连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响
铜管坯水平连铸过程的电磁搅拌技术
摘
要 ： 究 了铜 管 坯 的 的水 平 电 磁 连 续 铸 造 技 术 ， 讨 了 电 流 的 输 入 方 式 对 搅 拌 器 内 的 磁 感 应 强 度 的 影 研 探
能 。 因此 ， 电磁 加 工 被认 为 是 ２ １世 纪在 冶 的技术 。
２ ０世 纪 ２ ０年代 开始 ， 电磁 场 产 生 的 电 能 用 于金 属 的溶解 ；０年 代 电磁 搅 拌 的概 念 被 提 出 ， 广 泛地 ３ 并
应 用 于 钢 坯 的 连 续 铸 造 中 ， 钢 坯 的质 量 大 幅 度 提 使
响 。结 果 表 明 ： 相 同外 形 尺 寸 时 ， 相 磁 场 较 三 相 磁 场 的 磁 感 应 强 度 有 较 大 幅 度 的 提 高 ； 铜 管 坯 水 平 连 在 两 在 铸 过 程 中施 加 三相 磁 场 ， 管 坯 粗 大 的柱 状 晶凝 固组 织 得 到 明 显 细 化 ， 除 了 穿 晶 现 象 ， 坯 凝 固 组 织 分 布 铜 消 管
发展 ， 铜 管 的 需 求 不 断 增 长 。同 时 ， 对 随着 装 备 向 节
能、 高效 和小 型 化 发 展 ， 铜 管 的 质 量 提 出 了越 来 越 对 高 的 要 求 ， 管 生 产 的 竞 争 从 量 扩 大 到 质 的 提 铜
升 Ｉ 。 因此 ， ３ 消除铜 管 缺 陷 、 高 质 量 、 低成 本 已 提 降
均 匀 ， 轴 晶 比率 大 于 ９ ％ ， 高 了 管坯 的 致 密 性 。 等 ０ 提
关键词 ： 平连续铸造 ； 管坯 ； 磁场 ； 水 铜 电 电磁 搅 拌
小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析
文章编号:1004-9762(2006)03-0222-04小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析Ξ丁 国,李建超,王宝峰,麻永林(内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010)关键词:频率;结晶器;电磁搅拌;小方坯中图分类号:TF77713 文献标识码:A摘 要:借助有限元方法,对小方坯结晶器电磁搅拌过程进行了磁场和流场耦合数值分析,得出了不同频率下钢液内部磁感应强度和电磁体积力及搅拌速度的分布规律1结果表明,在结晶器电磁搅拌时,随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,电磁体积力在钢液内部分布不均匀;在电流频率为3H z 时,钢液搅拌速度最大1在现场对结晶器电磁搅拌器的磁场强度进行了冷态测试,实验值和模拟值基本相符1Coupled analysis of magnetic field and fluid f ield in mouldEMS for squar e billet continuous ca stingDI NG G uo ,LI Jian 2chao ,W A NG Bao 2feng ,M A Y ong 2lin(Material and Metallurg y Scho ol ,Inn er M ong olia University of Science and T echn ology ,Baotou 014010,China)K ey w or ds :frequency;mould ;electromagnetic strirring;billetAbstract :T he cou pled analys is of magnetic field and fluid in M 2E MS was carried ou t for the square billet contin ous casting on the basis o f fin ite unit meth od.T he distributions o f magnetic flux density ,magnetic v olume force and liqu id steel v il ocity with the same current value and v ariable f requency w ere ob tained .T he calcu lated results sh ow ed that the magn etic flux density in the liquid steel was reduced and the dis tribution of magnetic v olu me force became n on 2un iform in the cross section w ith increasing th e frequency.And liquid s teel s tirring velocity alon g th e m ould reaches max imum at th e frequency v alue o f 3H z.T he magn etic flux density in stirring zon e w as measured in cool condition.C omparison o f the calcu lated resu lts w ith the experimen tal data presents satis factory agreements. 