板坯结晶器全幅一段和二段电磁制动的数值模拟

利用电磁流体力学(MHD)的基本理论,给出了板坯结晶器内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,全幅一段电磁制动和全幅二段电磁制动均能有效改变结晶器内的钢液流场的分布,使板坯下部呈现活塞流;后者使板坯上回流区基本消失,弯月面较前者明显稳定;与钢液流动速度相反的电磁力是电磁制动的直接原因;全幅一段电磁制动和全幅二段电磁制动有利于钢液内部非金属夹杂物的上浮,且后者效果更佳·     

新型电磁制动下漏斗形结晶器流场的数值模拟

针对薄板坯漏斗形结晶器宽侧壁形状的不规则性,设计了新型全幅一段电磁制动装置.通过改变其在竖直方向的位置高度和磁通势(电流和匝数乘积)的大小,采用数值模拟的方法分析了电磁制动作用下钢液流场分布.结果显示,两种参数的改变对磁场分布趋势的影响不大,结晶器内的磁场分布不均匀,最大磁感应强度的区域位于磁场中心位置略向下靠近结晶器窄壁处.通过与未施加电磁力的结果比较,电磁制动的位置高度在250~300 mm,磁通势为8 000 A或以上时,结晶器内的钢液流股被抑制,流场情况得到显著改善.     

方坯结晶器电磁制动夹杂物运动轨迹的数值模拟

采用离散的轨迹近似法,建立了方坯结晶器内有或无电磁制动条件下非金属夹杂物运动的传输方程,并利用CFX软件进行了非金属夹杂物运动轨迹的数值模拟·结果表明,非金属夹杂物在入口的位置可以分成上浮区和下潜区,电磁制动有利于结晶器内非金属夹杂物的上浮,缩短其运动路径,扩大上浮区;非金属夹杂物的直径、磁感应强度的大小及磁场的位置影响非金属夹杂物的运动轨迹及分布·     

电磁制动对CSP结晶器内流动和传热的影响

采用数值模拟方法,通过计算1 500 mm×90 mm CSP漏斗型结晶器内磁场、流场和温度场分布,研究了CSP漏斗型结晶器采用不同浸入式水口条件下电磁制动对钢液流动和传热行为的影响.研究结果表明,施加电磁制动后,采用牛鼻子水口的结晶器内流股冲击深度变小,自由液面最大速度从0.231 m/s降至0.067 m/s;采用双侧孔水口的结晶器内钢液主流股向上弯曲的趋势消失,流股对结晶器窄侧壁的冲击强度减弱,结晶器上部回流钢液速度减小,自由液面最大速度从0.798 m/s降到0.140 m/s.综合比较采用两种水口时电磁制动对钢液流动和传热行为的影响,采用双侧孔水口时制动效果较好,有利于提高铸坯质量.     

CSP薄板坯连铸结晶器电磁制动对流场和温度场的影响

旨在考察电磁制动对薄板坯连铸结晶器内钢液流动及传热的影响效果,从而为CSP薄板坯连铸生产实践提供理论参考。根据国内某钢厂CSP薄板坯连铸漏斗形结晶器、水口结构参数,首先建立了描述结晶器内钢液流动和传热的三维数学模型,应用CFD软件对结晶器内钢液的流场和温度场、凝固现象进行耦合计算和分析。再耦合经实测数据验证由ANSYS模拟得出的电磁场,计算和分析电磁制动下结晶器内钢液各种现象的变化。结果表明:电磁制动的应用,使结晶器钢液面上的速度降低,由无电磁时的0.13 m/s降到0.10 m/s,降幅在23%左右;使向下的流股冲击深度降低;使结晶器钢液面上温度升高5℃左右,有利于保护渣的熔化。     

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈"两端小中间大"分布特征.数值计算的磁感应强度与实测结果基本吻合.提出了杭钢大方坯45#钢电磁搅拌优化后的工艺参数为电流350A和频率3Hz,实验表明在此工艺参数下铸坯质量得到显著提高.     

影响线性电磁搅拌流场分布的电参数分析

利用ANSYS56软件对单侧线性电磁搅拌作用下的流场分布进行了数值模拟,分析了搅拌器的电参数对钢液流动状况的影响·结果表明,当其他条件一定时,电流的增大可明显提高搅拌作用的强度,扩大搅拌作用的区域·磁场在钢液中的衰减速度应用穿透深度来衡量,其数值大小不但与电流频率有关,而且还与搅拌器的极距有关·当极距小于04m时,电流频率对穿透深度的影响不大;而当极距大于04m时,随电流频率的增加,磁场在钢液中的穿透深度逐渐减小·但电流频率的增加,使钢液内的磁感应强度和电磁力增大,有利于提高搅拌作用的强度,扩大搅拌作用的区域·     

