不同結(jié)構(gòu)型式連鑄結(jié)晶器的電磁軟接觸特性研究.pdf

1、電磁軟接觸連鑄技術(shù)通過(guò)施加高頻磁場(chǎng)控制鋼液的初始凝固過(guò)程來(lái)提高鑄坯的表面質(zhì)量。高頻磁場(chǎng)作用下結(jié)晶器內(nèi)的磁場(chǎng)和金屬液彎月面變形特性是衡量電磁軟接觸效果的重要指標(biāo)，而電磁軟接觸結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)軟接觸效果具有決定性的影響作用，它也是電磁軟接觸技術(shù)能否推向工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和探討不同坯型（方、扁、圓）和不同切縫形式和參數(shù)下的軟接觸結(jié)晶器內(nèi)的磁場(chǎng)、金屬液彎月面變形和凝固傳熱特性，認(rèn)識(shí)其變化規(guī)律，是設(shè)計(jì)工業(yè)用電磁軟接觸結(jié)晶器，

2、推廣電磁軟接觸技術(shù)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。本論文以此為選題，重點(diǎn)研究方坯、矩形坯和工業(yè)用圓坯電磁軟接觸結(jié)晶器的軟接觸特性和傳熱特性，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 針對(duì)工業(yè)用Φ178mm圓坯電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了結(jié)晶器切縫參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)部磁場(chǎng)分布的影響規(guī)律，并通過(guò)低熔點(diǎn)合金熱模擬實(shí)驗(yàn)，揭示了切縫參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)彎月面變形的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：工業(yè)結(jié)晶器的上法蘭盤對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的磁場(chǎng)分布具有一定的

3、影響作用。特別是隨著電源功率（安匝數(shù)）增大到90kW以上時(shí)，結(jié)晶器上法蘭盤對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽作用逐漸增強(qiáng)；隨著圓坯結(jié)晶器切縫數(shù)目、切縫寬度和切縫長(zhǎng)度的增加，結(jié)晶器內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和彎月面變形均增大，其中又以切縫數(shù)目和切縫長(zhǎng)度對(duì)軟接觸效果的影響最主要；當(dāng)切縫數(shù)由24增加到32時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度增加了32％，彎月面高度增加110％;當(dāng)切縫長(zhǎng)度由100mm增到加130mm時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度增加了28％，彎月面高度增加了155％。當(dāng)切縫

4、寬度由0.3mm增加到0.5mm時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)最大磁感應(yīng)強(qiáng)度增加了15％。這些研究結(jié)果為Φ178mm工業(yè)用圓坯電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器的設(shè)計(jì)提供了重要參數(shù)依據(jù)。
　　 設(shè)計(jì)并制作了內(nèi)徑尺寸為213mm×85mm的兩種非均勻切縫矩形坯電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器；通過(guò)磁場(chǎng)測(cè)試和熱模擬實(shí)驗(yàn)揭示了兩種結(jié)晶器內(nèi)磁場(chǎng)分布和彎月面變形的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨電源功率的增大，結(jié)晶器內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和彎月面高度均增大，且電源功率不改變結(jié)晶器內(nèi)磁場(chǎng)分布特征；結(jié)晶器

5、最大磁感應(yīng)強(qiáng)度所處位置隨感應(yīng)線圈同向移動(dòng)；液態(tài)金屬的自由液面應(yīng)控制在線圈中心附近，此時(shí)磁場(chǎng)的利用率最高，軟接觸效果最好；
　　 結(jié)晶器內(nèi)切縫的布置對(duì)磁場(chǎng)和金屬液變形具有重要的影響作用。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于單側(cè)窄面切縫的矩形結(jié)晶器，在電源功率一定時(shí)，無(wú)切縫窄面附近仍然存在磁場(chǎng)；在電源功率達(dá)52kW時(shí)，無(wú)切縫窄面中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是切縫窄面的60％左右；而對(duì)于在窄面角部增加切縫的改進(jìn)型矩形結(jié)晶器，其內(nèi)部磁場(chǎng)分布和彎月面變形都得到較大提高

6、，基本呈現(xiàn)均勻分布，且在數(shù)量級(jí)上也達(dá)到了實(shí)現(xiàn)軟接觸效果的要求；論證了采用較少的非均勻切縫結(jié)構(gòu)，也能夠獲得矩形坯電磁軟接觸效果的可行性。
　　 設(shè)計(jì)并制作了內(nèi)徑尺寸為100mm×100mm的非均勻切縫方坯電磁軟接觸連鑄結(jié)晶器，并進(jìn)行了低熔點(diǎn)合金的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)凝固傳熱實(shí)驗(yàn)，揭示了不同電源功率下結(jié)晶器內(nèi)部磁場(chǎng)分布、彎月面變形、凝固坯殼形貌、三相點(diǎn)位置、結(jié)晶器壁溫度與熱流、熔池溫度和結(jié)晶器冷卻水溫度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與均勻切縫結(jié)晶

7、器相比，其磁場(chǎng)分布和彎月面變形規(guī)律變化不大，基本相同；隨著電源功率的增大，低熔點(diǎn)合金自由液面的波動(dòng)加劇，熔池溫度升高，初始凝固點(diǎn)下移，形成的凝固坯殼逐漸變薄，直至發(fā)生重熔，揭示了高頻磁場(chǎng)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)合金液加熱，造成三相點(diǎn)下移的變化規(guī)律；隨電源功率的增加，合金液和結(jié)晶器壁中產(chǎn)生的焦耳熱增大，并在切縫處和分瓣體會(huì)出現(xiàn)不均勻分布，造成坯殼厚度分布不均，同時(shí)結(jié)晶器壁溫度和熱流也升高；連鑄結(jié)晶器的振動(dòng)作用促使彎月面區(qū)域結(jié)晶器壁溫度上升；由此，在工業(yè)