随着连铸技术的应用和发展,连铸坯的质量越来越受到重视,特别是由于用户对钢材质量越来越高的要求及国际市场的激烈竞争,使提高铸坯质量成为连铸生产中首要的问题,因而围绕提高连铸坯质量的研究工作也取得了很大的进展1电磁搅拌技术是利用不同形式的装置,通过电磁力来控制连铸过程中钢水的流动、传热和凝固,进而提高钢的清洁度,扩大等轴晶区,减少成分偏析,减轻或消除中心疏松和中心缩孔,并可降低过热度等,从而满足生产优质、高等级钢材的要求1几十年来,国内外学者对电磁搅拌进行了大量的实验研究[1～3],并应用于工业生产1随着连铸技术的不断发展及计算机的普及,数值模拟成为研究连铸过程中电磁搅拌的有效手段[4～9],采用数值模拟方法进行电磁搅拌结构设计以及工艺参数确定是一种有效的方法1结晶器电磁搅拌效果的好坏应该根据钢液内部的搅拌速度来确定[9],搅拌速度越大,搅拌效果越好1所以在确定电磁搅拌的工艺参数的时候,应对电磁搅拌过程磁场和流场进行耦合分析1本文首先建立结晶器电磁搅拌的模型,然后在不同频率下对结晶器电磁搅拌过程进行磁场和流场耦合分析,得出钢液内部磁感应强度、电磁体积力以2006年9月第25卷第3期包头钢铁学院学报Journal o f Baotou Univers ity of Iron and Steel T echnol og y September ,2006V ol.25,N o.3Ξ收稿日期66作者简介丁 国(),男,内蒙古通辽人,内蒙古科技大学讲师,主要从事材料电磁过程实验研究1:200-0-14:1971-及钢液搅拌速度的分布规律,从而确定最佳的电流频率11 结晶器电磁搅拌计算模型的建立图1为结晶器电磁搅拌模型图,E MS 是基于感应电动机原理设计的1为了显示电磁搅拌器内部结构情况,周围空气及内部水的模型没有画出1所用的电源为二相低频电源,各相电流的相位差为90°,相对的2个线圈断面上加同相位的电流密度,电流密度的值见式11ω为角速度,ω=2π/f ;t 为时间;f 为电流频率;J 0为线圈电流密度的幅值,由电流值、线圈匝数及线圈的断面积决定1J ax =J 0sin (ωt ),J by =J 0sin (ωt +π/2)1(1)图1 计算模型图Fig.1 Model o f M 2EMS模型中除空气和水之外均采用六面体单元,周围空气和内部水由于形状不规则,采用四面体单元1将计算体离散为81354个节点,50968个单元1模型具体尺寸及计算参数见表1,其余材料物理参数见表21表1 数值计算参数T a b le 1 Para meter s f or computation结晶器厚度/m 0.012铸坯断面尺寸/�0115×0115线圈电流/A 150频率/H z1～9拉速()1表2 电磁搅拌磁场数值模拟的物理参数T a ble 2 Par a meter s f o r the computa tion o f electr omagneti cfield材料相对磁导率电导率/(Ωm -1)钢液1107114×105结晶器(铜板)110417×107空气(水)1100线圈1100铁心10007114×1052 结果分析211 频率对钢液内部磁感应强度及电磁体积力的影响图2为不同频率下,电磁搅拌器高度中心钢液横断面上不同的磁感应强度的分布1从图2可以看出,随着频率的增加,钢液边部中心和钢液中心磁感应强度逐渐降低,这是因为钢液外部的结晶器材料为铜板,它的导电性非常好,当磁场在穿透结晶器的过程中,结晶器内将产生涡流,涡流产生和原磁场相反的磁场,阻止原磁场的穿透1频率越大,结晶器内产生的涡流越大,穿透结晶器进入钢液内的磁场强度越小1所以在能够保证连铸生产顺利进行的情况下,结晶器的厚度越小越好1图2 钢液内部频率和磁感应强度的关系Fig.2 The relatio n bet w een fr equency an d ma g netic fluxdensity i n the liquid steel图3为频率为3和8H z 时,电磁搅拌器高度中心钢液横断面上电磁体积力的分布1从图3可以看出,频率为3z 时,电磁体积力分布比较均匀,而且电磁体积力的方向是逆时针方向旋转,钢液在322丁 国等:小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析/m m in -124H这个旋转的电磁体积力的作用下完成搅拌过程1当频率为8H z时,钢液内部电磁体积力分布不均匀,从图3可以看出,钢液4个角部电磁体积力比较大,而其它地方电磁体积力比较小1所以把钢液边部电磁体积力大小作为判断电磁搅拌效果好坏是不恰当的[4]1图3 搅拌区中心钢液横断面上电磁体积力的分布Fig.3 Distr ibutio n of magnetic vo lume for ce i n the middle o f stir r i ng zone212 频率对钢液内部搅拌速度的影响为了判断不同频率下电磁搅拌的效果,需进行磁场和流场的耦合分析1图4为3和8H z时钢液在电磁力作用下的流体速度矢量图1从图4可以看出,钢液在电磁体积力的作用下,钢液旋转流动,钢液速度从边部到中心逐渐变小1图5为不同频率和钢液边部速度的关系,从图5可以看出,钢液边部搅拌速度在3H z时最大,低于3H z时,速度随频率的降低而降低,当大于3H z时,速度随频率的增加而减小1这是因为电磁体积力和磁感应强度及钢液内部的感应电流有关,当低于3 H z时,钢液内部磁感应强度变大,但是频率过低,会降低钢液感应电流强度,对提高电磁体积力不利1当大于3H z时,虽然钢液内部的感应电流增加,但钢液内部的磁感应强度降低,综合起来,当大于3H z时,随着频率的增加,电磁体积力对钢液的作用降低1因此对于150小方坯来说,频率3H z时为最佳搅拌的电流频率1图4 搅拌区中心钢液横断面上速度分布Fig.4 Distr ibution o f liquid steel velocity a t cr oss sectio n i n the middle o f stirr i ng zone3 实验研究采用美国B公司的58高斯计对结晶器电磁搅拌器的中心磁场强度进行冷态测试,测量位置示意图见图61测量值和模拟值见图1从图可以看出,测量值和模拟值比较吻合,说明了可以使用有422包头钢铁学院学报2006年9月 第25卷第3期ell0077限元方法对电磁搅拌的磁场进行数值分析1图5 钢液边部搅拌速度和频率的关系Fig.5 The r ela tion bet w een stir r i ng velocity and fr equencyin the liquid steel图6 