连铸大方坯结晶器电磁搅拌器结构优化研究
发布时间：2021-09-02 18:37
结晶器电磁搅拌可以大幅改善结晶器区域的铸坯缺陷,提高产品质量。因此,对结晶器电磁搅拌器的研究可以更大程度的发挥出其在连铸生产中的作用。本文以某钢厂360mm×300mm连铸大方坯20CrNiMo低碳钢为研究对象,对常规结晶器电磁搅拌器进行结构改进,提出两种新型搅拌器。通过建立三维电磁场模型,利用数值模拟,研究了不同电磁参数（电流强度和电流频率）和搅拌器本体结构（分层旋转角度和铁芯偏斜角度）对连铸结晶器内磁场分布的影响。之后,将电磁力单向耦合到流场和温度场模型,得到了不同电磁参数和搅拌器本体结构下,结晶器内流场和温度场的分布,确定了较为合适的电磁参数和新型搅拌器本体结构。为了更清楚地阐释结晶器电磁搅拌对钢液初始凝固作用的微观机理,对上述大方坯凝固组织进行了数值模拟。研究结果表明:仅改变电磁参数时,三种结晶器电磁搅拌器产生的电磁力随着通入电流强度和电流频率的增大而增大;磁感应强度随着电流强度的增大而增大,但随着电流频率的增大而减小,符合集肤效应。三种搅拌器下弯月面的温度和流速都随着电流强度和电流频率的增加而提高,其中,斜极式搅拌器弯月面的温度最高、波动最大,分层式搅拌器温度最低、波动最小。...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸工艺流程图
燕山大学工学硕士学位论文-4-冷区结晶器电磁搅拌器和凝固末端结晶器电磁搅拌器。结晶器电磁搅拌器（MoldElectromagneticStirrer，简称M-EMS），结晶器电磁搅拌器主要对结晶器内的钢水实施搅拌。其作用机理为强化结晶器内的传热、提高等轴晶率和降低钢液过热度，一般用于低碳钢、轴承钢和齿轮钢等，通过M-EMS，可以改善铸坯表面和皮下缺陷，减少气孔、夹杂物和偏析缺陷等。二冷区结晶器电磁搅拌器（StrandElectromagneticStirrer，简称S-EMS），二冷区结晶器电磁搅拌器主要对二冷区未凝固的钢水进行搅拌。目前，这类搅拌器多用于板坯连铸。其作用机理为打断枝晶，降低过热度，一般用于工具钢、不锈钢等，通过S-EMS，可以显著增加连铸坯中等轴晶的形核基体数量，改善铸坯内部各种缺陷。凝固末端结晶器电磁搅拌器（FinalElectromagneticStirrer，简称F-EMS），凝固末端结晶器电磁搅拌器对凝固末端的钢水进行搅拌。一般与上述两类搅拌器组合使用。其作用机理为打断枝晶“搭桥”，一般用于轴承钢、弹簧钢等，通过F-EMS，可以改善铸坯芯部质量，减少中心偏析和中心裂纹等[22-24]。上述各类电磁搅拌器的具体安装位置如图1-2所示。图1-2电磁搅拌器安装位置1.2.4连铸坯常见缺陷及形成原因在实际连铸生产过程中由于各种影响因素会产生各种缺陷，比如偏析、缩孔、夹杂、裂纹等。
燕山大学工学硕士学位论文-14-a)常规b)分层式c)斜极式图2-4三种结晶器电磁搅拌器有限元模型2.2.3电磁场仿真定解条件根据先前研究工作者的模拟计算，确定电磁场数值模拟所用的各个物性参数如表2-2所示。表2-2电磁搅拌器各部分的物性参数物性参数数值空气相对磁导率1.0结晶器铜板相对磁导率1.0结晶器铜板电阻率/m2m-11.7×10-8铁芯相对磁导率3500钢液相对磁导率1.0钢液电阻率/m2m-11.41×10-6线圈相对磁导率1.0线圈电阻率/m2m-11.7×10-8结晶器电磁搅拌器和三相异步电动机在某种程度上可以说是同源的。在三相异步电动机的定子铁芯中放入三相对称绕组AX、BY和CZ，并将其按星形联结通入由公式(2-20)至(2-22)计算得到的三相交流电，其相对位置及联结方式如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌在湘钢6号铸机板坯生产中的使用优化[J]. 吴仲文,马仲新,佐龙,唐晓军,房建明,邢银超. 连铸. 2020(02)
