讨论了电磁软接触连铸技术的产生背景和发展过程;分析了其作用原理;综述国内外学者利用电磁软接触连铸技术实验的冶金效果;实验研究了有无电磁场作用下弯月面区域结晶器壁温的温度变化规律．结果表明：电磁软接触连铸技术可以提高结晶器内壁和金属熔池温度,改善铸坯的初始凝固过程,减轻振痕,提高铸坯的表面质量．最后提出了电磁软接触连铸技术研究中还需进一步研究的关键问题．     

强磁场对Cu-80%Pb过偏晶合金凝固组织的影响

通过比较4种实验条件下Cu-80%Pb(质量分数)过偏晶合金的凝固组织,研究了冷速、磁场对过偏晶合金组织中富Cu相的形态和形成机制的影响.实验结果表明,球形富Cu相主要有3种形态,即"网壳型"、"卵型"、"眼型".冷速对Cu-80%Pb宏观和微观组织有较大的影响.随着冷速的降低,Pb基体中的富Cu相由细小的球形转变为上浮聚集的粗大球形,直至全部上浮至试样顶部,富Pb基体中只保留Cu枝晶.冷速的降低使得富Cu球壳的厚度增加,其内部的网状组织粗化;施加12 T强磁场能够抑制富Cu液滴的上浮和富Pb相的沉积,对Cu-Pb合金的重力偏析产生一定的抑制作用,所得到的偏晶合金宏观和微观组织与无磁场时冷速较快的组织类似.对于较大的富Cu液滴,强磁场具有抑制Cu溶质迁移的作用,抑制了球壳的增厚和网状组织的粗化.对有无磁场作用下富Cu液滴受到的作用力和运动终端速度进行了分析和计算.     

Mn-20at%Ga纳米复合磁性材料的制备和磁性能研究

Mn-Ga合金具有高矫顽力和较高的磁晶各向异性,是一类具有较大发展前景的磁性材料。本文采用机械合金化方法开展Mn-20at%Ga纳米磁性复合材料的制备研究,高能球磨后合金在300 ~ 415℃温度区间、2 ~ 8小时保温时间进行退火。重点研究了磁性相种类、纳米晶尺寸和磁性能随退火条件的变化规律。研究发现,退火后Mn-20at%Ga磁性材料中的主要磁性相为纳米级尺寸的Mn3Ga相和Mn0.85Ga0.15相,另含有少量氧化导致的MnO2相。适当的提高退火温度和退火时间,可促进剩磁、矫顽力与磁能积的提高。在385℃时进行6小时的热处理,可获得最佳的磁性能：剩磁63.21 emu/cm3、矫顽力8.1 kOe、磁能积0.15 MGOe。通过适当的提高保温温度和保温时间,可使Mn0.85Ga0.15相的尺寸降低,并与矫顽力升高的趋势相一致。Mn0.85Ga0.15相晶粒尺寸的下降有利于提高合金的磁性能。     

交变磁场作用下金属液面的变形和波动行为

采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi合金模拟钢液,研究交变磁场作用下金属熔池液面的波动和变形行为。结果表明:交变磁场会使金属液面发生弧形变形,液面一直处于波动状态;熔池在三相点附近形成汇聚撞击的两个回流区,导致液面上三相点附近的波动最剧烈,易造成表面卷渣;增加线圈电流强度,液面变形增大,波动加剧;当熔池外壁面的磁感应强度达到约50mT时,液面的波动幅度达到约±3mm,应有一个合理的电流强度;适当增加频率可减小电磁力对自由表面波动的影响范围,有利于增大弯月面变形和减小液面波动,频率控制在30kHz左右较适宜;液面位于线圈中心高度附近时,弯月面变形较大,液面波动较剧烈,初始液面控制在线圈高度中心有利于节能。波动规律可解释电磁软接触连铸中铸坯表面振痕随电流强度大小的变化规律。     

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.     

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。