中心磁场侧试位置示意图Fig.6 Diagr amma tic sketch o f measurement positio n inthe center of sti r r ing zo ne图7 搅拌区中心轴线上磁感应强度计算值和测量值的比较Fig.7 The compa r ison o f ma g netic density calc u lated w ithth a t mea sur ed alo ng a xis i n stir r ing zo ne从图7可以看出,随着位置向下移动,磁感应强度逐渐增加,在距测量位置开始点约0128m 处达到最大值,随后逐渐减小,搅拌器内下部的磁感应强度比上部对应位置稍大,这是因为由于结晶器铜板的影响,磁场在穿透铜板过程中在铜板内产生了涡流,磁场在结晶器内损耗一部分,由于结晶器电磁搅拌器位于结晶器稍微靠下部,电磁搅拌器上面的铜板结晶器长度要大于电磁搅拌器上面钢板的长度,所以磁场在搅拌器上面结晶器内的损耗要大于搅拌器下部结晶器内损耗,所以搅拌器内下部磁感应强度要高于搅拌器内上部的磁感应强度14 结论(1)由于铜结晶器的影响,钢液内部的磁感应强度随电流频率的增加而减小1电流频率低时钢液内部的电磁体积力分布比较均匀;电流频率高时电磁体积力分布不均匀,角部比较大1频率过高或过低,对提高电磁体积力都没有好处,因此存在一个最佳的电流频率1(2)结晶器电磁搅拌时,在电流频率为3H z 时搅拌区中心钢液横断面上速度最大,搅拌效果最好1(3)对结晶器电磁搅拌过程的磁感应强度进行了冷态测试,计算值和模拟值基本相符1参考文献:[1] OH K S ,CH A NG Y W.Macrosegregation beh avi or in continu 2ous ly cast high carb on steel bl ooms and b illets at the finalstage o f s olidification in combination s tirring[J ]1ISI J Interna 2tional ,1995,35(7):86628751[2] Beitelman L.E ffect o f m old E MS des ig n on the billet castingproductivity and prod ict quality [J ]1Canad ian Metallurg icalQuarterly ,1999,38(5):30123091[3] 李春龙,姜茂发,王宝峰1组合电磁搅拌对连铸大方坯内部质量的影响[J ]1东北大学学报,2003,24(7):67726801[4] T rindade L B ,Vilela 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200141:1.。
连铸电磁搅拌
连铸电磁搅拌1.引言连铸技术是金属冶炼和加工过程中的重要环节，其目的是将高温熔融的金属连续不断地浇注成所需形状的固体金属件。
在连铸过程中，为了提高铸坯的质量和产量，人们引入了多种冶金技术和工艺，其中连铸电磁搅拌是近年来发展起来的一项重要技术。
2.电磁搅拌技术原理电磁搅拌技术是一种利用磁场力对金属熔体进行非接触式、低能耗的强化搅拌技术。
在连铸过程中，通过在钢水注入结晶器的过程中施加一个适当的磁场，使钢水在磁场的作用下产生旋转或流动，从而实现钢水的均匀混合和传热。
这种技术的应用可以显著提高铸坯的内部质量和表面质量，减少铸坯的缺陷和裂纹，从而提高了产品的成品率和力学性能。
3.连铸电磁搅拌的应用连铸电磁搅拌技术在多种金属材料的连铸过程中得到了广泛应用，如钢铁、铜、铝等。
在钢铁行业，连铸电磁搅拌技术主要用于提高方坯、板坯和圆坯的质量和产量。
通过对方坯进行电磁搅拌，可以显著减少中心疏松和偏析，提高其力学性能；对板坯进行电磁搅拌，可以提高其表面质量和尺寸精度；对圆坯进行电磁搅拌，可以提高其内部质量和生产效率。
在铜、铝行业，连铸电磁搅拌技术也得到了广泛应用。
例如，对铜合金进行电磁搅拌可以显著提高其成分均匀性和力学性能；对铝合金进行电磁搅拌可以改善其组织结构和力学性能，从而提高其抗拉强度和延伸率。
4.经济效益与社会效益连铸电磁搅拌技术的应用可以带来显著的经济效益和社会效益。
首先，通过提高铸坯的质量和产量，可以减少产品的废品率和生产成本，提高企业的经济效益。
其次，连铸电磁搅拌技术的应用可以显著降低能耗和减少环境污染，从而提高了企业的环保水平和社会形象。
此外，连铸电磁搅拌技术的应用还可以提高生产效率和生产能力，从而为企业创造更多的商业机会和竞争优势。
5.结论连铸电磁搅拌技术是一种重要的冶金技术，其在提高铸坯质量和产量、降低能耗和环境污染等方面具有显著的优势。
随着技术的不断发展和完善，连铸电磁搅拌技术的应用范围和效果将不断扩大和提高。
电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响
ut为湍流黏度系数，kg∙m−1·s−1；C1，C2，σk， σε为经验常数，采用Launder和Spalding的推荐值 ，取C1=1.44，C2=1.92，σk=1.0，σε=1.3；Sk、 Sε为考虑凝固时k方程和ε方程中添加的源项
3 电磁力的作用下，钢液的水平旋流能够抑制初生坯壳的生长，降低坯壳的生长速度，出结晶器坯壳厚
度减小约2。3mm。当电流大小从300A增加到500A，结晶器内凝固坯壳生长的变化并不大
4 (4)为达到最优的生产效果，建议生产时电磁搅拌的电流大小为400A，频率为1。5Hz
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3.2搅拌对结晶器流场及液面波动的影响
该厂实际生产时采用四孔浸入式水口，水口倾角向下15°，控制水口方向呈45°对 角，水口浸入深度为120mm，拉速为0.43m∙min−1.以下通过改变电磁搅拌的电流 大小和电流频率来研究结晶器内部流场和液面波动的变化情况，并找出合适的电 磁搅拌参数
计算结果与讨论分析
目录
