钢的软接触电磁连铸技术

介绍了软接触电磁连铸技术并分析了其作用原理,该技术可有效提高铸坯的表面质量,着重分析探讨了工业上实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的关键问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场电磁连铸技术和无结晶器振动的电磁连铸技术.     

软接触电磁连铸技术的研究进展

介绍了软接触电磁连铸技术及其原理,该技术可有效提高铸坯的表面质量,着重分析了实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场及无结晶器振动的电磁连铸技术.     

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.     

电磁旋流水口连铸技术研究进展

电磁旋流水口技术作为一种全新的结晶器控流技术,其应用情况逐渐被各钢铁企业关注。围绕近几年来电磁旋流水口技术的研究成果,总结和分析了此技术对结晶器内流场和温度分布的影响规律、可供选择的设备结构以及在工业应用中的冶金效果3个方面。电磁旋流水口技术对连铸坯质量的提升效果与结晶器电磁搅拌相当。与结晶器电磁搅拌协同作用后,可进一步细化连铸方、圆坯的凝固组织,减轻宏观偏析缺陷。各钢铁企业可根据实际现场情况,选择不同结构的电磁旋流装置,并配合优化后的水口结构,以满足生产不同钢种连铸坯的质量要求。     

励磁电流对结晶器内磁场和电磁力的影响

利用建立的软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场计算数学物理模型,模拟分析了高频磁场励磁电流密度在2.2×106～1.32×10A/m2之间变化时,对结晶器内磁感应强度和钢液内电磁压力的影响.结果表明,提高励磁电流密度,可以有效地提高结晶器内初始凝固区域的磁感应强度和电磁压力,但同样会使钢液或铸坯表层的磁感应强度和电磁压力在同一高度的周向上分布的不均匀性增加,切缝附近明显高于分瓣体中心;同时励磁电流密度增加,电磁压力沿结晶器高度方向的变化梯度随之大幅度增加,均匀性下降.为保证铸坯质量,应控制励磁电流密度在合适范围内.     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

电磁场技术在冶金领域应用的数值模拟研究进展

电磁场是控制冶金及材料制备过程中传热、传质、流体流动及金属凝固等物理化学变化的重要手段,对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。本文主要综述了近些年来电磁场在冶金过程中典型应用技术的数值模拟研究进展,包括电磁热在电磁出钢技术和中间包感应加热中的应用,电磁力在电磁旋流水口连铸技术、软接触电磁连铸技术、中间包电磁冶金技术等中的应用以及电磁力对金属凝固组织的影响与控制,综合利用电磁热和电磁力的冷坩埚合金熔铸技术等。通过数值模拟的方法可以准确掌握冶金和材料制备过程中电磁场的作用规律,进而预测、分析、优化冶金过程,这对电磁冶金新技术的推广应用至关重要。     

一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用

总结了板坯连铸结晶器中电磁制动技术的发展、研究状况以及冶金效果。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动、稳定弯月面、减少卷渣现象,有利于结晶器内夹杂物的上浮及去除,从而提高铸坯的质量,且为提高铸坯拉速创造了条件。结果表明电磁制动的影响因素有板坯宽度、浇注速度、浸入式水口（SEN）的形状等。     

二冷电磁搅拌下板坯连铸机内流动和凝固行为

二冷电磁搅拌(S-EMS)是板坯连铸生产中重要的电磁冶金技术。采用数值模拟方法研究了二冷电磁搅拌对板坯连铸机内钢液流动和凝固的影响。数值结果表明,二冷区电磁辊产生的磁场主要集中在电磁辊附近。二冷电磁搅拌对结晶器钢液的流场影响不明显,对二冷区凝固坯壳的厚度影响也不明显。当上下两对电磁辊的电流方向相反时,二冷区流场呈三环式;当上下两对电磁辊的电流方向相反时,二冷区流场呈双蝶式。     

全幅二段电磁制动连铸复合钢坯的模拟研究

根据电磁连铸生产复合钢板的工艺原理，建立了一个数学模型来分析该工艺过程结晶器内两种异质钢液流动及分布特征。采用低Reynolds数湍流模型计算湍流参数，并以虚拟凝固壳来代替实际的凝固计算。根据对模拟结果的分析，提出了采用全幅二段恒稳磁场控制流动的方法。与文献中的实验结果对比证明了模型的可靠性。     

连铸坯振痕形成机理及电磁控制技术

综述连铸坯振痕形成机理，特别介绍了最近提出的一种新的振痕形成机理，认为连铸过程中结晶器振动导致初始凝固坯壳的“温度波动”是铸坯表面振痕形成的一个重要原因。为减轻振痕，改善连铸坯表面质量，介绍了多种振痕控制技术和最近提出的两种电磁连铸新技术：调幅磁场耦舍结晶器振动的电磁连铸技术和调幅磁场下无结晶器振动的电磁连铸技术。     

