连铸旋转电磁搅拌器电磁场分布数值模拟

以有限元分析法为基础,对连铸结晶器电磁搅拌过程进行了磁场数值模拟,结果表明：电磁场作用下结晶器纵向方向上低频磁场呈现两头大中间小的分布趋势,磁场的峰值出现在与搅拌器中心对应位置附近;电磁力由铸坯外表面向中心液芯处衰减;随着低频电流的增加,钢液中磁感应强度和电磁力增大,但磁感应强度和电磁力的分布不受线圈电流的影响;随着电源频率的增加,钢液中磁感应强度和电磁力减小,且磁感应强度和电磁力的分布不受电源频率的影响。     

结晶器电磁搅拌对高强齿轮钢大圆坯凝固行为的影响

结晶器冶金对于特殊钢连铸过程凝固与后续产品质量至关重要.以高强齿轮钢42CrMo以铸代锻φ650 mm特大断面圆坯连铸生产工艺为背景,基于三维电磁-流动-传热-凝固耦合模型,研究了结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring,M-EMS)器安装位置对大圆坯连铸结晶器冶金行为的影响.结果表明,结晶器铜管磁屏蔽效应导致搅拌器安装位置越低,搅拌效率越高;电磁搅拌可显著减轻因水口侧孔射流冲刷所造成的坯壳生长不均匀性、强化钢液过热耗散,也会不同程度地增强液面波动.搅拌器位置由330 mm下移至730 mm三个代表性工况下,钢液面最大波高差降低2.5 mm,坯壳凝固前沿最大冲刷速度增加0.069 m/s,铸流中心钢液过热耗散位置后移0.159 m,结晶器出口坯壳厚度极差降低1.1 mm.综合认为,搅拌器安装位置在弯月面下约530 mm 时,既有利于控制合适的液面波动与坯壳生长均匀性以改善铸坯表面质量,也有利于因钢液过热耗散促进等轴晶形成而提高大圆坯的中心质量.     

行波磁场减速模式对板坯连铸结晶器内传输行为的影响

高拉速高质量连铸生产是当前钢铁冶金领域中绿色低碳发展的重要路径。基于汽车板生产用1000mm×230mm断面连铸板坯结晶器内的钢水传输行为研究,探究一种行波磁场减速模式(EMLS)对水口侧孔射流及其钢坯质量的影响。根据电磁热流体与凝固传输理论建立了三维耦合数值模型,利用电导率等效法测试装置测量电磁力校验了模型的准确性,并提出了电磁控流作用下的结晶器综合冶金性能评价依据。结果表明,EMLS电磁力在结晶器宽面两侧呈大小相等、方向相反分布,最佳工作频率为4 Hz,其电流强度对电磁力的影响起主导作用。指出,当前浇铸条件下EMLS的最佳减速电流为200 A。此时,电磁力方向具有指向水口两侧出钢口且略微向下的特征,可以较好地控制其侧孔射流对初凝坯壳的冲刷强度,同时也避免了电磁力作用下弯月面波动过大和钢液冲击深度加深的问题。综合表明,合理利用行波磁场减速控流有望较好地解决当前常见的结晶器液面卷渣和凝固钩对夹杂物与气泡的捕捉,从而有利于提高后续IF钢冷轧板的表面质量。     

组合搅拌模式对连铸特殊钢大方坯凝固行为的影响

组合搅拌模式是控制特殊钢铸态组织与均质性的重要手段。为深入揭示连铸结晶器电磁搅拌(Moldelectromagnetic stirring,M-EMS)和凝固末端电磁搅拌(Final electromagnetic stirring,F-EMS)的复合作用行为,基于麦克斯韦方程和低雷诺数湍流模型建立断面250mm×280mm的20Cr Mo A齿轮钢大方坯连铸过程电磁-流动-传热与凝固三维耦合数值模型。基于实测M-EMS中心线磁感应强度及F-EMS作用下的铸态组织白亮带宽度验证模型的可靠性。研究结果表明,M-EMS促使结晶器区域钢液产生水平旋流并冲刷凝固前沿,加强钢液和凝固坯壳的换热,可使钢液过热完全耗散及其凝固终点位置不同程度地前移,促进柱状晶向等轴晶的转变(Columnar to equiaxed transition,CET),从而可实现F-EMS作用区域为中心等轴晶区。组合搅拌作用下铸坯末搅区域液相穴宽度减小,糊状区内钢液对凝固前沿的冲刷速度降低,从而不易产生常见的负偏析白亮带缺陷。碳偏析检测结果表明,M-EMS可能造成大方坯出现一定程度的皮下负偏析和CET转变区的正偏析,但其中心偏析和铸态碳极差可获得明显改善。综合表明,合理的组合搅拌模式可有效改善特殊钢大方坯铸态组织的均质性,进而提高其轧材产品的热处理与服役性能。     

