电磁软接触结晶器连铸技术中初始凝固的基础研究

本文研究了电磁软接触结晶器连铸传热凝固特点。用金属Ｓｎ模拟钢液,测定了在 连铸过程中的温度场、初始凝固点在坏壳厚度,得到了电磁场对它们影响的基本规律,分析了他们对铸坏表面质量的影响。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。     

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。     

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.     

板坯连铸结晶器内钢液过热消除过程的数值模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热,分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响.结果表明,凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近,钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近;过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比;吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加;电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度,但对热流密度分布没有明显影响;吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高,冲击区域的热流密度分布没有明显变化.     

末端电磁搅拌电流强度对12Cr1MoVG铸坯内部质量的影响

采用Procast数值模拟软件计算了连铸生产[?]350 mm断面12Cr1MoVG高压锅炉钢的凝固传热过程,结合坯壳实际温度测定验证凝固传热模型,分析铸坯凝固演变过程,确定了末端电磁搅拌合理安装位置。通过试验对比获得了兼顾铸坯偏析及凝固组织均匀性、致密性的电磁搅拌工艺技术参数：结晶器电磁搅拌为350 A、2.4 Hz,末端搅拌为100 A、7 Hz,从而实现了铸坯内部质量的良好控制。     

3D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW FIELD AND TEMPERATURE FIELD IN A ROUND BILLET CONTINUOUS CASTING MOLD WITH ELECTROMAGNETIC STIRRING

建立了描述圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的三维数学模型. 采用有限元和有限体积结合的方法求解Maxwell方程组和湍流Navier-Stokes方程, 分析了结晶器电磁搅拌过程的磁场、流场、温度场和夹杂物轨迹特征, 并考虑了励磁电磁强度和频率的影响. 研究表明, 磁场模拟结果与现场实测数据一致, 电磁力在圆坯水平截面上呈周向分布. 钢液在结晶器纵截面内形成两对回流区, 且在水平截面内旋转流动; 过热钢液滞留在结晶器上部区域, 铸坯芯部温度迅速降低, 凝固前沿温度梯度提高; 大部分夹杂物积聚到结晶器上部区域旋转运动. 励磁电流强度和频率对结晶器内钢液的流动、温度分布及夹杂物运动均有明显影响.     

基于多场耦合模型的连铸结晶器内钢液凝固行为分析

针对连铸结晶器内钢液的流动、传热、凝固耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固的三维非稳态数学模型。在此基础上,应用COMSOL软件进行数值模拟和分析。将耦合模型计算得到的凝固坯壳厚度与经验公式进行对比验证,总体符合较好。结果表明,结晶器内钢液流动的基本特征与单流场模型相比并没有发生变化。但是,钢液的上、下回流涡心到自由面的距离及流股冲击深度均有所减小。在靠近结晶器窄面的部分区域由于凝固坯壳的形成,不会出现钢液流动现象。由于凝固坯壳的存在,自由面钢液流速变大,自由面钢流波动更加剧烈。由于钢液的强制对流传热,结晶器内部钢液温度并不是由内到外逐渐降低的,而是出现了小幅度的波动。在结晶器出口处钢液温度较低,且分布不均匀,部分区域温度梯度较大。由于钢液的对流作用促进了钢液的热量传递,结晶器出口处窄面、宽面及角部凝固坯壳更厚。     

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.     

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。     

软接触结晶器电磁连铸保护渣道的动态压力

通过模型实验，测量了在不同强度高频电磁场作用下液态金属弯月面形状，计算了保护渣道宽度及在结晶器振动一个周期内保护渣道动态压力变化情况．结果表明，高频电磁场能够显著减小保护渣道内动态压力的变化，这是软接触结晶器电磁连铸技术改善铸坯表面质量的一个可能机理．计算还表明，磁场强度的增加并不能无限制地减小保护渣道内动态压力，为获得最佳的铸坯表面质量，存在一个最合适的磁感应强度．     

矩形软接触结晶器内磁场分布的实验研究

研究了不同条件下矩形软接触结晶器内的电磁场分布规律。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；沿结晶器窄面的磁场分布比较均匀，而宽面上的磁场分布均匀性较差，通过合理布置切缝，可提高软接触结晶器内的磁感应强度和磁场分布的均匀性，宽面上的切缝应采用不均匀方式布置，可在宽面中心位置附近布置相对较多的切缝，在矩形软接触结晶器角部不布置切缝，磁感应强度的最大值出现在线圈中心偏上位置附近，随感应线圈上升，该最大值增大，其位置上移，将线圈靠近结晶器入口安装，有助于均匀周向磁场，在线圈中心位置附近的磁感应强度分布较均匀，实际浇铸过程中，应将液面控制在线圈高度中心与线圈顶端位置之间。     

工业实验用电磁软接触结晶器结构参数研究

本文从工程应用的角度讨论了工业实验电磁软接触连铸结晶器结构参数对结晶器内部磁场的影响规律,进而确定工业实验结晶器结构参数范围:当分瓣数大于40时,最大磁感应强度随分瓣数增加的幅度不大;切缝宽大于0.8mm时,切缝宽度对磁感应强度影响不明显;缝长长于线圈两端各40 mm,就可解决结晶器铜管磁屏蔽问题.本文还发现若线圈外部存在良导电体部件,将会降低钢液表面磁感应强度达50%.     

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.     

PENETRATION OF MAGNETIC FIELD IN TWO-STAGE SLITLESS MOLD FOR SOFT-CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

为了验证两段式软接触电磁连铸结晶器的透磁效果, 测试了两段式结晶器内部的磁感应强度及弯月面高度, 并与传统结晶器进行比较, 结果表明：(1) 两段式结晶器的透磁效果随结晶器壁厚的减小而增强, 当结晶器的壁厚 为5 mm时, 两段式结晶器内部的磁感应强度比传统结晶器增大71.3%;(2) 两段式结晶器内部的磁感应强度随电 源功率和线圈位置的提高而增强;(3) 随电源功率的增加, 两段式结晶器内金属液的弯月面高度随之增大, 电源功 率为10、20和30 kW时对应的弯月面高度分别为2.9、4.7和8.2 mm.     

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的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

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，20000Hz时约为10%，由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上，连铸坯表面受力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。     

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.     

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。     

THREE-DIMENSIONAL CHARACTERISTICS AND HOMOGENIZATION OF ELECTROMAGNETIC FIELD IN SOFT-CONTACT CONTINUOUS CASTING MOLD

1. IntroductionRecently, electromagnetic soft-colltact cofltinuous casting mold technology was introduced to improve the quality and productivity in the continuous casting processll,2]. Thesoft-contact mold has complicated three-dimensional structure with slits and segments.The electromagnetic field distribution and its uniformity have influence on the metallurgical effect of this technology. Because of the difficulty to directly measure the distributiono f electromagnetic field in soft-contac…