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1 模型的建立 2 数学模型 3 计算结果与讨论分析 4 结论
电磁搅拌对特大方坯结晶器内流场及温度场影响
结晶器作为连铸机的"心脏",其流场直接影 响铸坯质量. 对于大方坯连铸机来说，目 前结晶器电磁搅拌作为其必选配置， 具有 改善结晶器内的流场、均匀钢液温度、改 善偏析和提高铸坯质量等作用. 而电磁搅 拌的作用机理必须与实际冶金机理相结合， 根据现场生产情况选择合适的电磁搅拌工
结晶器电磁搅拌对铸坯质量影响的研究
结晶器电磁搅拌对铸坯质量影响的研究张建新宋维兆(新疆八一钢铁集团有限公司)摘要：研究了电磁搅拌对中高碳钢铸坯组织和质量的影响，通过对搅拌强度的控制，改善了铸坯的表面质量，得到了良好的铸坯组织，减少了偏析、缩孔，提高了连铸坯质量．1前言电磁搅拌技术随着连铸技术发展和对连铸坯高质量的要求愈来愈来被广泛采用，电磁搅拌能有效的改善金属凝固组织，提高等轴晶率、减少缩孔级别、降低铸坯的偏析度等。
新疆八钢1999年建成一座70t直流电弧炉，主要生产的品种有：合金钢、中高碳钢、低合金结构钢和普钢，但以低合金结构钢和普钢为主。
为适应市场的需要及改变品种结构，2006年我们在小方坯连铸机上应用了结晶器电磁搅拌技术，该项技术的应用使铸坯质量得到了明显的改善。
2试验方案及方法2．1试验方案生产工艺流程为：70 t直流电炉一L F(70 t精炼炉)一CCM(R8合金钢连铸机)一轧钢。
实验钢种为55钢、65钢、60Si2Mn．方案为搅拌与不搅拌对比试验：对缩孔、碳偏析、皮下气孔及铸坯组织的影响。
连铸机主要参数见表l2．2试验方法 (1)在连铸机电磁搅拌结晶器上四流分别采用不同的频率、电流对钢水进行搅拌，在不同的温度、拉速下对铸坯截取试样。
(2)对截取的铸坯试样进行切割、车铣、磨光、酸洗。
作低倍检验研究电磁搅拌对缩孔、偏析和铸坯组织的影响。
(3)电磁搅拌对铸坯表面质量的影响。
取十块不同工艺参数150木150咖方厚10m的铸坯，将铸坯从边缘到中心分为4个区，即细晶区、柱状晶区等分两个区、中心区，用M5光谱分析仪在每个区做全分析，分析电磁搅拌对中高碳钢碳成分偏析影响。
3试验结果与分析3．1结晶器电磁搅拌对连铸坯缩孔的影响 3．1．1结晶器电磁搅拌参数对连铸坯缩孔的影响本次试验了取不同频率、电流参数下的铸坯100个，对不同的中间包过热度、拉速分别取样。
高级别的缩孔发生降低了，说明缩孔控制得到改善。
特别是高过热度下，铸坯缩孔改善明显。
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术
电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用技术随着社会经济与科学技术不断的发展与完善，对连铸坯的质量提出了更高要求。
最近几年，建筑行业得到迅猛发展，人们越来越重视连铸坯的质量。
电磁搅拌技术在建筑领域中的应用进一步提高了连铸坯的质量，并且对于降低杂物质量和促进成分融合具有至关重要的作用。
磁场相互作用产生电磁力，对钢水起到搅拌作用。
是通过恒定磁场与运动的导电钢水相互作用，在钢水中产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，此电磁力的方向恰好与钢水的运动方向相反，对钢水起制动作用，因此这种搅拌被称为电磁制动。
文章从多个角度就电磁搅拌技术在炼钢连铸机中的应用进行探究。
标签：电磁搅拌技术；连铸机；应用技术随着钢管连铸生产需求不断增加，我国对电磁搅拌连铸工艺的理论研究与实践研究不断加大，并且在各个领域中得到广泛应用。
超纯净钢的开发与应用对铸坯的质量与凝固组织提出了更严格的要求，电磁搅拌技术以其独特被广泛应用，对社会生产生活以及社会经济发展具有积极的促进作用。
1、电磁搅拌技术原理电磁搅拌的工作原理主要是依靠磁场，也就是说当电流变化时，线性感应电机的磁极和另一个极点会产生相同的电磁力，然后开始以恒定角速度切断熔金属，熔体内就会产生相应的感应电流。
当前我国对电磁搅拌技术的理论研究与实践研究还不够成熟，由于多方面因素限制在生产过程中还存在一些问题，并没有发挥出应有的效能。
从本质上来说，电磁搅拌技术就是使用电磁力迫使熔融金属产生平稳移动，减少外界因素对电磁场的影响。
同时使凝固过程熔熔金属的温度与浓度保持均匀，如果在凝固过程中受到其他因素影响或者操作失误等原因导致熔融金属浓度与温度都不符合相应要求，则就降低凝固过程的形核功和临界核半径。
只有保持熔融金属浓度与温度均匀化，才可以增加等轴晶的数量，最终实现晶粒细化的目的。
根据磁场的工作形式，电磁搅拌可以分为直线型与旋转型，结合生产实际情况与生产需求，使用不同的电磁搅拌形式，从根本上保证铸坯内外部分的质量，一般情况下，直线型电磁搅拌磁场方向与坯材表面的宽度保持水平，也就是说在铁芯的定子绕组上连接交流电，通过金属液产生感应电流与电磁转矩，进而提高铸坯质量。
连铸电磁搅拌器原理
连铸电磁搅拌器原理连铸电磁搅拌器是一种应用于连铸过程中的设备，通过电磁力的作用实现对铸坯温度和组织的控制。
它的原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，从而搅拌坯内的金属液，使其温度和组织均匀。
连铸电磁搅拌器主要由电磁线圈、电源和控制系统组成。
电磁线圈是通过电流产生磁场的装置，通常由多层螺线管组成。
电源主要用于提供电流，控制系统则用于控制电磁搅拌器的工作状态。
在连铸过程中，电磁线圈通过电流产生的磁场作用于铸坯内的金属液，从而达到搅拌的效果。
具体来说，连铸电磁搅拌器的工作原理如下：1. 电磁感应：当电流通过电磁线圈时，会在铸坯内产生交变磁场。
根据法拉第电磁感应定律，交变磁场会在金属液中产生涡流。
2. 涡流作用：涡流会在金属液中形成环流，这种环流会导致金属液受到电磁力的作用。
涡流的强度和方向与金属液的电导率、磁场强度和频率等因素有关。
3. 电磁力作用：涡流受到电磁力的作用，使金属液发生搅拌。
电磁力的大小和方向由涡流和磁场的相互作用决定。
通过调节电流和频率等参数，可以控制电磁力的大小和方向，从而实现对金属液的搅拌。
