电磁搅拌提高铸坯等轴晶比率的数值模拟

采用单侧线性电磁搅拌技术进行了铸坯的静态浇铸实验,并对电磁搅拌过程中的电磁场和流场进行了数值模拟,确定了实验条件下获得全等轴晶铸坯的电磁搅拌参数·结果表明,在本实验条件下,当最大电磁搅拌强度为1414AHz,钢液中的最大电磁力及最大流动速度分别达到6386N/m3和022m/s时,获得了等轴晶比率几乎为100%的铸坯·     

板坯连铸机二冷区电磁搅拌应用研究

二冷区电磁搅拌是提高铸坯和钢板内部质量的有效手段。本文介绍了某炼钢厂电磁搅拌的类型、安装形式和技术参数,对比了二冷区电磁搅拌和动态轻压下对铸坯内部质量的影响,并通过优化调整电磁搅拌辊安装位置和工艺参数,提高了铸坯等轴晶比例,改善了铸坯中心偏析和白亮带状况。     

组合电磁搅拌对连铸大方坯内部质量的影响

结合包钢炼钢厂大方坯连铸机上进行的组合电磁搅拌的中试,设计了合理的组合电磁搅拌工艺参数,并分别对结晶器搅拌和组合电磁搅拌作用下铸坯的中心疏松和成分偏析情况进行了对比分析·试验结果表明,组合电磁搅拌工艺可以解决高碳钢连铸坯的中心疏松和成分偏析问题,铸坯中心发生集中缩孔的几率和指数降低·因此正确的连铸工艺和优化的组合电磁搅拌工艺对充分发挥电磁搅拌的作用、提高铸坯内部质量至关重要·     

三相非平衡线性电磁搅拌改善铸坯凝固组织的分析

采用三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌技术进行了铸坯的静态浇铸实验,并对电磁搅拌过程中钢液内的电磁力各分量的瞬时值进行了理论分析·结果表明,当采用将电磁搅拌器的三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌时,在钢液内所产生的电磁力是脉动的,其大小呈周期性变化,尤其是垂直于磁场运动方向上的电磁力,其脉动的幅度很大·由此认为,当采用将搅拌器的三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌时,所产生的垂直于磁场运动方向上的脉动电磁力是提高等轴晶比率,改善铸坯凝固组织的一个重要原因     

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.     

圆坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化

结合某钢厂圆坯连铸结晶器,对电磁搅拌工艺参数开展优化试验研究,测定电磁搅拌磁场的分布特征,从而针对性地对电磁搅拌电流和频率这2个主要的工艺参数进行优化。研究结果表明:在工作电流和工作频率下,连铸坯存在的质量缺陷主要体现在中心疏松和缩孔这2个方面,33.3%铸坯的中心疏松级别达到或超过1.5,12%的铸坯出现了不同程度的缩孔;当电流增加到380 A时,中心等轴晶率已基本饱和,最大值达38.4%;当电流为400 A时,铸坯质量得到明显改善。通过综合考虑电磁搅拌的特征及其相对应的冶金效果后,得到优化的电磁搅拌(M-EMS)工艺参数。     

电磁搅拌对钢坯凝固过程中热工参数的影响

采用自行设计的单侧冷却凝固实验装置进行了有无电磁搅拌作用下钢坯的凝固实验,并通过计算机数据采集系统对钢坯凝固过程中的各种热工参数进行了实时测试和分析·研究结果表明:施加电磁搅拌以后,钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加,促进了铸型内钢液过热的耗散,使得钢坯内的温度分布趋于均匀,降低了凝固前沿的温度梯度·这不仅抑制了柱状晶的发展,同时易于在钢液内部同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成,使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用下的47%提高到76%·这也说明了电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一·     

直浇道电磁搅拌对连铸坯凝固组织影响

中缩和偏析缺陷对铸坯质量有很大的影响，在直浇道外施加电磁搅拌可以明显地改善连铸坯的凝固组织，并提高连铸坯的质量。选用低熔点Sn-3.55Pb合金浇注试样，用实验方法研究直浇道电磁搅拌对铸坯凝固 组织的影响，并用数值模拟作为辅助手段分析了影响因素。实验证明：施加直浇道电磁搅拌后，铸坯的晶粒细化，等轴晶区扩大，柱状晶区减小；在降低过热度的情况下，施加电磁 搅拌，可避免直浇道堵塞，保证浇注顺利进行，而且铸坯的凝固组织更加细小；在直浇道外施加电磁搅拌，不仅改变了金属液的流动形态，而且提高了浇道内的最低温度，使浇道内的温度分布均匀。     

过热度对轴承钢内部组织的影响

利用枝晶腐蚀低倍检验技术、铸坯及盘条淬火+回火热处理金相检验等技术研究了过热度对轴承钢内部组织的影响。结果表明低过热度工艺铸坯等轴晶比例提高,二次枝晶间距变小,铸坯内部偏析、缩孔等冶金缺陷有所改善,但盘条酸洗低倍组织及碳化物不均匀性差别不大。两种工艺铸坯混晶区均比中心等轴晶区偏析严重,存在大量的大尺寸共晶碳化物。     

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.     

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.     

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.     

电磁搅拌对弹簧钢60Si2Mn凝固组织的影响

利用金相观察了电磁搅拌对弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ凝固组织的影响情况,并讨论了形成机制。结果表明：在凝固过程中进行电磁搅拌,引起熔体的强烈流动,使液相区的温度场和溶质含量趋于均匀;凝固时奥氏体的一次臂生长速度减慢,消除弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ一次结晶组织中发达的柱状树枝晶层;     

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.     

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.     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.     

消除电磁搅拌连铸坯中“白亮带”的试验研究

针对电磁搅拌连铸坯中的“白亮带”问题进行试验研究和理论分析．结果表明：铸坯凝固过程中电磁搅拌引起的钢液运动特点是能否产生“白亮带”的关键．特殊的电磁搅拌方式有效地抑制“白亮带”的产生．