连铸电磁搅拌研究.ppt

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1、报告内容引言电磁搅拌的结构与原理电磁搅拌的设计与要求电磁搅拌的影响因素结晶器电磁搅拌数值模拟电磁搅拌与铸坯质量效果小结电磁连铸技术电磁连铸技术连铸电磁搅拌的发展历程19世纪初，法国人Faraday从事磁流体动力学(MHD)的研究。1922年，美国J.D.Mcneill获得了EMS控制凝固过程的专利。1952年，德国在半工业连铸机上试验第一台二冷区电磁搅拌器；奥地利进行了结晶器工频旋转电磁搅拌的工业试验。1973年，法国SAFE厂，在方坯连铸机采用电磁搅拌技术。1979年，法国采用新型搅拌辊，进行板坯连铸电磁搅拌。1982年，英国人

2、首次提出MHD在冶金中应用的明确概念。1985年，ISIJ把MHD在冶金中的应用称为电磁冶金。1989年，电磁冶金改称为材料电磁加工(EPM)。1990‘s，电磁搅拌技术日趋成熟，在大、小方坯，圆坯和板坯连铸应用，同时新的电磁搅拌技术不断地被开发和应用。。。。报告内容引言电磁搅拌的结构与原理电磁搅拌的设计与要求电磁搅拌的影响因素结晶器电磁搅拌数值模拟电磁搅拌与铸坯质量效果小结电磁搅拌器的布置方式按安装位置：结晶器-EMS、二冷区-EMS、凝固末端-EMS(a)M-EMS(b)S-EMS(c)F-EMS安装在铸机不同位置的电磁搅拌电

3、磁搅拌器的布置方式—组合形式S1+S2M+FS+FM+S+F电磁搅拌器的布置方式电磁搅拌的工作原理在结晶器、二冷段区域或凝固末端施加低频电磁场，利用电磁搅拌改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，提高铸坯等轴晶率比率，减轻成分偏析，消除中心疏松，以扩大生产钢种。旋转磁场线性行波磁场电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）电磁搅拌器的结构凸极式圆环形轭铁上嵌有六个凸极铜扁线绕制（外冷）每个凸极上套一个O形绕组冷却不均匀且有死角；冷却水量大；冷却效果差；制作较简单；体积较小；成本较低；使用寿命较短环形式一圈环形轭铁；铜管绕制（内冷）12个

4、绕组全部套在轭铁上（克兰姆绕组）冷却均匀无死角；冷却水量小；冷却效果好；制作较复杂；体积稍大；成本较高；寿命较长1）有效作用长度长；2）电磁力矩和能效大3）使用寿命长得多（一倍以上）电磁搅拌的工作原理根据电磁感应定律，闭合回路内的磁通量发生变化时，闭合回路将产生感应电动势。电磁搅拌器产生的交变电磁场(B)，在围绕导电的金属熔体变化时，磁场和金属液间产生相对运动，使导电回路内的磁通量发生变化。由于磁场以一定的速度(V)切割处于交变磁场之中的金属熔体，使其内部产生感应电流(I)：I=（VB）该电流与磁场相互作用产生电磁力(F)：F

5、=IB电磁力作用在金属熔体上，从而驱动金属熔体运动。通电线圈合成磁场的磁极分布iA(t)=ImsintiB(t)=Imsin(t-120o)iC(t)=Imsin(t+120o)t=0ot=90ot=180o电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）液态金属旋转运动的特点及运动规律运动对液态金属的凝固过程的影响主要体现在对凝固界面前沿的冲刷，这种冲刷作用影响了液态金属凝固过程的传热、传质及最终的凝固组织。电磁搅拌液态金属运动速度分布机械搅拌液态金属运动速度分布离液态金属中心的距离，x/mm离液态金属中心的距离，x/mm搅拌速

6、度，rad/min搅拌速度，rad/min电磁搅拌的工作原理（旋转电磁搅拌）一、MEMS作用下结晶器内的流场：1）无EMS时，由于重力作用，水口出流钢液快速向下，冲击结晶器壁，形成上返流和向下的主流；2）施加旋转磁场后，在以搅拌器为中心对称的一段区域内形成一强烈的环形流场—主流场；旋转钢液碰到结晶器壁或初始凝固坯壳后，形成上下两股分流，即二次流场；搅拌作用越强，影响区域越大。向上流场可到达弯月面，向下流场可以直达结晶器出口；影响区域大小取决于钢液的搅拌速度。电磁搅拌的工作原理电磁搅拌扩大等轴晶区示意图电磁搅拌可通过流动金属液对树枝

7、晶前端的动力折断及熔蚀作用造成大量枝晶碎片供作晶核；同时强力流动可大大加速液心的传热而使过热度迅速消失、两相区迅速扩大；强力流动还可加速传质，使凝固前沿扩散边界层减薄而浓度梯度增大，两相区成分过冷增加，有利于等轴晶的发展。电磁搅拌的工作原理凝固前沿电磁搅拌细化晶粒示意图枝晶臂碎片枝晶重熔电磁力引起的紊流流动新形核基底初生枝晶电磁搅拌引起的熔体强烈流动可以打断或弯曲枝晶臂。部分枝晶碎片将作为金属液凝固时的额外晶核；另一部分富溶质枝晶碎片将被液流带到远离枝晶的液穴中重熔，更多形核基底的出现和枝晶碎片重熔带来的温度均匀化将促进更多等轴晶

8、的形成，从而实现提高铸坯等轴晶率、减少中心偏析、中心疏松和缩孔、改善铸坯凝固组织的目的。电磁搅拌的工作原理柱状晶形成的影响因素1）钢种（碳含量）：凝固两相糊状区大小；透磁效果等2）过热度3）拉速4）断面尺寸电磁搅拌抑制柱状晶生长的作用1）金属熔体流