连铸电磁搅拌器的原理基于电磁感应和电磁力的相互作用，可以实现对连铸坯的温度和组织的控制。
通过搅拌坯内的金属液，连铸电磁搅拌器可以使铸坯的温度和组织更加均匀，提高产品的质量和性能。
此外，连铸电磁搅拌器还可以减少铸坯内部的气孔和夹杂物，提高产品的表面质量。
连铸电磁搅拌器是一种通过电磁力实现对连铸坯温度和组织控制的设备。
它的工作原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，对金属液进行搅拌。
连铸电磁搅拌器可以提高产品的质量和性能，使铸坯的温度和组织更加均匀。
它在连铸过程中具有重要的应用价值。
结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响
结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响摘要：随着连铸技术的应用与发展，连铸坯的质量越来越受到重视，特别是由于用户对钢材质量越来越高的要求及国际市场的激烈竞争，使提高铸坯质量成为连铸生产中首要的问题，因而围绕提高连铸坯质量的研究工作也取得了很大的进展。
连铸的电磁搅拌技术因其能显著改善铸坯质量而在国内外受到重视并得到发展与广泛应用。
基于此，本文主要对结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响进行分析探讨。
关键词：结晶器；电磁搅拌；连铸坯质量；影响前言电磁搅拌技术对提高连铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、改善夹杂物分布并促进成分均匀化具有重要作用，现今超级钢的开发，要求在现有条件下最大幅度地提高铸坯的等轴晶率，并使凝固的成分及夹杂物分布更加均匀，充分发挥出电磁搅拌冶金功能，因此，需要对电磁搅拌提高铸坯等轴晶率、细化及均质化凝固组织的作用效果和作用机理进行更深入的研究。
1连铸电磁搅拌原理对电磁搅拌通以三相电源，电磁搅拌内线圈产生一旋转磁场，铸坯在旋转磁场中切割磁力线产生感生电流，而感生电流在旋转磁场中必然会受电磁力的作用，且电磁力的方向与磁场运行方向一致，始终沿圆周方向运动，这样就推动了铸坯中的钢液也作圆周运动，从而达到了搅拌钢液的目的。
1.1连铸电磁搅拌的分类1)连铸电磁搅拌按安装位置可分为结晶器电磁搅拌(M−EMS)、二冷段电磁搅拌(S−EMS)和末端电磁搅拌(F−EMS)及其相互间的组合。
M−EMS是三种搅拌形式中改善铸坯质量最显著的方法。
S−MES是最先发明的一种搅拌形式。
随着连铸的发展，单独使用M−EMS或S−EMS已无法满足高质量产品的要求，生产中多采用结晶器、二冷区和凝固终点联合搅拌方式。
2)结晶器电磁搅拌的分类（1）结晶器电磁搅拌按安装方式可分为内置式和外置式两种。
按电磁感应器的冷却方式可分为传统型外水直冷式、独立冷却外水直冷式及空芯铜管纯水内冷式三种。
（2）连铸电磁搅拌按钢液流动方向可分为旋转型搅拌、线性搅拌和旋转型搅拌与线性搅拌共同作用产生的螺旋型搅拌。
电磁场相位对小方坯连铸结晶器电磁搅拌的影响
・相关技术・电磁场相位对小方坯连铸结晶器电磁搅拌的影响李建超 王宝峰 董 方李贵阳 底更顺 翟永臻(内蒙古科技大学,包头014010) (宣化钢铁集团有限责任公司,宣化075103)摘 要 通过数值模拟对两相和三相结晶器电磁搅拌器作用下钢液内部的磁场和流场进行耦合数值分析,得出了不同相位电磁搅拌时,钢液内部磁感应强度、电磁体积力及搅拌速度的分布规律。
模拟结果表明:在相位差为90°的两相电磁搅拌器结晶器电磁搅拌时,钢液内部的磁感应强度、电磁体积力及钢液的搅拌速度要比相位差为120°三相电磁搅拌器的高。
计算结果与文献中实验结果及宣钢等厂的生产实践结果一致。
关键词 电磁场相位,结晶器电磁搅拌,小方坯连铸中图分类号 TF777.3 文献标识码 BEffect of electro magneti c f i eld pha se on M-E M S of b illet ca sti n gL I J ianchao,WANG Baofeng,DONG Fang(I nnerMongolia University of Science and Technol ogy,Baot ou014010)L I Guiyang,D I Gengshun,Z HA I Yongzhen(Xuanhua Ir on&Steel Gr oup Co.,L td.,Xuanhua075103)ABSTRACT Based on ANSYS s oft w are,a coup led analysis on magnetic field and fluid field of t w o and three phase M-E MS in a billet caster was carried out.The distributi on of magnetic flux density, magnetic volu me force and liquid steel stirring vel ocity with sa me current and frequency values were obtained and compared.Calculated results showed that t w o phase M-E MS with phase difference of90 degree has higher stirring magnetic flux density,magnetic v olume f orce and liquid steel stirring vel oci2 ty than the three phase M-E MS with phase difference of120degree.Calculated results agree well with the experi m ental data in operati on p ractice at Xuanhua Ir on&Steel Co.and the data fr om litera2 ture.KE Y WO R D S electr omagnetic field phase,M-E MS,billet casting1 前言电磁搅拌技术是利用不同形式的装置,通过电磁力来控制连铸过程中钢水的流动、传热和凝固,进而提高钢的清洁度,扩大等轴晶区,减少成分偏析,减轻或消除中心疏松和中心缩孔,并可降低过热度等,从而满足生产优质、高等级钢材的要求。
