电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证

描述了自行设计的电磁软接触圆坯连铸结晶器,给出了相应的三维圆坯连铸结晶器电磁软接触电磁场的数学模型.采用有限元方法对数学模型进行数值求解,在对数值计算结果进行实验验证后,系统地研究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布.数值解与实验结果误差小于5%.分别考察了结晶器结构参数,钢液液面高度、电流强度等参数对结晶器内磁场分布的影响.定量地得到了结晶器内磁感应强度随各种结构参数和操作参数变化的规律.为电磁软接触连铸圆坯结晶器的设计和实际操作提供了理论依据.     

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.     

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.     

软接触结晶器结构对磁场分布影响的实验研究

为了设计具有合理结构的软接触结晶器 ,研究了开缝数、开缝宽度、感应线圈与结晶器相对高度等对磁场的影响 ,考察了在不同条件下软接触结晶器内磁场分布规律 .结果表明 :增加开缝数不但能提高结晶器的透磁性 ,而且能使轴向磁场沿圆周方向分布更加均匀 ;开缝宽度对开缝处轴向磁场影响较大 ,而对其他位置的影响不明显 ;轴线上轴向磁场强度的最大值位置和最大值分别随感应线圈上升分别上移和增大 .     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面波动分析

通过实验的方法测量出不同电参数和工艺参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面不同位置的波动情况.实验结果表明:在中频电磁场的作用下,弯月面的波动明显加剧,弯月面中心处的波动相对于边缘部分波动小;随着功率增加,整个内弯月面区域的波动都会加剧,但中心处的波动加剧程度和幅度都比边缘部位要小;当液位越靠近感应线圈中心高度时波动越剧烈,液位位于线圈中心高度以下比线圈中心高度以上相同位置稳定;随着磁场频率增加,结晶器内弯月面的波动趋于稳定,但波动方差的衰减幅度在减小,综合考虑所选择的频率为2.5 kHz.     

电磁连铸复合式结晶器内电磁场的数值模拟

通过简化条件下的理论推导和实验测试分别对交变磁场和静磁场计算方法进行了验证,在此基础上对电磁连铸复合式结晶器内的磁场进行计算,并分析了有无结晶器条件下两种磁场的相互影响·分析结果表明,该项技术是可行的     

软接触电磁连铸结晶器传热行为研究现状

软接触电磁连铸是一项提高铸坯表面质量的新技术。从结晶器内钢液传热的过程综合论述了软接触结晶器的传热机理,并分析了结晶器内温度场影响因素的研究现状。最后指出了在结晶器传热过程中,以往的研究所没有涉及的方面。     

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.     

频率对矩形电磁连铸结晶器内磁场和弯月面的影响

研究了在电磁软接触连铸过程中,电源输入频率的变化对矩形电磁软接触结晶器内的磁感应强度分布规律和弯月面变化情况的影响.结果表明:当电源输入频率增大时,结晶器内的磁感应强度减小.电源输入频率的改变不影响结晶器内磁场分布的相对均匀性.弯月面的高度与电源输入频率成反比,频率越高,弯月面稳定性越好.在实际生产中,如果需要提高电源输入频率,则应该同时适当的增大电源功率来弥补激励电流的减小,以保证软接触效果.     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固基础研究

研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点，通过对实验室条件下金属Ｓｎ在连铸过程中的温度场、初始凝固点和坯壳厚度的测定，得到了它们受电磁场影响的基本规律，分析了它们对铸坯表面质量的影响．结果表明：在电磁场的作用下，液相区内的金属温度趋于均匀，初始凝固点降低，初生坯壳变薄，铸坯表面质量明显改善．     

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.     

感生电流对软接触结晶器内磁感应强度的影响

利用有限元程序对矩形坯电磁软接触连铸结晶器内的电磁场和感生电流分布进行了模拟计算,研究了频率、结晶器材质电导率、结晶器结构等参数对结晶器上感生电流和结晶器内磁感应强度的影响以及感生电流对结晶器内磁场的影响.计算结果表明:电磁软接触连铸结晶器分瓣体上的感生电流产生的磁场对结晶器内部的磁场有十分重要的影响,合理利用感生电流可以增大结晶器内部的磁感应强度,达到节约能源的目的.在一定的频率段范围内,感生电流产生的磁场能增大结晶器内的磁感应强度,而超出这个范围,感生电流对结晶器内磁场的影响不够明显.在高频条件下,结晶器内的磁感应强度主要以外部线圈产生的磁场的透入为主;而频率较低时,有必要充分考虑和利用感...     

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·     

结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数学模型，在坯壳面表面边界条件中引入与气隙相关的传热模型修正平均热流量方程，研究了铸坯角部气隙对坯壳凝固行为的影响，模拟结果表明，铸坯角部形成的气隙流量显著地长低了坯壳表面的换热，使得铸坯偏角区成的为热节区，此热节区是铸坯凹陷，裂纹等缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

电磁软接触中电磁场的影响因素

为了提高铸坯的表面质量和结晶器的寿命,国内外很多学者对电磁软接触连铸技术进行了研究,研究表明电磁软接触连铸技术能有效的控制钢液的初始凝固过程,改善钢液的初始凝固状态,从而在高拉速的条件下生产出无表面缺陷的铸坯,提高成品率,节约能源。综述了电磁软接触连铸过程中结晶器结构、电源频率、感应线圈位置等工艺参数对磁场大小和分布规律,以及电磁场对弯月面变形规律的影响。     

组合式电磁连铸结晶器内夹杂物运动的数值模拟

采用数值模拟方法对组合式电磁连铸结晶器内夹杂物的运动轨迹和夹杂物在铸坯内的最终分布状态进行了模拟·对静磁场磁感应强度和两种磁场的不同相对位置对夹杂物分布状态的影响进行了分析·分析结果表明:随着静磁场磁感应强度的增强,夹杂去除率提高,皮下夹杂减少,铸坯内的夹杂物分布变得均匀;当静磁场由水口中心逐渐下移时,夹杂去除率降低,皮下夹杂增多,但对内部夹杂物的分布状态影响不明显     

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.     

软接触电磁连铸的实验研究

进行低熔点金属锡的软接触电磁连铸实验,考察拉坯速度、有无保护渣及电磁感应输入电流强度对铸坯表面质量的影响.结果表明,在无结晶器振动的情况下,随着拉速的增加,铸坯表面的质量降低.施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量.     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.     

软接触电磁连铸的实验研究

进行低熔点金属锡的软接触电磁连铸实验,考察拉坯速度、有无保护渣及电磁感应输入电流强度对铸坯表面质量的影响。结果表明,在无结晶器振动的情况下,随着拉速的增加,铸坯表面的质量降低。施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量。