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.     

软接触电磁连铸技术的研究进展

讨论软接触电磁连铸的原理,分析在软接触电磁连铸过程中磁场分布特性、电磁连铸结晶器设计、软接触电磁连铸工艺参数和电磁参数对铸坯表面品质的影响.并提出该技术研究中还需进一步研究的关键问题.     

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.     

电磁软接触连铸工业实验用结晶器结构

本文比较和分析了现有超音频电磁软接触连铸结晶器的不同结构及其工业应用存在的问题,同时介绍了宝钢切缝式电磁连铸结晶器的研究工作.     

钢的软接触电磁连铸结晶器的研究进展

介绍了电磁连铸的基本原理，重点分析了钢的软接触电磁连铸结晶器的工作特性及结构特点。软接触结晶器分为切缝式和无缝式2种。对于切缝式软接触结晶器，讨论了其在冶金试验中的优缺点，并具体分析了切缝数及切缝宽度对冶金效果的影响。对于无缝式软接触结晶器，在材质选择和冶金特点方面作了详细说明。提出了制作透磁率高，冷却效果好且结构简单的新型无缝式软接触结晶器的思路。     

电磁连铸复合结晶器内钢液流场的数值模拟

采用数值模拟方法分析了电磁连铸复合式结晶器内的流场。对静磁场磁感应强度不同时组合磁场下的流场进行了比较,在此基础上,分析了电磁连铸复合式结晶器的工作原理。分析结果表明：电磁连铸复合式结晶器不仅具有电磁制动和软接触两种功能,而且能够控制弯月面区域的速率,使其保持在合适的范围内,从而有效地防止了电磁制动结晶器在需要较大制动强度时对弯月面制动过死及软接触结晶器弯月面波动剧易引起卷渣的弊端。     

两段式软接触电磁连铸结晶器内弯月面形状的预测

通过理论分析,得到软接触电磁连铸结晶器内部金属液弯月面形状的计算公式,并根据试验结果进行了修正,修正后的公式可较准确地计算两段式无缝结晶器内部金属液的弯月面形状.178 mm两段式结晶器内钢液的弯月面形状计算结果表明,弯月面高度随电源功率和上半段电阻率的增加而增大,随电源频率和结晶器壁厚的增加而减小.通过选择合理的电磁参数和结构参数,利用两段式结晶器有实现软接触电磁连铸的可能性.     

软接触电磁连铸的数值模拟和实验分析

结合软接触电磁连铸的准三维场数值模拟和金属Ｓｎ的连铸实验,分析了软接触电磁连铸中结晶器分辨结构和感应圈位置、尺寸、电流对铸坯表面磁通密度。产力和电磁压力的影响。结果表明：软接触结晶器中的磁通密度随切缘数的增加而上升,但增幅渐小;铸坯表面在切缝处因微通密度增大而产生纵向凹痕;结晶器的切缝数以１２－２０,切缝宽度以０．５－１．０ｍｍ为宜;感应圈的高度应覆盖铸坯的初凝固区段,感应圈的位置应使其顶端与铸坯     

电磁冶金技术研究新进展

电磁冶金技术是高品质钢生产的必备手段。本文综述了近年来电磁冶金技术的发展,围绕连铸的全流程,包括中间包电磁净化钢液、水口控流、结晶器内电磁搅拌和电磁制动等磁场控制流场、电磁软接触结晶器连铸、电磁场调控凝固组织、电磁场下固态相变及组织控制在内各方面,阐述了电磁场作用的机理,分析了应用电磁场技术的原理和特点,在电磁场控制流场领域提出了多模式定制磁场的概念,以满足高品质钢连铸中复杂状态的要求。在静磁场控制凝固组织领域提出应用强磁场热电磁力的新原理,并指出电磁冶金技术的发展需结合大数据的人工智能以更好发挥作用。     