l连铸电磁搅拌器标准 -回复
l连铸电磁搅拌器标准-回复连铸电磁搅拌器是一种常用于铸造和冶炼过程中的设备，是利用电磁力和传热原理实现金属液体搅拌的装置。
它通过在铸造液中施加电磁场，改善铸造液的流动性和均匀性，提高铸坯质量。
本文将详细介绍连铸电磁搅拌器的标准规范，并分步回答相关问题。
一、连铸电磁搅拌器的基本原理连铸电磁搅拌器通过在连铸过程中施加电磁场，利用电磁力的作用改善铸造液的流动性和均匀性，使其凝固过程更加均匀，得到高质量的铸坯。
连铸电磁搅拌器的基本原理包括磁流体力学和传热原理。
在磁流体力学原理中，电磁搅拌器利用导线通过电流产生磁场，使得铸造液中的金属液体受到电磁力的作用，形成液流，并通过磁阻力和电磁涡流阻力的耗散作用使得液流层内不同位置的流速趋于一致，从而改善金属液体内部流动的均匀性。
传热原理中，连铸电磁搅拌器的作用是加快铸造液的传热速度，使得液体内温度分布均匀，从而避免热裂纹和内部偏析的产生。
搅拌的同时，连铸电磁搅拌器还能提高流体对坯壳内壁的冷却效果，有助于形成坯壳结构的均匀和致密。
二、连铸电磁搅拌器的标准规范（一）设备选型和安装1. 根据工艺要求和铸造工况，选择适用的型号和规格的连铸电磁搅拌器。
2. 确保设备的安装平稳、可靠，并配备必要的安全装置，确保操作人员的安全。
3. 设备应布置在便于操作和维护的位置，方便观察和调整搅拌效果。
（二）参数设定1. 根据铸造工艺要求和金属液体特性，设置连铸电磁搅拌器的搅拌参数，包括电流、频率和时间等。
2. 连铸电磁搅拌器的电源和调节装置应具备精确可调的功能，以满足不同工艺需要。
（三）操作和维护1. 连铸电磁搅拌器操作人员应熟悉设备的工作原理和操作要领，并按照操作规程进行操作。
2. 定期检查设备的电气线路和连接部分，确保无安全隐患。
3. 定期对搅拌器的工作性能进行测试和评估，保证其稳定可靠地运行。
4. 对设备进行定期保养，包括清洁、涂抹润滑剂和更换易损部件等。
三、连铸电磁搅拌器的优势和应用连铸电磁搅拌器具有以下几个优势：1. 提高铸坯质量：连铸电磁搅拌器能够改善铸造液的流动性和均匀性，减少气泡和夹杂物的形成，提高铸坯质量。
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收稿日期:2010-04-13基金项目:国家自然科学基金资助项目(50834009)作者简介:张 静(1982-),女,辽宁葫芦岛人,东北大学博士研究生;王恩刚(1962-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师;赫冀成(1943-),男,辽宁瓦房店人,东北大学教授,博士生导师第31卷第10期2010年10月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vo l.31,No.10O c t. 2010连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响张 静,王恩刚,邓安元,赫冀成(东北大学材料电磁过程教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:结合连铸过程的实际情况,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸 250mm 圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应强度和电磁力分布的影响 研究结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据基本一致;当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小;沿着结晶器方向,电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小,但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,电磁力减小;当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度和电磁力都增加 结合数值模拟的具体结果,电磁搅拌电流和频率为480A ,3Hz 时,能起到良好的搅拌效果 关 键 词:磁场;电磁搅拌;磁感应强度;电磁力;数值模拟中图分类号:T F 777 文献标志码:A 文章编号:1005 3026(2010)10 1432 05Effects of Mold EMS Parameters on Distributions of Magnetic Induction and Electromagnetic Force During Continuous CastingZ H AN G Jing ,WANG En gang,DEN G A n yuan,H E Ji cheng(K ey L aboratory of National Education M inistry for Electr omag netic P rocessing of M ater ials,N ortheastern U niversity,Shenyang 110004,China.Correspondent:ZHA NG Jing,E mail:jing510@)Abstract :A numerical simulation in combination w ith in situ measurement w as conducted according to the