连铸三维结晶器磁场分布的影响因素

连铸三维结晶器磁场分布的影响因素

本文的第一部分描述了闭合电铬管的数学和物理模型。同时，将金元方法的数值解与实验结果进行了比较，验证了数值模型和过程方法的准确性。它类似于传统的方潘晶体和圆形颗粒它是用分瓣式圆碗体为对象的，对晶体中的三维磁性磁体进行了理论分析，并讨论了不同参数对晶体中磁体磁体分布的影响。本文和文献的区别在于，首先，研究的对象是方潘晶体，而本文是圆形颗粒。与文献不同的是，前者的实验对象不是低溶剂金属锡，而另一些则是工业生产的钢液，并且本文中的参数高于一般参数。1磁感应强度和电磁力的分布1.1钢液表面磁场随热压的变化情况电磁场分布对弯月面变形和结晶器内的钢液流动、凝固影响很大,因此了解结晶器内电磁场分布情况十分重要·由于结晶器的分瓣结构,结晶器切缝处与非切缝处透磁性不同,造成作用在钢液表面磁场的不均匀,切缝处磁场强于分瓣体中心处磁场·由于钢液对磁场的屏蔽作用,磁场主要集中在钢液外表面,即集肤层深度范围内·磁感应强度由钢液外表面向内部迅速衰减直至接近于零·钢液的屏蔽作用减小了钢液内部的磁感应强度,因此电磁力对钢液产生的搅拌作用也相对减小,便于保持弯月面的稳定·而在钢液外表面磁感应强度增强有利于增加磁场对弯月面的约束作用,有利于实现软接触·1.2均匀电磁力电磁力方向指向钢液内部,在钢液上表面所受电磁力较大,向内部迅速衰减·切缝处的电磁力明显大于分瓣体处的电磁力·这说明钢液受到约束力的大小也各不相同·在切缝处的金属受到相对较强的电磁力作用,易使铸坯表面产生凹陷,出现纵向波折缺陷,因此应合理控制磁感应强度在分瓣体和切缝处之间差别,达到均匀电磁力的作用·该电磁力克服钢液产生的静压力,使钢液被推离结晶器内壁,形成弧形弯月面,使渣道变宽,有利于保护渣的渗流,并能够改善铸坯初始凝固坯壳与结晶器之间的润滑条件·2模拟条件及模拟条件层次化l本文主要研究磁感应强度在不同结构参数、钢液液面高度和电源参数变化下的变化规律,从而通过磁感应强度来为研究电磁力和弯月面变化情况打下坚实的基础·下文中所取|Bz|均为切缝中心处A点纵向路径所得,模拟条件除文献中表1和表2所示以外,建模高度为280mm,电流强度1200A,频率为30kHz·2.1结晶器的切缝长度图1为结晶器的切缝长度变化对|Bz|的影响·图2为结晶器切缝长度与|Bz|max的关系·图1,图2是在保证结晶器的切缝中心,感应线圈中心和钢液上表面同等高度情况下,增加结晶器的切?缝长度·随着结晶器的切缝长度的增加,|Bz|max也相应增加,磁感应强度在钢液作用范围增大·当切缝长度达到一定长度时,位于结晶器切缝处纵向上的磁感应强度分量增加迅速·但这将导致结晶器强度降低,易发生漏钢等工艺问题,因此在实际生产和实验中应尽量采用部分切缝的结晶器·2.2切缝宽度对于磁异常织构的影响图3为切缝宽度对|Bz|分布的影响,研究的切缝宽度范围在0.3～1.1mm之间·从图4可以看出,切缝宽度对铸坯表面磁感应强度有较大影响,在切缝处|Bz|随着切缝宽度的增加而增强·|Bz|从0.3mm切缝宽度的0.0579T增加到1.1mm切缝宽度的0.08906T,增幅为53.8%·但是,实际生产应用中,切缝宽度过大可引起结晶器强度降低,易产生漏钢的危险·减小切缝宽度可使磁场分布趋于均匀化,但切缝过窄,磁场衰减程度过大,将造成磁场能量的过多损失·因此,考虑实际钢液的表面张力等情况,建议切缝宽度控制在0.5～0.8mm·2.3结晶器切缝数对磁异常织构的影响由图5可见,在所模拟的切缝数目范围(8～60)内,相同的电源频率和电流强度下,切缝处|Bz|随切缝数目的增加而明显增加,但是随着切缝数目的增加其增幅逐渐减少·从图6可以看出在结晶器切缝数少于32时增幅相对较大,在结晶器切缝数多于32个后增幅相对较小·继续通过增加切缝数来提高结晶器的透磁性,效果不再明显·增加切缝数可以减小结晶器壁对磁场的屏蔽效果,有利于磁场分布的均匀化,但是,结晶器切缝数目的增加还会使结晶器结构和冷却系统复杂化,降低结晶器强度,且增加了铸坯表面的纵向波折数,所以从增加透磁性和保证结晶器强度两方面考虑,切缝数应有一个最佳值,视具体工艺条件而定·在本模型中认为控制在32缝时效果较好·2.4结晶器壁厚的影响图7,图8为结晶器壁厚对|Bz|影响的示意图·所研究的结晶器壁厚的变化范围为10～19mm·从图7,图8可看出,随着结晶器壁厚的增加,|Bz|在切缝处的值相应减小·当结晶器壁厚为19mm时,|Bz|max为0.04384T;当结晶器壁厚为10mm时,|Bz|max为0.06131T·在所研究范围内,结晶器壁厚每增加1mm,|Bz|减小约0.0019T·结晶器壁厚增加不利于磁场进入结晶器内部,因此,在保证结晶器强度基础上应尽量减小结晶器的壁厚·3感应线圈中心位置的影响模拟条件为感应线圈中心位置、结晶器切缝纵向中心位置在同一水平高度上进行钢液液面高度比较·图9的液面高度标注为钢液自由液面距离结晶器顶部距离·如图10所示,在感应线圈中心位置(-165mm分布)的电流产生的磁场最强,中心偏上位置(-125mm到-155mm分布)和偏下位置(-175mm分布)磁场都会有所衰减·当钢液位于线圈中心上方时,|Bz|在钢液上方的作用范围随着钢液距离线圈中心位置的增大而相对增大·当钢液位于线圈中心下方时,在研究范围内其磁感应强度在纵向分量|Bz|磁场作用范围最小·因此,应使钢液液面位于感应线圈中心位置从而节约能量,提高生产效率·4感应线圈内电流强度的影响从图11可以看出切缝处|Bz|随感应线圈内电流强度的增加而增加·而|Bz|与感应线圈内安匝数呈线性增加,安匝数为线圈匝数与单线圈电流强度的乘积·随着感应线圈内电流强度的增加,相应产生的电磁场和钢液内部由于集肤效应产生的感应电流强度也将增加,进而在结晶器内部钢液表面受到的电磁力也将随着感应线圈电流强度的增加而增加·电磁力的加强,对结晶器内壁的钢液的推离作用增强,弯月面高度增加,三相点位置下移,渣道变宽,这有利于保护渣的渗流和改善初始凝固坯壳的润滑条件·然而,随着电流强度的增加,使得电磁力对内部钢液的搅拌作用增强,易造成弯月面的波动增强,不利于铸坯表面质量的改善·因此,在实际生产中应合理施加感应线圈的电流强度·5结构参数的影响以实际钢液作为介质,系统地数值模拟了电磁软接触电磁连铸圆坯结晶器内的磁