圆坯电磁软接触连铸系统能耗和磁场特性的模拟

建立了电磁软接触连铸系统能耗分析模型,采用有限单元法,数值模拟了电磁软接触连铸结晶器内的磁场特性和系统功率分布,讨论了频率和线圈电流强度对磁场分布和系统功耗的影响。结果表明,在中间切缝结晶器连铸系统中有59%~65%的电能损失在了结晶器中;铸坯外表面纵向上的最大磁感应强度出现在液面以下5.5mm附近;结晶器内的磁感应强度与线圈电流成正比;在频率为10kHz~100kHz范围内,增加频率,结晶器内的磁感应强度逐渐降低;线圈电流强度不影响磁场的周向均匀性,在频率为20kHz时,磁场周向均匀性较好;系统能耗与线圈电流的平方成正比,频率增加,系统能耗显著增大,相同磁感应强度下,50kHz时所需系统功率为20kHz时的165%。对于178mm圆坯电磁软接触连铸系统,建议采用20kHz的频率。     

高频电磁场对15CrMo连铸坯表面质量和等轴晶率的影响机理

采用小线圈法对结晶器内的磁场分布进行了测量,并对结晶器内磁场,电磁力和钢液流速分布进行了数值模拟.在实验室连铸机上进行了合金结构钢15CrMo的连铸实验,对连铸坯表面形貌进行了观察与分析.提出了高频电磁场对连铸坯质量影响的机理:施加高频电磁场后,保护渣通道拓宽,铸坯与结晶器壁间的渣道动压减小,有效地抑制了铸坯表面振痕的产生;受电磁场Joule热以及保护渣热阻增加的影响,已结晶同相的温度梯度减小,柱状晶生长受到抑制.此外,实验测量和数值模拟结果表明,由于磁场在拉坯方向分布不均匀,在弯月面区域形成上,下2个,,向相反的涡流,钢液环流造成固/液界面前沿液柑的温度梯度减小,有利于形成成分过冷而获得发达的等轴晶组织.     

板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动及流动行为的数值模拟

建立了板坯电磁连铸结晶器内钢/渣界面波动行为的三维数学模型,利用数值模拟方法研究了磁场与流场耦合作用下不同工艺参数和电磁参数对结晶器内钢/渣界面波动行为及流场的影响,通过VOF方法对不同条件下的钢/渣界面进行捕捉,讨论不同磁极位置、水口倾角、拉速及线圈电流强度对结晶器内钢/渣界面波动行为和流动的影响。模拟结果表明：电磁制动的施加可以显著降低钢/渣界面波高,减小射流对结晶器窄面的冲击。拉速和水口浸入深度恒定时,磁极位置和水口角度直接影响结晶器内流场形式：当[P＝]40 mm时,增加线圈电流可以降低结晶器内钢/渣界面波高和表面流速,从而减小由液面波动引发卷渣的概率;当磁极距离水口较远时[（P＝]80 mm）,随着线圈电流强度的增大,水口射流的冲击方向向上偏转,引起上回流的流动强度增强,导致钢/渣界面波高增加,增大卷渣发生的概率。     

电磁搅拌对液态夹杂物聚并及去除行为的影响规律

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,基于大涡模拟理论及欧拉-拉格朗日方法,对CSP结晶器内的多相流动及夹杂物碰撞聚并及去除行为展开深入分析。结果表明,电磁搅拌加剧了钢液在结晶器中的湍流强度,并促使更多夹杂物聚并上浮至渣金界面。并且,由于水平方向流速较大,钢液射流被限制在了电磁搅拌区域,显著降低了钢液射流深度,有利于夹杂物上浮。此外,由于电磁力的存在加剧了渣金界面波动,容易造成卷渣,因此,电磁搅拌对夹杂物的去除影响是双向的,既会提升内生夹杂物去除率,也会增加外来夹杂物的卷入风险。本模型对控制CSP结晶器连铸过程具有一定指导意义。     

