软接触结晶器的磁场分布

软接触结晶器的磁场分布

0工作原理pb来平衡钢液和钢液的静压力在钢的连续铸造中，由于结晶器的振动，保护渣液的动压变化会导致初封闭部分钢水压、动压和表面张力的失衡，导致铸造表面的波浪状振动。振荡波的存在不仅影响了铸造的表面质量，而且还导致了偏差和横向裂纹等缺陷，严重影响了整个铸造的质量。为了减少表面振动的产生，通常采用提高结晶器的振动频率，减小振幅，降低保护渣的粘度。然而，这些方法不能从根本上消除表面振动。魏思等人提出了一种将电机关联到连升机外的新铸造方法（软接触电离心接触电离心）。利用润燥动力压（pm）、电机压（pd）和钢液表面张力（pb）共同平衡钢液的静压（pj），即pr-pd-pb-pj。传统的连铸只能利用润燥动力压和钢液表面张力来平衡钢液的静压，即pr-pb-pj。因此，通过这种新的连铸法，可以显著降低保护渣的动压在正常情况下的下落，并在最短距离内达到零。这可以从根本上解决由传统连铸法产生的铸造膏的振兴效果。近年来的一些研究还表明，使用这种新的连铸法生产的铸造颗粒比传统连铸法的大大提高了表面质量。软接触电磁连铸能提高铸件的表面质量,但也会消耗更多的电能.因为在连铸结晶器外必须施加交变电流才能在铸件的表面产生电磁力.为了在改善铸坯质量的同时,保证生产工艺稳定和降低电能消耗,许多学者对不同材质和结构的结晶器以及电参数进行了研究.浅井滋生等人采用石墨做铸型,在铸型外加电磁场铸出了表面质量较传统的有显著改善的锡铸坯.李廷举等提出了在铸型外加间断高频交流磁场的铸造方法;这种方法不但提高了铸件的质量,而且还大大节省了电能.目前被认为最有发展前途的一种电磁连铸方法是在开缝的铜结晶器外施加高频电磁场的连铸方法(又称冷坩埚电磁连铸).此方法的一个基本要求是:高频电磁场能进入结晶器并作用于钢液上.由于铜结晶器对外加高频电磁场有很强的屏蔽作用,阻碍了磁场进入结晶器,采用在结晶器上开缝的方法来减小结晶器的屏蔽作用.但是,开缝会使结晶器的强度降低,使冷却系统复杂化,使电磁场在结晶器内的分布发生变化.要想把开缝的结晶器用于生产,就必须保证它的强度以及弄清它内部磁场的分布规律.另外,在软接触电磁连铸中,对铸坯起约束作用的主要是轴向磁场.为此,本文通过实验方法研究了开缝铜结晶器内的轴向磁场的分布规律,考察了结晶器的结构对磁场的影响;其结果可为钢电磁连铸结晶器的优化设计提供实验依据.1磁感应强度测试1.1紫铜感应线圈“7.图1为实验装置示意图.紫铜结晶器的外径为110mm,内径为100mm,高度为220mm;均匀平行的开缝高190mm,宽0.4mm;紫铜感应线圈外径10mm,相互间距离5mm;感应线圈与结晶器外壁相隔10mm;电源频率为33kHz,功率为5kW.1.2磁感应强度q将探头置于空间测定点(z,r),可测得该点的感应电动势E,那么该点的磁感应强度的z向分量Bz=E/4.44fWS(1)Bz=E/4.44fWS(1)式中:E为感应电动势(mV),f为电磁场的频率(Hz),W为小线圈的匝数,S为小线圈的有效面积(m2).1.3磁场在结晶器内的分布为了考察开缝数、开缝宽度,以及感应线圈与结晶器的相对高度对磁场分布的影响,本实验测试了:其他条件相同,在不同开缝数(n=0,2,6,8,∞)、不同开缝宽度(t=0.4,0.8,1.2mm)和不同感应线圈与结晶器相对高度(h=12,45,58mm)条件下,磁场在结晶器内的分布(文中磁场分布与磁感应强度分布意义相同).2结果与分析2.1磁场分布的测试图2显示了开缝数为2时,结晶器内3个位置(A、B、C)的磁感应强度随高度的变化规律.