凝固末端螺旋电磁搅拌对大圆坯裂纹形成的影响

摘要

内部裂纹是特殊钢大圆坯常见缺陷之一。电磁搅拌是提高铸坯组织成分均匀性的常用技术手段，其中单绕组螺旋电磁搅拌器不仅结构简单、安装方便而且搅拌效果明显。为了探究凝固末端单绕组螺旋电磁搅拌（F-HEMS）对大圆坯内部钢液流动、凝固传热和裂纹形成的影响，采用试验和数值模拟方法进行研究，发现液相穴内钢液受电磁力作用，沿拉坯方向在电磁搅拌器高度范围内螺旋流动。F-HEMS使连铸坯内零塑性温度(TZD)至黏滞性温度(TLI)区间的温度梯度增大了31.56%～42.27%,使TZD-TLI区间宽度减小了6.6 mm。受F-HEMS影响，糊状区内的液相分数降低。连铸坯内的温度、Von-Mises应力与弹性等效应变分布均呈层状分布。在应用F-HEMS后，连铸坯TZD-TLI区间内的Von-Mises应力平均降低了0.11 MPa,弹性等效应变平均降低了0.02百分点。在数值模拟和试验的基础上，提出了一种开裂指数，以预测内部开裂风险。研究发现，应用F-HEMS时的开裂指数比未应用时的小0.158～0.280,证明F-HEMS有降低连铸坯裂纹形成概率的作用。然而，内部裂纹的形成受多种因素的影响，连铸过程中大圆坯的开裂预测仍需改进模拟方法并通过大量试验数据验证。F-HEMS影响连铸大圆坯内部的钢液流动和凝固传热，可降低内部裂纹的形成概率，本研究为工业生产提供了理论依据。