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．

软接触结晶器电磁连铸中磁场的均匀化

研究了屏蔽片对软接触结晶器中磁场分布的影响，通过对磁场的测定和液态金属成形实验，找出了屏蔽片的不同尺寸对磁场分布影响的定量规律。结果表明，在不改变结晶器切缝数和宽度的条件下，通过加适当的屏蔽片，可使结晶器中磁场分布均匀化。

软接触结晶器电磁连铸技术的发展

介绍了软接触结晶器电磁连铸技术的基本原理 ,评述了该技术的发展过程 ,分析了在该技术研究中尚需解决的问题。作者认为 ,对于该技术的基本原理和规律的研究已较充分 ,但仍存在某些关键技术问题有待解决 ,为使该技术实用化 。

软接触结晶器电磁连铸技术研究现状

从磁场分布和结晶器设计、磁场对铸坯表面质量改善的机理、电磁场作用下结晶器内弯月面的行为、磁场施加方式的演变等几个方面,综合论述了软接触结晶器电磁连铸技术的发展现状,并指出了该技术未来发展过程中值得注意的几个方面。

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点．测定了金属Sn在连铸中的温度场、初始凝固点和坯壳厚度，得到了电磁场影响它们的基本规律.在数学模型中考虑了高频电磁场对金属传热凝固的以下影响：（1）对结晶器壁的感应加热；（2）对金属的加热；（3）电磁力推斥液体金属，减少金属与结晶器壁接触的影响，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，初始凝固点位置降低，初生坯壳厚度变薄，铸坯表面质量明显改善；在连铸Sn中，电磁场加热结晶器壁和电磁力减少金属与结晶器壁的接触，增加界面热阻，对连铸传热和凝固的影响。

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。

方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟,对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算.得到磁感应强度、电磁体积力、感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律.在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强,20000 Hz时约为10％;由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上,连铸坯表面所受的电磁体积力在横向较为均匀;当钢液面位于感应线圈中部时,沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强,然后逐渐降低.

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布

通过有限元数值模拟,研究了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置及液面位置对结晶器内部磁场的影响,分析了两段式结晶器的电磁场分布规律.结果表明:两段式结晶器的上半段越长或线圈位置越靠上,结晶器的透磁效果越好;液面位于线圈中心偏上20 mm时,内部磁场的作用效果最佳.在本研究条件下,两段式结晶器的透磁效果良好,磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液的弯月面区域.纵向磁场在结晶器上半段高度的范围内逐渐增强,在结晶器下半段高度的范围迅速衰减;周向磁场在钢液表面均匀分布;径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减.与切缝式结晶器比较,两段式结晶器内部磁场分布更均匀.

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.

软接触结晶器连铸实验与电磁场分析

软接触结晶器连铸准三维电磁场数值模拟，结合锡等低熔点金属的软接触连铸实验，分析了软接触结晶器连铸中电磁场频率及感应圈电流等与铸坯表面磁感应强度、电磁力及电磁压力的关系。

软接触电磁连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热

为了解高频磁场对软接触电磁连铸结晶器及初生坯壳传热行为的影响,用有限元二维数值模拟方法计算了软接触连铸过程中结晶器及初生坯壳的传热。得知在高频磁场(f=20 kHz)作用下,电磁场的感应加热会减少连铸初生坯壳的厚度、提高连铸坯的表面温度,并大幅度提高分瓣结晶器铜壁的温度。

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.

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题。根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程。计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度。计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求。

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.

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面研究

以低熔点合金Sn-32%Pb-52%Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟实验,研究在不同工艺参数下圆坯电磁软接触连铸结晶器内弯月面的变化规律。实验结果表明:圆坯中频电磁软接触结晶器内弯月面的变形沿周向上具有均匀性,在分瓣体中心处和切缝处弯月面高度相当,分瓣体中心处弯月面高度较切缝处稍低;随着电源功率增大,弯月面高度增大,弯月面波动加剧,这不利于获得表面质量良好的连铸坯,因此,在本研究的工况下将功率控制在30kW左右;当初始液面在线圈中心位置时,弯月面的高度最高,在拉坯过程中将自由液面控制在线圈中心高度附近;随着频率的增加,弯月面的高度几乎成线性关系减小,但弯月面区域的波动减小,在综合考虑弯月面高度和波动的前提下,实验使用的频率为2500Hz。

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

利用数值模拟研究了软接触电磁连铸中两段式无缝结晶器的传热及初生坯壳的厚度.结果表明:相同工艺条件下,两段式结晶器与传统结晶器相比,出口坯壳厚度减薄约0.4 mm,铸坯表面温度升高约2.5 K,初始凝固点下降约9 mm,有利于提高铸坯的表面质量.两段式结晶器上半段长度增加使凝固坯壳厚度略有降低,但将导致钢液对连接处的冲刷增大.在本研究条件下,考虑到安全生产的需要,结晶器上半段长度为120 mm是较佳的长度.两段式结晶器壁的传热计算表明,本研究条件下,结晶器的耐热强度满足安全生产的要求.

切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

模拟了切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果及内部钢液的凝固。结果表明:感应热在铸坯纵向上主要集中在切缝对应的位置,在径向上主要集中在约5mm厚的铸坯表层;施加感应热后,结晶器出口的凝固坯壳厚度减小约0.5mm,说明感应加热对铸坯冷却效果影响不大;高频磁场产生的感应热使结晶器热面温度提高了6K,结晶器冷面温度提高了3K,不会对结晶器的耐热强度造成较大的影响。

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的研究

以低熔点合金Sn-32Pb-52Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟试验,研究频率为1500Hz下不同液位、功率等参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明,中频感应电源产生的中频磁场相对于高频磁场具有较强的渗透能力,所以很容易通过分瓣体结晶器的切缝处而作用到液态金属上,并且只需要较小功率就能获得与高频磁场较大功率下的弯月面高度;随着电源功率的增加,弯月面高度也随着增大,同时也加剧了金属液表面的波动;试验时将线圈位置尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于弯月面形变的增大和弯月面稳定性的增强;在浇注拉坯时应使浇注液面尽可能的控制在感应线圈高度中心偏下的位置。

硬铝合金软接触电磁连铸矩形结晶器透磁性能模拟

以经典电磁场理论为依据,利用有限元软件ANSYS,系统地研究了三维矩形坯连铸结晶器内磁场分布规律。结果表明:矩形软接触电磁连铸结晶器角部存在明显的磁场叠加现象;硬铝合金液面处于线圈中心位置时可获得最大磁感应强度;当线圈与耐火材料的距离为5~10mm时,能获得最佳磁感应强度;采用不锈钢结晶器能获得更大的磁感强度,是5052铝结晶器的1.5~2.0倍。