[2]电磁冶金技术研究新进展[J]. 任忠鸣,雷作胜,李传军,玄伟东,钟云波,李喜. 金属学报. 2020(04)
[3]Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯结晶器电磁搅拌器电流参数优化[J]. 张洪才,林鹏,许正周,印传磊,翟万里,许光乐. 炼钢. 2019(06)
[4]水口结构对板坯连铸结晶器流场的影响[J]. 冯巍,张开,方磊,吴伟勤,刘天宇,雷洪. 工业加热. 2019(05)
[5]CSP薄板坯连铸开浇炉次大型夹杂物研究与控制[J]. 谯德高,冯海军,冯永平,谢健. 铸造技术. 2019(09)
[6]连续铸造技术发展与应用(二)[J]. 张曦月,陈孝阳,李孔德,聂煌辉,许征兵,曾建民. 铸造技术. 2019(09)
[7]GCr15轴承钢大方坯连铸过程凝固传热数值模拟[J]. 张振学,张慧,王明林,李鹏飞,王学兵. 铸造技术. 2019(08)
[8]立式连铸结晶器浸入式水口结构优化[J]. 薛飞,黄君凯,代开举,刘姗姗,王波,张捷宇. 上海金属. 2019(04)
[9]拉速对小薄板坯连铸结晶器内温度、溶质及夹杂物分布的影响[J]. 张琦,吴滟帮,李欢,尹相恺. 铸造技术. 2019(07)
[10]连铸电磁工艺技术应用[J]. 林大帅. 冶金管理. 2019(11)
博士论文
[1]电磁力作用下连铸宏观传输现象的数值模拟研究[D]. 李少翔.北京科技大学 2020
[2]方坯连铸疏松及宏观偏析的模拟研究[D]. 董其鹏.北京科技大学 2018
硕士论文
[1]大方坯结晶器电磁搅拌器数值模拟及其结构优化设计研究[D]. 赵登飞.燕山大学 2019
[2]宽厚板结晶器钢液流动及传热凝固耦合行为数值模拟研究[D]. 黄旭.辽宁科技大学 2019
[3]Al-5Cu（wt.%）合金电磁搅拌中磁场的数值模拟及试验研究[D]. 陈志俊.哈尔滨理工大学 2018
[4]大方坯电磁搅拌系统的研究与开发[D]. 唐赛.湖南大学 2017
[5]电磁搅拌作用下结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D]. 翟孟姣.燕山大学 2015
[6]连铸坯凝固组织的模拟[D]. 李杰.东北大学 2010
[7]7050铝合金圆锭超声铸造微观组织及热裂敏感性研究[D]. 张雪.中南大学 2010
[8]Al-Si合金凝固组织的数值模拟[D]. 陈光友.武汉科技大学 2009
[9]方坯连铸电磁搅拌的实验室模拟研究[D]. 余岳.武汉科技大学 2007
本文编号：3379519
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
连铸工艺流程图
燕山大学工学硕士学位论文-4-冷区结晶器电磁搅拌器和凝固末端结晶器电磁搅拌器。结晶器电磁搅拌器（MoldElectromagneticStirrer，简称M-EMS），结晶器电磁搅拌器主要对结晶器内的钢水实施搅拌。其作用机理为强化结晶器内的传热、提高等轴晶率和降低钢液过热度，一般用于低碳钢、轴承钢和齿轮钢等，通过M-EMS，可以改善铸坯表面和皮下缺陷，减少气孔、夹杂物和偏析缺陷等。二冷区结晶器电磁搅拌器（StrandElectromagneticStirrer，简称S-EMS），二冷区结晶器电磁搅拌器主要对二冷区未凝固的钢水进行搅拌。目前，这类搅拌器多用于板坯连铸。其作用机理为打断枝晶，降低过热度，一般用于工具钢、不锈钢等，通过S-EMS，可以显著增加连铸坯中等轴晶的形核基体数量，改善铸坯内部各种缺陷。凝固末端结晶器电磁搅拌器（FinalElectromagneticStirrer，简称F-EMS），凝固末端结晶器电磁搅拌器对凝固末端的钢水进行搅拌。一般与上述两类搅拌器组合使用。其作用机理为打断枝晶“搭桥”，一般用于轴承钢、弹簧钢等，通过F-EMS，可以改善铸坯芯部质量，减少中心偏析和中心裂纹等[22-24]。上述各类电磁搅拌器的具体安装位置如图1-2所示。图1-2电磁搅拌器安装位置1.2.4连铸坯常见缺陷及形成原因在实际连铸生产过程中由于各种影响因素会产生各种缺陷，比如偏析、缩孔、夹杂、裂纹等。
