包钢圆坯连铸凝固末端电磁搅拌数值模拟及应用

摘要

电磁搅拌技术在钢铁工业中的应用已经有30多年的历史。连铸实践证明,电磁搅拌对于连铸坯质量改善具有显著的冶金效果。电磁搅拌可以扩大连铸工艺条件、提高铸坯质量,如提高等轴晶率、降低气孔、偏析等,连铸电磁搅拌(EMS)已成为一种控制凝固组织、改善铸坯质量的重要手段。
　　许多钢铁厂都已经采用了结晶器电磁搅拌。但是单一部位的搅拌对改善铸坯质量是有限的,尤其对合金钢、重轨钢等的中心偏析问题不能解决,因此组合电磁搅拌技术的应用越来越广泛。增加末端电磁搅拌对于进一步改善成分偏析和疏松指数,可以有效地改善中心偏析,对生产出高质量的钢材意义十分重大。
　　本课题基于包钢1＃和2＃连铸机由方坯改为圆坯,并在五机五流圆坯连铸机上加装凝固末端电磁搅拌设备情况下,以圆坯连铸末端电磁搅拌器为研究对象,以Ansys有限元分析软件为工具,对圆坯末端电磁搅拌的温度场及磁场做了数值分析和生产验证。
　　首先通过有限元数值模拟对包钢1＃和2＃铸机圆坯连铸过程温度场进行分析,确定了凝固末端电磁搅拌位置:1＃铸机电磁搅拌器安装在距弯月面12.0m,即整个搅拌器在11.6-12.4m范围内,2＃铸机电磁搅拌器安装在距弯月面13.0m,即整个搅拌器在12.6-13.2m范围内。
　　接着采用瞬态磁场分析方法,分析了凝固末端电磁搅拌过程中铸坯内部磁感应强度、电磁力的分布,研究了电磁参数对铸坯内部磁场强度的影响规律,并对1＃铸机Φ430mm圆坯和2＃铸机Φ300mm圆坯凝固末端搅拌工艺参数进行了优化,确定1＃铸机和2＃铸机最佳搅拌参数,对空载情况下磁场进行现场测试,计算值和测量值比较接近。
　　最后对1＃、2＃铸机圆坯凝固末端电磁搅拌进行生产试验表明,安装末端电磁搅拌后铸坯等轴晶区增加10~20％,降低铸坯的中心疏松到0.5~1级,中心偏析指数降到1.10,中央缩孔缺陷得到减少。从而验证了搅拌位置及电磁搅拌工艺的合理性,达到了设备改造的目的。

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引言

1 文献综述

1.1电磁搅拌技术概况

1.2电磁搅拌理论研究及应用

1.3末端电磁搅拌技术应用

1.4本文研究内容及目的

2 连铸电磁搅拌过程磁场计算模型建立

2.1 连铸电磁搅拌控制方程

2.2 电磁搅拌原理及搅拌参数

3 凝固末端电磁搅拌位置的确定

3.1 确定末端搅拌器最佳安装位置的方法

3.2 末端电磁搅拌的安装位置

4 凝固末端电磁搅拌数值计算

4.1 凝固末端电磁搅拌器参数

4.2 1#连铸机圆坯凝固末端电磁搅拌分析

4.3 2#连铸机圆坯凝固末端电磁搅拌分析

4.4 末端电磁搅拌工艺参数确定

结论

参考文献

在学研究成果

致谢