行波磁场旋转搅拌对板坯结晶器内冶金行为的影响

基于电磁热流体与凝固传输理论建立了无间隙原子(IF)钢板坯连铸的三维耦合数值模型,研究了不同拉速下行波磁场旋转搅拌(EMRS)对2 150 mm×230 mm断面板坯结晶器内电磁场、流场、传热与凝固等冶金行为的影响,提出了行波磁场旋转搅拌对结晶器冶金性能影响的多参量评价方法。结果表明,EMRS作用下搅拌器中心横截面上磁感应强度和电磁力的最小值都出现在铸坯中心且电磁力矢量出现了6个涡心。当拉速从0.84 m/min提高到1.84 m/min时,结晶器内液面速度增大,在搅拌器中心横截面位置处,电磁力的涡数量由6个减少至4个。随着拉速增大,宽面凝固前沿最大冲刷速度、窄面附近最大液面波高及钢液冲击深度均增大,而窄面凝固前沿最大冲刷速度和结晶器出口坯壳厚度随拉速增大而减小。     

电磁制动下薄板坯结晶器内钢液流动优化

电磁制动对结晶器内钢液流动具有显著影响,为明确电磁力对高拉速薄板坯结晶器内流场分布的影响规律,建立了薄板坯电磁连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,利用数值计算方法研究磁场与流场耦合对钢液的流动影响。模拟结果表明,五段式电磁制动技术产生的恒稳磁场可以显著抑制钢液湍流流动,降低弯月面波动,且具有稳定钢渣界面的作用;通过研究高拉速与制动力的产生关系,揭示了由线圈产生的磁感应强度与不同拉速的匹配程度。     

磁场频率对软接触结晶器内磁感应强度分布的影响

采用ANSYS有限元软件对软接触电磁连铸结晶器内电磁场进行了三维数值模拟,分析了高频磁场频率在5～40 kHz变化对结晶器内磁感应强度分布的影响.结果表明,适当提高电磁场频率,可以提高结晶器内钢液的磁感应强度,但当频率高于20 kHz后,频率提高,磁感应强度提高不大;高频磁场频率变化对铸坯表面磁感应强度沿高度方向上的最大值所在位置影响不大,均出现在钢液面下5～6 mm处,但电磁场频率升高会使磁感应强度沿结晶器周向上的不均匀性增加,高频磁场频率以20 kHz为宜.     

颗粒增强铝基复合材料的电磁连铸研究

用原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/Al颗粒增强铝基复合材料,在半连铸过程施加低频交变电磁场进行搅拌,改善增强颗粒在基体内的分布状态,并在结晶器初始凝固区域施加高频电磁场实现软接触连铸以改善铸坯的表面质量.SEM分析显示:施加电磁搅拌后凝固组织致密,颗粒增强相的数量增加,颗粒细化、分布趋于均匀.施加的高频磁场使得单纯使用电磁搅拌产生的表面粗糙现象消失,铸坯表面质量显著改善.     

铝合金电磁连铸技术的基础研究

研究在冷坩埚式结晶器外施加中频电磁场对铝合金连续铸造铸锭表面品质的影响，通过测量结晶器内的磁场分布确定了铝合金电磁连铸的基本工艺参数；研究结果表明，采用在结晶器壁开缝的方法可以有效的提高结晶器内的磁感应强度；当本工艺开缝数在12－18年条件下，磁场分布基本均匀，施加中频电磁场可有效地消除偏析瘤，明显地改善连铸坯的表面品质。     

电磁连铸系统磁场的数值模拟及试验研究

以电磁场理论为依据，建立了电磁连铸成型系统的物理和数学模型，用小线圈法实测了不同电源功率时系统内的磁场强度，得出了结晶器内磁场的分布规律；并且进行了铝合金电磁连铸的成型试验，研究了工艺参数对铸锭表面质量的影响；用有限元法数值模拟了感应线圈位置以及感应线圈与结晶器间距对成型系统内磁感应强度和分布的影响。结果表明：磁感应强度的最大值位于感应线圈的中心位置；感应线圈与结晶器间的距离增大，磁感应强度明显减小，5～10mm的间距对电磁连铸过程较为有利。研究结果表明合理设计电磁连铸系统有利于得到分布合理的磁场，提高电源效率，确定合理的工艺参数可以保证电磁连铸的顺利进行并有利于改善铸坯的内外部质量。     

板坯结晶器钢液流动电磁控制技术

板坯结晶器内钢液流动会影响铸坯的质量,控制和优化结晶器内钢液流动对于提高铸坯质量具有重要意义.电磁控制技术已经成为控制和优化结晶器内钢液流动的重要技术.论述了结晶器内钢液流动对铸坯质量的影响,并介绍了结晶器内钢液流动的电磁场控制技术和特点,以及在钢厂的应用.     

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。