燕山大学工学硕士学位论文-14-a)常规b)分层式c)斜极式图2-4三种结晶器电磁搅拌器有限元模型2.2.3电磁场仿真定解条件根据先前研究工作者的模拟计算，确定电磁场数值模拟所用的各个物性参数如表2-2所示。表2-2电磁搅拌器各部分的物性参数物性参数数值空气相对磁导率1.0结晶器铜板相对磁导率1.0结晶器铜板电阻率/m2m-11.7×10-8铁芯相对磁导率3500钢液相对磁导率1.0钢液电阻率/m2m-11.41×10-6线圈相对磁导率1.0线圈电阻率/m2m-11.7×10-8结晶器电磁搅拌器和三相异步电动机在某种程度上可以说是同源的。在三相异步电动机的定子铁芯中放入三相对称绕组AX、BY和CZ，并将其按星形联结通入由公式(2-20)至(2-22)计算得到的三相交流电，其相对位置及联结方式如图2-5所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌在湘钢6号铸机板坯生产中的使用优化[J]. 吴仲文,马仲新,佐龙,唐晓军,房建明,邢银超. 连铸. 2020(02)
[2]电磁冶金技术研究新进展[J]. 任忠鸣,雷作胜,李传军,玄伟东,钟云波,李喜. 金属学报. 2020(04)
[3]Φ380 mm 40Cr钢连铸圆坯结晶器电磁搅拌器电流参数优化[J]. 张洪才,林鹏,许正周,印传磊,翟万里,许光乐. 炼钢. 2019(06)
[4]水口结构对板坯连铸结晶器流场的影响[J]. 冯巍,张开,方磊,吴伟勤,刘天宇,雷洪. 工业加热. 2019(05)
[5]CSP薄板坯连铸开浇炉次大型夹杂物研究与控制[J]. 谯德高,冯海军,冯永平,谢健. 铸造技术. 2019(09)
[6]连续铸造技术发展与应用(二)[J]. 张曦月,陈孝阳,李孔德,聂煌辉,许征兵,曾建民. 铸造技术. 2019(09)
[7]GCr15轴承钢大方坯连铸过程凝固传热数值模拟[J]. 张振学,张慧,王明林,李鹏飞,王学兵. 铸造技术. 2019(08)
[8]立式连铸结晶器浸入式水口结构优化[J]. 薛飞,黄君凯,代开举,刘姗姗,王波,张捷宇. 上海金属. 2019(04)
[9]拉速对小薄板坯连铸结晶器内温度、溶质及夹杂物分布的影响[J]. 张琦,吴滟帮,李欢,尹相恺. 铸造技术. 2019(07)
[10]连铸电磁工艺技术应用[J]. 林大帅. 冶金管理. 2019(11)
博士论文
[1]电磁力作用下连铸宏观传输现象的数值模拟研究[D]. 李少翔.北京科技大学 2020
[2]方坯连铸疏松及宏观偏析的模拟研究[D]. 董其鹏.北京科技大学 2018
硕士论文
[1]大方坯结晶器电磁搅拌器数值模拟及其结构优化设计研究[D]. 赵登飞.燕山大学 2019
[2]宽厚板结晶器钢液流动及传热凝固耦合行为数值模拟研究[D]. 黄旭.辽宁科技大学 2019
[3]Al-5Cu（wt.%）合金电磁搅拌中磁场的数值模拟及试验研究[D]. 陈志俊.哈尔滨理工大学 2018
[4]大方坯电磁搅拌系统的研究与开发[D]. 唐赛.湖南大学 2017
[5]电磁搅拌作用下结晶器内多物理场耦合数值模拟研究[D]. 翟孟姣.燕山大学 2015
[6]连铸坯凝固组织的模拟[D]. 李杰.东北大学 2010
[7]7050铝合金圆锭超声铸造微观组织及热裂敏感性研究[D]. 张雪.中南大学 2010
[8]Al-Si合金凝固组织的数值模拟[D]. 陈光友.武汉科技大学 2009
[9]方坯连铸电磁搅拌的实验室模拟研究[D]. 余岳.武汉科技大学 2007
本文编号：3379519
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