actual continuous casting process for the M EMS(mold electrom agnetic stirring )behavior of 250mm bloom.The effects of EMS current and frequency on the distributions of magnetic induction and electrom agnetic force w ere then investig ated.T he results showed that the simulated results conform basically w ith the measured data.With the current kept constant and frequency increased,the mag netic induction decreases,and along the centerline in mold,the electrom agnetic force increases w ith frequency though its increment decreases gradually.But,along the radius of electromagnetic stirrer the electromag netic force decreases w ith increasing frequency and w ith the frequency kept constant and current intensity increased,the magnetic induction and electromagnetic force both increase in molten steel.Considering the results of numerical simulation as a whole,the optimal EM S parameters should be as follows:stirring current=480A w ith a frequency=3Hz.Key words:magnetic field;electrom agnetic stirring;mag netic induction;electromagnetic force;numerical simulation电磁搅拌技术作为提高铸钢质量的有效手段之一已经广泛应用在连铸过程中[1-3] 电磁搅拌的作用机理是通过对钢水的搅动,一方面柱状晶被打断,再与钢水混在一起,作为等轴晶的核心;另一方面增加钢液流动,提高凝固相间的热传递,降低过热度,减少凝固前沿的温度梯度,抑制柱状晶的定向增大,从而促进等轴晶的生成 因此在连铸过程中普遍采用结晶器电磁搅拌,来改善铸坯的质量[5-7]本文从连铸过程的实际情况出发,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸 250m m 圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对钢液磁感应强度和电磁力分布的影响,找出了合适的工艺参数,为后续的流动及凝固提供可参考的依据1 数学模型1.1 模型假设钢水是不可压缩的导电流体;钢水密度、运动黏性系数、电磁率和电导率等物性参数为标量常数;连铸电磁搅拌电流频率为低频,忽略位移电流;钢水与坯壳磁导率均取为真空磁导率 1.2 基本参数电磁搅拌器安装在结晶器外部,搅拌器线圈由铁芯和铜线绕组而成,具体参数为:结晶器长度850mm,铜板厚度30mm ,搅拌器高度570mm,搅拌器距结晶器顶端距离350mm相关物性参数为:铁芯相对磁导率3000,铜板和钢液的电阻率分别为1 7 10-8和1 4 10-6 m,钢液的密度和黏度分别为6850kg/m 3和0 0053kg/(m s)1.3 控制方程麦克斯韦方程组包括以下几个方面:法拉第电磁感应定律: E =- Bt,安培环路定律: H =J ,高斯定律: B =0,本构方程:B =!H ,欧姆定律:J =∀(E +u B) 1.4 边界条件与初始条件1)初始条件:采用三相低频电源,各相电流的相位差为120!,相对应的两个线圈施加相同的电流,具体见式(1),采用谐波分析,计算t =0时刻磁场的分布I a =I 0N [sin (#t )+icos (#t)],I b =I 0N [sin (#t -2∃/3)+icos (#t -2∃/3)],I c =I 0N [sin (#t +2∃/3)+icos (#t +2∃/3)](1)2)边界条件:施加磁力线平行条件,垂直条件自然发生,不用施加2 结果与分析2.1 模拟计算结果与实测值的对比为了验证数值模拟的正确性,采用美国Lake Shore 数字信号处理模式特斯拉计475对 250mm 结晶器电磁搅拌空载情况的磁场进行了在线测试,并与数值模拟结果进行对比 电流为480A,频率为3H z 时沿结晶器高度方向以及搅拌器径向上的磁感应强度分布的对比如图1所示 数值模拟结果与实测结果基本上是一致的,存在的误差是由于现场实测的干扰和人为因素,以及数值模拟过程中的假设所造成的 这说明数值模拟具有可信性图1 现场实测值与数值模拟结果的对比Fig.1 Comparison between magnetic inducti on simulated and m eas ured(a)∀沿结晶器中心线;(b)∀搅拌器径向电流为480A,频率为3Hz 时,结晶器中心线上不同方向的磁感应强度与电磁力的分布如图2所示,其中z 方向为拉速方向 由图2可知,磁感应强度主要分布在x 和y 方向,z 方向很小,而电磁力主要分布在z 方向,x 和y 方向很小 磁感应强度的最大值与电磁力的最大值是相对应的,位于搅拌器中下部,并未在搅拌器中心位置(距结晶器顶端730mm)处 磁感应强度的最大值约为0 052T,电磁力的最大值约为1 125kN/m 3由图2a 可见,磁感应强度的分布沿高度方向出现两个峰值,这是由于结晶器铜板的屏蔽作用造成的 