电磁结晶器内钢液面高度变化对电磁力分布的影响

通过建立软接触电磁结晶器内钢液所受电磁力计算的三维有限元数学模型,模拟分析了结晶器内钢液面高度变化对钢液所受电磁力分布的影响.结果表明:钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向的最大值出现在钢液面以下5-6mm处.当钢液面在线圈中心以上5mm处时,钢液所受电磁力达到最大值.当钢液面高度在线圈中心与线圈高度3/4之间时,钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向上的最大值变化幅度不大;但当钢液面高度高于线圈3/4处对应高度后,随钢液面升高,电磁力大幅度衰减.因此,欲使钢液柱侧面受到的电磁力大且波动小,则结晶器内钢液面高度应控制在线圈中心与线圈高度3/4之间.     

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅱ)——结构参数和操作参数的影响

系统地研究了三维圆坯连铸结晶器内磁场分布,分别考察了结晶器切缝长度、切缝宽度、切缝数和结晶器壁厚等结构参数,钢液液面高度、电流强度等操作参数对结晶器内磁场分布的影响.切缝长度从130mm增加到220 mm,磁感应强度最大值从0.056 T增加到0.071 T;切缝宽度从0.3 mm增加到1.1 mm,磁感应强度最大值从0.058 T增加到0.089 T;切缝数从8增加到32,磁感应强度增加明显,32后不再明显;结晶器壁厚从10 mm增加到19 mm,磁感应强度最大值降低近50%;钢液液面应该位于线圈中心位置从而获得最大磁感应强度;磁感应强度最大值随电流强度线性增加.     

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.     

基于亥姆霍兹线圈电磁制动装置的结晶器内冶金行为研究

为解决连铸过程中钢液在结晶器内不合理的自由液面流速所导致的板坯表面缺陷问题,根据现有电磁制动装置特点,提出一种新型的基于亥姆霍兹线圈的电磁制动装置,建立了板坯结晶器三维数学模型,研究了磁感应强度对结晶器内流场和温度场的影响以及拉坯速度与电磁制动效率之间的关系。结果表明,亥姆霍兹线圈能在覆盖区域形成均匀稳定的磁场,有效抑制射流冲击深度,降低钢液自由液面流速并使其控制在合理范围。同时,磁场的存在消除了结晶器下回流低温区,使得结晶器内温度分布更均匀。数值模拟结果所表征的冶金效果符合电磁制动装置的设计意图,能达到实时控制结晶器自由液面流速的效果。     

方坯软接触结晶器三维电磁场有限元计算

运用Galerkin有限元法对方坯软接触结晶器内三维交变磁场进行了数值模拟·计算表明:磁场主要集中在线圈和结晶器附近,磁感应强度在靠近线圈中心位置附近出现最大值,随后迅速衰减,但在结晶器出口处磁场又有所增强;空载结晶器内部的磁场分布比较均匀;切缝能增强结晶器内部磁场,减小结晶器铜壁的屏蔽;磁压力在周向上分布具有不均匀性,易造成铸坯凹陷     

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...     

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 .     

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.     

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.     

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.     

电磁控制下结晶器内流谱和夹杂轨迹的数值预测

对直线电磁铁作用下板坯连铸机结晶器内磁场、钢液流谱和夹杂物运动轨迹进行数值预测，并提出用壁面承受的剪应力的最大差值来标定液流对结晶器窄面凝固壳的冲击强度。结果表明，采用电磁控制（ＥＭＢ）时，结晶器内的钢液流谱能被有效地控制，水口钢液射流对结晶壁的冲击可大大减弱，源电流强度和线圈安放位置是决定控制效果的关键因素。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

恒稳磁场控制连铸结晶器内钢液流场热模拟实验

采用BiPbSn低熔点合金和硅油分别模拟钢液和保护渣,在实验连铸机上,对全幅双条恒稳磁场作用下的连铸结晶器水口区域的流场进行了热模拟实验研究·结果表明:电磁场对结晶器水口区域流场和水口出流流股的控制能力取决于磁感应强度和拉坯速度·磁感应强度大,拉坯速度高,控制效果好;反之,控制效果差·因此,结晶器流动控制技术更适合于高拉速的场合,而且磁感应强度不应低于某一定值