方、圆坯高速连铸结晶器内壁的理想纵断面曲线和锥度曲线

针对结晶器锥度设计必须考虑结晶器的热膨胀和凝固壳的收缩,理想的结晶器应能够完全适应凝固壳的收缩,使凝固壳与结晶器既紧密接触、又不发生干涉的问题,根据方、圆坯结晶器内凝固壳收缩的特性,推导出高速连铸方、圆坯结晶器内壁的纵断面曲线和锥度曲线的设计计算公式。这些公式明确地反映了浇注钢种、冷却条件和拉坯速度的影响。结晶器的纵断面曲线由从结晶器上口至钢液液面附近的直线段和其下部的曲线段相切组成,锥度连续变化,消除钢液液面脉动的影响。在钢液液面附近,结晶器的纵断面曲线非常接近于抛物线。用这些公式为某厂设计的154.5 mm×152.5 mm结晶器,拉坯速度达到了3.1 m/min,超过了设计要求的2.7 m/min。     

连铸电磁搅拌技术的应用

介绍电磁搅拌技术在连铸中的应用。该技术通过电磁力控制铸坯凝固过程中的钢水流动,改善铸坯的结构,提高铸坯质量与轧材性能。     

异形坯连铸结晶器中钢液三维流场分析

建立了异形坯连铸过程中结晶器内部钢液三维湍流模型 ,研究了不同水口形式对流场的影响     

基于拉坯阻力的板坯连铸结晶器漏钢预报

介绍了板坯连铸结晶器拉坯阻力在线监测的功率法原理,拉坯阻力异常特征提取及在连铸漏钢预报中应用的研究.拉坯阻力在线监测的功率法具有简单有效、实用性强的特点.基于功率法的原理,建立了板坯连铸结晶器拉坯阻力在线监测系统.随后研究了拉坯阻力时域异常特征的提取及在连铸漏钢预报上的应用.在对漏钢事故前拉坯阻力时域异常特征分析总结的基础上,针对两种异常特征模式--尖脉冲和斜坡设计了两种特征提取算法--幅值变化判断法和改进的过零率判断法,仿真结果证明了算法的有效性.     

1214Bi易切削钢冶炼连铸工艺优化

通过对1214Bi易切削钢采用:1.C、Mn、S等成分控制优化;2.稳定出钢终点C、降低出钢温度、出钢前渣面喷碳还原等冶炼工艺优化;3.优化冷却工艺、提高结晶器振动频率、降低拉速等连铸工艺优化。降低了成本,改善了铸坯质量,提高了铸坯可轧制性。     

低碳微合金钢中厚板表面裂纹形成原因分析

分析了中厚板表面裂纹形成的原因.结果表明:中板表面裂纹是连铸坯表面裂纹的遗传,连铸结晶器内坯壳不均匀是导致裂纹产生的根本原因.通过降低C含量、更换镀层结晶器等措施,取得了良好的效果.     

磁力磨削管道内壁转子磨具研究

为了有效地去除细长不锈钢管道内表面的氧化皮并减小其表面粗糙度值,设计了一套既具有较大导磁性又具有很强磨削能力的转子磨具。该转子磨具在外部旋转磁场的带动下,在工件内腔旋转并做轴向运动,为由于本身特殊性不易做高速旋转运动的细长类零件提供了一种行之有效的加工方法。本文在转子磨具磁力磨削加工的基础上,利用Ansoft软件建立了该实验装置的2D瞬态场模型,得到了其磁力线分布、磁感应强度分布和模型的电磁转矩曲线。通过对转子磨具电磁转矩的模拟结果与切削力矩的理论计算对比,验证了该转子磨具具有很强的切削性能,可有效的去除工件内壁氧化皮并减小了其表面粗糙度值。     

特大圆坯浇铸水口及结晶器内流场的研究

为提高特大断面连铸圆坯的质量,提出了一种新型旋流浇铸水口。针对直径1000mm特大圆坯,通过应用计算流体动力学和传热学原理,利用有限元工程仿真平台,对结晶器内的钢液流动和凝固传热情况进行了耦合数值分析,并对液面波动情况进行了仿真。通过模拟分析,得到了合适的水口结构参数及浇铸工艺参数,为实际生产提供了参考。     

软接触电磁连铸铝制结晶器的改进

通过增加硅钢片改造了电磁连铸铝制结晶器,测定了改造后结晶器内的磁场分布;应用改造后的结晶器进行软接触电磁连铸制备了7050铝合金锭,研究了铸锭的凝固组织及溶质分布情况.结果表明:改造后的结晶器内磁场显著增强,结晶器内磁感应强度在同一高度上角部的最大,短边中心的次之,长边中心的较短边中心的稍弱,平面中心的最小,各点的磁感...     

基于ANSYS的电磁流量计建模研究

励磁系统是电磁流量计的关键部分,励磁方式和励磁参数的合理设置对电磁流量计的性能有重大影响.以前由?乏电磁流量计模型,开展相关研究非常困难,因此电磁流量计建模一直受到研究人员的关注.本文利用有限元方法建立?量计传感器场路耦合模型,根据有限元数值分析功能求解感应电势信号,模拟电磁流量计的动态性能.实验结果表明,模?真信号与理论波形近似,建立的模型有效.该模型可以作为研究励磁系统的辅助手段,提高研究效率.     