钢液在出结晶器后由于铜管的屏蔽作用消失,钢液磁感应强度再一次出现峰值 因此,需要考虑结晶器对钢液磁感应强度和电磁力的影响1433第10期 张 静等:连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响图2 沿结晶器中心线不同方向的磁感应强度和电磁力分布Fig.2 Distributions of magnetic i nduction and electromagnetic force along centerli ne of mold2.2 电流对磁感应强度和电磁力分布的影响由图3a 可知,随着电流的增加,磁感应强度也相应地增加 由图3b 可知,电磁力随着电流的增加而增加,电磁力的最大值位于搅拌器中心下部,出现在距结晶器顶端约850mm 处,并未出现在搅拌器的中心位置 电流每增加50A,磁感应强度最大值增加约0 005T ,电磁力最大值增加约300N/m 3 虽然电流的增加会增大电磁力,但是电流过大会导致搅拌器寿命的降低,而且,过强的搅拌会使铸坯出现负偏析 当电磁力大于1kN/m 3效果比较显著[8] 因此,结晶器电磁搅拌电流为480A 时即能达到良好的搅拌效果由图4a 可见,随着电流的增加,磁感应强度也相应地增加,但变化较平缓;磁感应强度由铸坯边缘向中心逐渐减小 由图4b 可见,电磁力随着电流的增加而增加,且与径向距离成正比,变化较快 电磁力由铸坯边缘向中心逐渐减小,电磁力最大值由400A 时的4 2kN/m 3增加到600A 时的9 5kN/m 3 电磁力增加了4倍多,这验证了电磁力与电流的平方成正比图3 不同电流下沿结晶器方向铸坯中心线磁感应强度和电磁力的分布Fi g.3 Distri butions of magnetic induction and electrom agneti c force along centerline of bl oomin mold at different current图4 不同电流下搅拌器径向上磁感应强度和电磁力的分布F i g.4 Distri butions of magnetic induction and electr omagnetic force along sti rrer radius at different current1434东北大学学报(自然科学版) 第31卷2.3 频率对磁感应强度和电磁力分布的影响由图5可见,随着电流频率的增加,沿结晶器方向铸坯中心线的磁感应强度减小,而电磁力却随着频率的增加而增加 这是因为随着频率的增加,结晶器铜管的屏蔽作用增强,使得磁感应强度减小 而电磁力近似与电流的平方和频率成正比[8],所以随着频率的增加电磁力也增大 但是频率对电磁力的影响却随着频率的增加而逐渐减小 频率从1Hz 增加到2Hz 时最大电磁力增加约450N/m 3 频率从2Hz 增加到3Hz 时最大电磁力增加约200N/m 3 频率从3H z 增加到4H z 时最大电磁力增加约100N/m 3 在4,5和6Hz 时增大频率对电磁力影响很小,因此在结晶器电磁搅拌过程中存在一个最佳的频率 结合数值模拟结果,频率为3H z 比较合适由图6可知,随着电流频率的增加,沿铸坯径向的磁感应强度和电磁力都相应的减小 与图4相类似,磁感应强度和电磁力由铸坯边缘向中心逐渐减小 但是电磁力的变化幅度要明显大于磁感应强度 对于中高碳钢,当铸坯中心磁感应强度达到0 045~0 006T 时,搅拌效果比较显著[9] 从图6a 可知,当电流为480A,频率为3H z,即能达到这个标准图5 不同频率下沿结晶器方向铸坯中心线磁感应强度和电磁力的分布F i g.5 Distri butions of magnetic i nduction and electr omagnetic force at differentfrequencies图6 不同频率下搅拌器对应铸坯径向中心线磁感应强度和电磁力的分布Fig.6 D i stributi ons of magnetic inducti on and electrom agnetic force along bl oom radius at di fferent frequenci es3 结 论1)沿着结晶器方向,磁感应强度主要分布在水平方向,拉速方向很小 电磁力主要分布在拉速方向,水平方向很小2)钢液内磁感应强度随频率的增大而减小,随着电流的增加而增加 钢液边缘的磁感应强度和电磁力大于中心部位的磁感应强度和电磁力3)钢液内电磁力沿结晶器方向随着电流和频率的增大而增大,而沿着搅拌器中心对应的铸坯径向,随着电流的增大而增大,随着频率的增加反而减小 钢液边缘的电磁力明显大于中心部位的电磁力4)连铸(断面 250mm)的电磁搅拌电流为480A,频率为3Hz 时,能起到良好的搅拌效果 参考文献:[1]李建超,崔建忠,王宝峰,等 大方坯连铸跨结晶器电磁搅拌的数值模拟[J ] 东北大学学报:自然科学版,2006,27(5):497-500 (Li Jian chao,Cui Jian zhong,Wang Bao feng,et al .Numerical simul ation of M EM S for bloom conti nuous casting [J ].Jou rnal of Nor theastern Univ ersity :Natural S cience ,1435第10期 张 静等:连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响2006,27(5):497-500.)[2]Partinen J,Saluja N,Szekely J,et al.Experimental andcom putational i n vestigation of rotary EM S in w oods metal system[J].I SIJ International,1994,34(9):707-714. 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