新型电磁制动漏斗形结晶器内复杂行为的数值模拟

针对漏斗形结晶器的不规则外形开发了新型电磁制动装置,建立了三维物理模型和数学模型.分别借助ANSYS模拟了电磁场,FLUENT模拟了钢液湍流、传热以及凝固.磁场计算结果通过线性插值导入流场,采用等效比热容法处理潜热.钢液拉坯速度为5.5 m/min,水口浸入深度为300 mm.研究了新型电磁制动装置相对结晶器的位置高度和磁动势对钢液流场、温度场及凝壳的影响.结果显示,新型电磁制动装置上表面距离自由液面为250 mm时的制动效果要好于300 mm的情况.对于所选取的流场参数而言,磁动势为8 kA.n即可,磁动势过大会消耗更多的电能,造成不必要的浪费.     

全幅一段电磁制动与立式电磁制动技术模拟研究

以ANSYS14.5和FLUNET6.3为计算平台,针对全幅一段电磁制动技术和立式电磁制动技术,模拟计算了电磁制动过程结晶器内磁感应强度和流场分布.计算结果表明:全幅一段电磁制动和立式电磁制动技术在钢液中可以产生恒定有效磁场,磁感应强度主要集中于磁极覆盖区域,能够对钢液主射流起到控制作用,促进非金属夹杂物和气泡的上浮分离从而提高铸坯的纯净度;立式电磁制动能够更好地控制钢液主射流冲击铸坯窄面后的上升流,更加有效地稳定自由液面波动,克服了全幅一段电磁制动对上升流控制不力的缺点;全幅一段电磁制动对下降流控制稍好,但从整体制动效果上看,立式电磁制动技术更好,具有较全面并且良好的冶金效果.     

旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响

通过石墨型铸造研究了旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响.结果表明:在钢液凝固过程的不同时间段施加电磁搅拌,对轴承钢的凝固组织具有显著影响,越早施加电磁搅拌,磁泰勒数(表征磁场作用下强制流动的无量纲数)越大,钢液所受的电磁力越大,越有利于柱状晶向等轴晶转变;在0~05min时间段施加电磁搅拌,铸锭等轴晶率提高了52%.此外,电磁搅拌引起的钢液对流推动了凝固前沿枝晶的折断、熔断和游离,枝晶碎片在强烈对流作用下增殖并被带到熔体心部成为异质核心,凝固前沿的温度梯度减小,成分过冷增大,促进了柱状晶向等轴晶转变.     

电磁场控制连铸结晶器内弯月面区域金属流动状态的试验研究

在连铸实验装置上,以低熔点PbSnBi合金和硅油分别模拟钢液和保护渣,对施加电磁场前后弯月面区域金属流态进行了试验研究·结果表明:双条形电磁场对弯月面区域的金属运动速度有较强抑制作用;能够改善连铸坯初凝固壳生成和生长的条件     

电磁力驱动载流金属熔体内速度的差分计算

针对电磁场对熔融流体的作用特性,采用差分方法和人工可压缩法,研究了电磁场对熔融流体速度的控制作用.结果表明:得到了一个控制液流流动的最佳时间段.在此时间段内载流熔液受交流磁场作用时熔体有很好的稳定状态,抑制液流流动的效果最佳,而加稳恒磁场和无磁场作用则无此特性.另外,电磁场可以很好地控制熔融流体的流动性,可以对载流熔体流动起促进或抑制作用,选择的金属物理属性、电磁参数、时间历程等因素都会对熔体的流动速度产生影响.该成果可用在电磁冶金工业中施加电磁场以控制金属熔体流速的目的,具有一定的指导意义和参考价值.     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

Comprehensive model for a slag bath in electroslag remelting process with a current-conductive mould

A mathematical model was developed to describe the interaction of multiple physical fields in a slag bath during electroslag remelting (ESR) process with a current-conductive mould. The distributions of current density, magnetic induction intensity, electromagnetic force, Joule heating, fluid flow and temperature were simulated. The model was verified by temperature measurements during remelting 12CrMoVG steel with a slag of 50wt%-70wt% CaF₂, 20wt%-30wt% CaO, 10wt%-20wt% Al₂O₃, and ≤ 10wt% SiO₂ in a 600 mm diameter current-conductive mould. There is a good agreement between the calculated temperature results and the measured data in the slag bath. The calculated results show that the maximum values of current density, electromagnetic force and Joule heating are in the region between the corner electrodes and the conductivity element. The characteristics of current density distribution, magnetic induction intensity, electromagnetic force, Joule heating, velocity patterns and temperature profiles in the slag bath during ESR process with current-conductive mould were analyzed.