其中A、B、C分别表示沿结晶器的中心轴线、结晶器的开缝处、两缝中间3个位置,从结晶器上端沿轴线向下测试它们的磁场分布.从图2可以看出:磁感应强度在感应线圈所在平面为最大,开缝处几乎是A、C处的两倍;随着离开该平面z距离的增加,磁感应强度减小,开缝处衰减得最快;它们同时趋于零.开缝数为2时,磁场在图2虚线所示平面内沿结晶器内壁的分布规律见图3(横坐标代表角度α).由图可以看出:磁场强度先减小,到两条缝的中间达到最小值,而后磁场强度又增大.2.2磁场强度的影响图4、5和6分别显示了不同开缝数时(n=∞表示没有铸型),磁场沿轴线、开缝处和两缝之间的分布.实验结果表明:不开缝时,结晶器的屏蔽作用最大,致使结晶器内的磁场几乎为零;随着开缝数的增加,屏蔽作用逐渐减弱,磁场感应强度就明显增强,同时轴向磁场的均匀性变差;当没有结晶器时,屏蔽作用消失,磁感应强度达到最大.为了减小结晶器的屏蔽作用,应该尽量增加开缝数;然而开缝数的增加会使结晶器的结构和冷却系统复杂化,降低结晶器的强度,提高了结晶器的成本,而且可能带来漏钢等工艺问题.因此,要在工艺条件允许的条件下多开缝.图7是当开缝数分别为2、6和8时,磁场在图4虚线所在平面内沿AB和AC(见图1)的径向分布图(实线和虚线分别代表沿AB和AC).由图可以看出:磁场强度从中心到边缘逐渐增大;开缝数越多,磁场越强,在圆周上分布越均匀;离圆心越远,磁场分布的均匀性越差.图8表明了开缝数对磁场沿圆周方向分布均匀性的影响.它以同一圆周上开缝处和两缝中间的磁感应强度的相对差值与它们之和的比值作为特征值来度量,即η=(Bnzzn-Cnzzn)/(Bnzzn+Cnzzn),其中上标表示开缝数,Bnzzn、Cnzzn分别表示所处位置的磁感应强度.可以看出:磁场沿圆周方向的均匀性随着高度变化而变化,在感应线圈高度的中间位置附近最差;开缝数的增加提高了磁场沿圆周方向的均匀性.2.3缝宽度不大小的分布图9、10分别表示:8条缝时,开缝宽度对开缝处和中心轴线磁场分布的影响.结果表明:开缝宽度的大小对中心轴线上磁场的影响不大;对开缝处的影响则与考察点的相对高度有关——在感应线圈高度区域内(Δz),开缝越宽,磁感应强度越强,但相差也不是很多,在其他位置开缝宽度对磁场的影响很小.因此,从保证工艺和提高结晶器透磁性两方面考虑,应该尽量减小缝宽.2.4轴类磁场分布图11显示了感应线圈与结晶器的相对高度对中心轴线上的磁场分布的影响.其中,曲线分别表示感应线圈上端与结晶器上端相距为12、45和58mm时轴线上磁感应强度的分布.由图可以看出:磁感应强度的最大值始终在感应线圈高度的中间位置附近;感应线圈上端与结晶器上端相距越近,轴线上的磁感应强度的最大值就越大,并且分布越不均匀.因此,为了获得更大的磁场强度,应尽量减小感应线圈和结晶器间的相对高度;而为了在轴向上磁场均匀,应尽量把感应线圈放在结晶器的中间位置.3应力管道开缝处的磁场强度的影响(1)增加开缝数不但能提高结晶器的透磁性,而且减小由开缝引起的轴向磁场沿圆周方向分布的不均匀性,因此,要在条件允许的情况下多开缝.(2)开缝的宽度对开缝处的轴向磁场有