连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响

结合连铸过程的实际情况,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸Φ250mm圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应强度和电磁力分布的影响.研究结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据基本一致;当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小;沿着结晶器方向,电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小,但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,电磁力减小;当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度和电磁力都增加.结合数值模拟的具体结果,电磁搅拌电流和频率为480A,3Hz时,能起到良好的搅拌效果.     

二冷区辊式电磁搅拌的模拟研究

利用ANSYS和CFX商业软件,对304不锈钢板坯连铸二冷区辊式电磁搅拌进行了模拟研究。结果表明,单向流动型搅拌时,板坯中心点磁感应强度最大,且频率每增加1 Hz,磁感应强度减小约2.92 m T;对于相向流动型搅拌,板坯断面中心线两端磁感应强度较大,中心点处最小;频率增加,板坯断面中心线上电磁力增大,且从3 Hz增加到7 Hz时,改变频率对电磁力的影响逐渐减弱;单向流动型搅拌时,板坯宽面中心截面形成两个对称分布的漩涡流场,对于板坯中心附近钢液,频率从3 Hz增加到7 Hz,流速增大约150 mm·s-1,坯壳厚度从30mm增加到50 mm,流速减小约60 mm·s~(-1);相向流动型搅拌时,板坯宽面中心截面形成四个漩涡流场,搅拌区域较小,强度较弱,对于板坯长度方向1/4附近钢液,频率从3 Hz增加到7 Hz,流速增大约180 mm·s-1;坯壳厚度从30 mm增加到50 mm,流速减小约70 mm·s~(-1)。     

板坯连铸二冷区电磁搅拌的数值模拟

利用ANSYS和CFX商业软件,对国内304不锈钢板坯连铸二冷区电磁搅拌进行了数值模拟研究。结果表明,随着频率的增加,磁感应强度减小、电磁力增大;随着电流的增加,磁感应强度、电磁力均增大,且磁感应强度、电磁力的最大值均出现在板坯中心点;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点磁感应强度减少约1.68 mT;频率为5 Hz时,电流每增加100 A,板坯中心点磁感应强度增加约7.68 mT;板坯纵轴线上电磁力出现两个呈现对称分布的峰,且宽面中心截面出现两个对称分布的漩涡流场;随着频率和电流的增加,板坯中心点搅拌速度线性增大;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点钢液流速增加约0.02 m·s~(-1),频率为5 Hz时,电流每增加100 A,钢液流速增加约0.084 m·s~(-1)。     

环缝式电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场的数值模拟

建立了环缝式电磁搅拌法制备半固态金属浆料系统电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对制浆系统内电磁场分布进行了数值模拟,分析了电流、频率、坩埚材质、冷却器材质和环缝宽度对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的实验验证. 研究结果表明:电磁场模拟结果与实验结果具有较好地一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性;系统电磁力主要分布于环缝内,提高了对合金熔体的搅拌强度;在相同的环缝宽度下,磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;同时选用不锈钢坩埚与石墨冷却器可以使环缝内铝合金熔体的磁感应强度获得最大;相同电流和频率条件下,磁感应强度随着环缝宽度减小而逐渐增大;相同搅拌功率条件下,环缝式电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织,平均晶粒尺寸较普通电磁搅拌法减小31%.     

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.     

圆坯连铸结晶器电磁搅拌数学模拟

用数学模拟对马钢一钢厂圆坯连铸结晶器(断面尺寸为φ450mm)电磁搅拌过程进行了研究,找出变化规律,确定合理的工艺参数,优化结晶器流场.电磁搅拌过程的计算结果表明:磁场强度随搅拌频率减小、搅拌电流增大而增大;电流强度不改变磁场分布;在结晶器高度方向上磁场分布呈现中间大两端小的特征,流场在搅拌力作用下更趋于合理.最佳搅拌工艺参数为:搅拌电流350A,频率2Hz.     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

大方坯连铸跨结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,在电流为600A,频率为2Hz条件下,对大方坯跨结晶器电磁搅拌进行了数值分析·实验结果和模拟结果对比表明,试验结果和数值模拟结果基本相符·重点分析了不同的电流和频率下,铸坯中心磁场强度和节点电磁力的变化规律,结果表明:铸坯中心磁场强度、节点电磁力随电流增大而增加,也随频率增加而增加,在8Hz时达到最大值·     

