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·     

电磁搅拌对纯Al凝固结晶的影响

文章研究了电磁搅拌对纯Al铸件凝固结晶的影响。研究结果表明 :电磁搅拌对纯Al组织改善很大 ,使粗大的柱状晶变成细小的等轴晶 ;而且 ,随着搅拌电压的增大 ,柱状晶区越小 ,等轴晶区越大 ,晶粒越细小 ;交旋搅拌比单旋搅拌效果更好。     

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。     

机械搅拌对Al及Al-Cu合金铸锭组织和宏观偏析的影响

研究表明,机械搅拌驱使液态金属作圆周运动,提高了凝固前沿的温度梯度,降低了凝固速度,缩短了柱状晶区宽度,扩大了等轴晶区并细化了等轴晶,同时还促使柱状晶发生倾斜,缩短了一次,二次枝晶间距,并形成了特有的宏观偏析,这种偏析特征与流体流动规律,溶质密度密切相关。     

移动电磁场下低碳钢凝固过程枝晶破碎临界条件

为了探讨移动电磁场对低碳钢凝固过程枝晶破碎的影响,进行了移动电磁场下的0.22%～0.34%C(质量分数)低碳钢浇铸凝固实验.对不同磁感应强度下铸坯凝固组织进行了观察,考察了二次枝晶分布,凝固过程冷却速度与二次枝晶间距的函数关系.同时考察了移动电磁场对铸坯柱状晶向等轴晶转变(CET)位置的影响,并对钢凝固过程CET发生时的凝固速度和固相率进行了计算.导出了移动电磁场下合金凝固过程枝晶破碎的临界条件,并通过低碳钢作实验验证,得到了低碳钢凝固CET发生时临界固相率和液相平均流速之间的关系.     

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.     

双辊薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型

以热焓法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点,在对KGT枝晶生长动力学模型进行修正的基础上,引入异质形核模型和柱状晶等轴晶转变(CET)模型,建立了双辊薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型.同时,以固相分数为媒介,采用宏观微观不同的网格尺寸和时间步长,通过对柱状晶生长前沿的追踪,实现了宏观-微观模型的耦合求解.实验表明:数学模型预测的薄带凝固组织中的柱状枝晶间距和取向度与实测值基本吻合,说明所建数学模型是可靠的,可用此模型研究工艺因素变化对薄带凝固组织的影响.     

双辊连铸薄带凝固组织仿真模拟的微观模型

在研究双辊薄带连铸工艺凝固过程的基础上,运用金属凝固的基本原理并用现代计算机仿真技术建立了双辊连铸薄带凝固的形核、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶生长的转变（CET）的解析模型及仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形式的仿真模拟奠定了基础。     

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.     

高碳钢小方坯的一次枝晶臂间距的影响因素

高碳钢小方坯显微凝固组织的研究表明:一次枝晶臂在凝固过程中不断粗化变短;碳含量高,容易形成长宽比小的一次枝晶,并且一次枝晶臂间距增宽,容易形成粗大的柱状晶组织;过热度高,易形成粗大的一次枝晶,一次枝晶臂间距增宽;拉速慢,容易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距减少;二次冷却水流量比增加,易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距降低.结晶器电磁搅拌可显著降低一次枝晶臂长宽比,并减小一次枝晶臂间距;搅拌电流增加,则一次枝晶臂间距减小效果更明显.     

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     

电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究

采用低碳钢进行静态浇铸实验,并就电磁搅拌对铸坯内部质量的影响进行了实验研究·实验结果表明,电磁搅拌可明显提高铸坯凝固组织的等轴晶率,同时又可以改善铸坯内的成分分布状况,从而提高铸坯的内部质量·在合理的电磁搅拌参数和浇铸参数条件下能够得到几乎为100%等轴晶的铸坯·     

基于体积平均法的NH4 Cl水溶液凝固行为研究

根据合金凝固理论和体积平均多相模型,对NH4 Cl-70%H2 O凝固过程进行了数值模拟和实验验证。虽然研究者已研究过NH4 Cl-70%H2 O凝固过程,但是只针对单个现象进行分析,比如通道偏析的形成、对流形式以及晶粒的形成。在前人研究的基础上,本文首次通过数值模拟和实验对比两种手段相结合的方式全面地研究了氯化铵水溶液凝固整个计算域的全部现象,尤其再现了等轴晶在铸锭中的下落漂移现象以及由此引起的对流,并且更深入地探究了偏析的形成原因。通过计算发现等轴晶从型壁处沉降并逐渐向铸型底部积聚,直到体积分数达到一临界值后,柱状晶停止生长,完成柱状晶向等轴晶转化过程。由于溶质再分配,底部晶粒集中的区域形成了负偏析,在尚未凝固的上部区域形成较大范围的正偏析。通过实验验证发现,等轴晶在铸锭中的下落漂移现象和对流形式的预测值与实验值较为一致,从而全面揭示出凝固过程中固相的移动和对流是产生宏观偏析的关键因素。     

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;     

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·