EMBr对高拉速薄板坯钢水动态行为影响的模拟

在高拉速薄板坯的生产工艺研究中,结晶器内钢水流场是决定坯壳均匀性、液面卷渣概率等铸坯质量问题的关键因素。EMBr能够显著改变钢水流场,是改善这些问题的关键工艺技术。因此,对结晶器内钢水流场的模拟、分析与优化是必不可少的工作。以往的研究中,相关的数据与理论指导较少,针对薄板坯无头轧制产线,高拉速连铸机的分析与研究更鲜有报道。因此基于该高拉速连铸机,采用数值模拟方法获得了结晶器内不同电磁制动电流强度的磁感强度分布。采用电磁与多相流耦合模式,针对不同磁感强度条件下的结晶器钢水流场分布与液面形貌进行了仿真模拟,并分析了电磁制动对液面波动的影响。结果表明,基于固定的工况环境,电磁制动电流值为175 A时钢水流场分布均匀,钢水液面流速相对最低,最高流速约为0.6 m/s,同时液面高度差与剪切角相对最小。该条件最有利于减少因坯壳不均或液面卷渣造成铸坯缺陷的概率。电流值225 A相比125 A时,钢水液面位置磁感强度仅提高0.02 T,液面到达稳定时间仅缩短约1 s。因此存在综合评判下的最优电流值。     

Applying MHD technology to the continuous casting of steel slab

The application of magnetohydrodynamics (MHD) in the continuous casting process started with the electromagnetic stirring of the stand pool with a traveling magnetic field. It has now advanced to the electromagnetic stirring of molten steel in the mold and the control of molten steel flow by an in-mold direct current magnetic field brake. These applied MHD techniques are designed to further improve the continuous casting process capability. They improve the surface quality of cast steel by homogenizing the meniscus temperature, stabilizing initial solidification, and cleaning the surface layer. They also improve the internal quality of cast steel by preventing inclusions from penetrating deep into the pool and promoting the flotation of argon bubbles. Applied MHD technology is still advancing in scope and methods in addition to the improvement of conventional continuously cast slab qualities. The continuous casting of bimetallic slab by suppressing mixing in the pool is one example of this progress.     

REVISED κ -ε TURBULENCE MODEL IN ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING OF MELT

The research is motivated by the ongoing the electromagnetic continuous casting of molten metal. The revised k-ε model considering the effect of magnetic field application was derived. The specific model equations for the electromagnetic braking were used to calculate the velocity distribution in the continuous casting mold of steel. The results show that the revised k-ε model considering the effect of magnetic field application tends to suppress the production of turbulence and difference between the conventional and revised k-e model is small.     

连续铸钢结晶器温度场的试验研究及其数值模拟

连铸钢坯过程中,结晶器处于高温钢液和高速冷却水的综合作用下,结晶器温度场的合理分布是保证连铸正常进行的关键.为得到结晶器内壁界面温度分布规律,设计了模拟结晶器工作过程的试验装置,进行了动态水流和静态水流对结晶器壁温度影响的测试试验.结果表明,结晶器内壁温度趋近于冷却水温度.结合试验数据推导了结晶器界面等效导热系数,用等效导热系数处理钢液与结晶器内壁的边界传热,对连铸钢坯结晶器温度场进行数值模拟,模拟结果与有关研究结果符合.     

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。     

2.05 m/min高拉速低碳钢FC控流结晶器的应用

板坯高速连铸因具有减少设备投资、增产增效和降低物料消耗的优势而受到越来越多的关注。为解决低碳钢浇铸周期与精炼周期的匹配问题和进一步提高生产效率,某钢厂开展了结晶器电磁制动参数优化的高速连铸工艺技术研究,施加磁场后,随着上线圈电流由模式A增加到模式C,结晶器表面的钢液流速由0.35 m/s减小至0.21 m/s,结晶器内上部流场流速减弱,在高拉速下可明显起到降低表面流速的作用,随着吹氩流量从12 L/min增加至20 L/min,钢液表面流速增加,随着水口浸入深度的增大,结晶器内的流场形态变化不明显,2.05 m/min拉速下夹杂物指数较1.8 m/min拉速夹杂物指数明显降低。