A numerical analysis of molten steel flow under applied magnetic fields in continuous casting

Although continuous casting process has highly developed, there still remain many problems to be considered. Specifically, two vortex flows resulting from impingement against narrow walls make a flow field unstable in a mold, and it is directly related to internal and external defects of steel products. To cope with this instability, EMBR (Electromagnetic Brake Ruler) technique has been lately studied for the stability of molten steel flow, and it is revealed that molten steel flow in a mold can be controlled with applied magnetic field. However, it is still difficult to clarify flow pattern in an EMBR caster due to complex correlations among variables such as geometric factors, casting conditions, and the place and the intensity of charged magnetic field. In the present study, flow field in a mold is focused with different conditions of electromagnetic effect. To accurately analyze the case, three dimensional low Reynolds turbulent model and appropriate boundary conditions are chosen. To evaluate the electromagnetic effect in molten steel flow, dimensionless numbers are employed. The results show that the location and the intensity of the applied magnetic field significantly influence the flow pattern. Both impingement and internal flow pattern are changed remarkably with the change of the location of applied magnetic field. It turns out that an insufficient magnetic force yields adverse effect like channeling, and rather lowers the quality of steel product.     

外加磁场对高速GMAW电弧和熔池行为的主动调控效应

在熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)过程中,当焊接速度超过临界值后,焊缝成形变差,出现咬边和驼峰焊道,无法满足生产要求。研究证明,熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因。自主研发外加磁场发生装置,向熔池施加横向电磁力,对后向液体流进行主动干预,并调控熔池流态,从而抑制驼峰焊道的形成。在Q235低碳钢板上开展焊接工艺试验,获得了不同磁感应强度下的焊缝表面成形;采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧和熔池图像,分析外加磁场对电弧形态、熔池流场和焊缝成形的影响规律,初步揭示外加磁场抑制驼峰焊道的机理。试验结果表明,外加横向磁场能明显调控熔池流态,减小后向液体流的动量,并能有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷,显著改善焊缝成形,提高临界焊接速度。     

Electromagnetic inspection of a two-phase flow of GaInSn and argon

In the continuous casting process, an adequate control of liquid steel flow through the submerged entry nozzle is essential for maintaining steel cleanliness and ensuring good surface quality in downstream processing. Monitoring the flow in the nozzle presents a challenge for the instrumentation system because of the high temperature environment and the limited access to the nozzle in between the tundish and the mould.In this paper, the distribution of a two-phase liquid metal/gas flow is studied by using a liquid metal laboratory model of an industrial steel caster and an inductive sensor array. The experiments were performed with the liquid eutectic alloy GaInSn as an analogue for liquid steel, which has similar conductive properties as molten steel and allows the measurements at room temperature. A scaled (approx. 1:10) experimental rig consisting of a tundish, a stopper rod, a nozzle and a mould was used. Argon gas was injected through the centre of the stopper rod and the behavior of two-phase GaInSn/argon flows was studied.The electromagnetic system used in the experiments to monitor the behavior of two-phase GaInSn/argon flows consists of an array of 8 equally spaced inductive coils arranged around the object, a data acquisition system and a host computer. The present system operates at 10 kHz and has a capture rate of 10 frames per second.The results show clearly that the injection of the argon gas is distinguishable from the single phase flow by observing the appearance of oscillation patterns. These oscillations become more dominant with the increase of the argon flow. In some cases two main oscillation patterns were present in the raw signals. In general, the signals and the reconstructed void fractions in the nozzles are highly correlated with the observed oscillations of the level height in the mould and the pressure in the nozzle.     

小方坯连铸电磁搅拌流场和温度场三维耦合数值分析

应用磁流体力学MHD（Magneto hydro dynamics）的基本原理,建立了钢水在洛仑兹力作用下流场和温度场三维耦合分析数学模型。依据错列网格法SIMPLE（Semi-implicit method for pressure linked equation）和有限控制容积法,开发了相应的分析软件。就小方坯电磁搅拌洛仑兹力的分布规律、搅拌范围、拉坯速度以及浇注温度对流场和温度场的影响进行分析。     

外加高频磁场下电弧快速成形过程的电磁-流体耦合数值模拟

外加电磁作用是改善电弧快速成形零件组织和性能的有效方式之一。为了揭示高频磁场对熔池传热、对流和形态的影响机理,采用有限元电磁计算和有限体积流体分析耦合的方法,建立电磁场、熔池温度场和流体流动场分析的三维模型,分析工件和熔池中高频电磁力/热的分布特征,研究高频电磁力与表面张力、电弧力以及熔滴冲击共同作用下的熔池表面动态变形,对比分析有/无外加高频磁场情况下熔池温度分布和流体流动模式上的差异,并由此预测外加高频磁场对凝固组织和熔池形态的改变。结果表明,高频电磁力驱动熔池流体在垂直焊接方向的平面内形成单漩涡旋转对流,有利于熔断枝晶细化晶粒,熔池表面形状向远离线圈一侧倾斜,熔宽增大。金相和焊道横截面测试证实了上述模拟结果。