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·     

偏心搅拌槽内固-液悬浮特性研究

为研究偏心搅拌时的固-液悬浮特性,采用PC-6D浓度测量仪研究了Rushton桨偏心搅拌槽内石英砂-水两相体系的悬浮过程,分析了偏心搅拌时的固-液悬浮特征,测量了不同偏心率时的固相浓度分布和功率消耗,并与中心搅拌进行了对比.结果发现:偏心搅拌时的临界悬浮转速和功率消耗均随偏心率的增大而增大,偏心率较小时的临界悬浮转速比中心搅拌时低,相同搅拌转速时偏心搅拌的功率消耗比中心搅拌时大;偏心搅拌时的固相浓度分布比中心搅拌均匀,偏心率为0.2时的悬浮效果最好,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,能节省功率消耗.     

工业规模电渣重熔过程电磁场的数值模拟

建立了考虑集肤效应的工业规模电渣重熔过程电磁场数学模型,利用FLUENT对磁场强度实部和虚部的传输方程进行求解.分析了工频下电渣重熔过程电磁场的分布特征,并研究了电流频率和电极插入深度对电磁场的影响规律.结果表明:电流频率从0.5 Hz增加到60 Hz时,电极表面的电流密度从91 378 A/m~2增大到190 746 A/m~2;增大电流频率使磁场强度分布主要集中在电极和铸锭表面区域,渣金界面的洛伦兹力方向也会发生改变;在同功率条件下,增加电极的插入深度使远离电极端部的渣池区域中焦耳热密度增大,而电极端部附近渣池的焦耳热密度减小.     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

圆坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数优化试验研究

结合某一圆坯连铸结晶器,开展了优化电磁搅拌工艺参数的试验研究,对电磁搅拌电流和频率这两个主要的工艺参数进行了优化.通过研究发现:工作电流和工作频率下连铸坯存在不同的质量问题,2.0级的皮下气泡、1.0级的缩孔及1.5级的中心疏松缺陷的分布比例均为14.28%;搅拌电流由280 A增大到300 A后,铸坯中心区等轴晶率提高约16%,且300 A时等轴晶率趋于饱和;搅拌电流由300 A增大到320 A时,铸坯质量变差.通过试验研究后,给出了优化的电磁搅拌工艺参数.     

电磁软接触连铸圆坯结晶器传热分析

针对电磁软接触连铸过程,建立了结晶器三维电磁场及温度场模型,研究了电流、电源频率、铸坯与结晶器间热流密度以及绝缘材料导热性能对温度场的影响.结果表明,在高频电磁场作用下结晶器壁温度相比传统连铸结晶器有所提高.当前计算条件下,频率和电流增大,结晶器壁峰值温度随之升高.热流密度的大小直接决定着结晶器壁的温度分布,热流越大,温度沿高度方向的不均匀性越明显,沿结晶器周向,由于材料不连续引起的温度梯度也越大.绝缘填缝材料的导热性能对结晶器壁温度分布有较大影响,导热性能差的绝缘材料使温度沿高度方向出现两个峰值,分别对应于切缝的两端,加大了铜壁的温度梯度.     

Effect of M-EMS on the solidification structure of a steel billet

Effects of mold electromagnetic stirring (M-EMS) on the solidification structure of 45# steel billet were investigated by examination of interdendritic corrosion. The results show that the primary and secondary dendrite arm spacings increase from the edge of the billet to the center and decrease obviously with increasing electromagnetic torque, which will be beneficial to refine the solidification structure and enlarge the equiaxed crystal zone. The ratio of equiaxed crystal increases by 15.9% with the electromagnetic torque increasing from 230 to 400 cN·cm. The increase of stirring intensity can improve the cooling rate and the impact of M-EMS on it reduces from the edge of the billet to the central area, where the cooling rates are similar at different torques. The closer to the central area, the less the influence of M-EMS on the cooling rate is. The ratio of the primary to secondary dendrite arm spacing is approximately 2.0, namely, λ1≈2λ2, and is constant irrespective of the stirring intensity and position of the billet. Original position analysis (OPA) results indicate that the center segregation of the billet is greatly improved, and the more uniform and compact solidification structure will be obtained with the increase of stirring intensity.