电磁连铸模拟
连续铸造PPT课件
铸铁
第四节 薄板的连铸技术
铸钢液芯连铸连轧
优点：
大幅度节约能源 显著改变钢锭的质量 扩大连铸产品品种 节省轧制工艺和设备
铸钢液芯连铸连轧
钢锭液芯轧制与普通轧制 的区别：
➢ 变形在表面的凝固层， 内部钢液可以任意流动， 向各个方向等值传递压 力。
➢ 出现拉应力，可能导致 内裂纹，出现漏钢
➢ 部分抵消钢锭矫直过程 的拉应力，防止矫直裂 纹的形成
双带激冷连续铸造的工作原理
单带激冷连续铸造的工作原理
喷射沉积法带材连铸工作原理
反铸造法
O.C.C.连铸技术
O.C.C.连铸技术的原理与特点
原理：铸型加热 O.C.C.连铸技术的特点
➢得到完全单方向凝固的无限长的柱 状晶组织 ➢存在液相隔离，摩擦力小，牵引力 小，利于进行任意复杂形状截面型材 的连铸 ➢凸向液面，气体和杂质难以进入液 相 ➢缺陷少，组织致密，消除了横向晶 界，塑性加工性好
中间的固相对外层的 液相具有支撑作用。
凸出的凝固界面有利 于晶粒的淘汰。
温度太高或拉伸速度 太快、温度太低都不好。
凝固组织的形成
晶粒的淘汰速率 除了与晶粒的晶体学 取向有关外，还和凝 固界面的宏观形貌有 关。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
S搅拌
引起两相区内枝晶的破碎，并进入液相区，促进等轴晶凝固组织的形成，细 化等轴晶粒。
F搅拌
促使枝晶骨架的位置调整和促使等轴晶的形成，防止中心偏析和V型偏析
第三节 其他合金的连铸技术
铝合金的连续铸造
凝固组织的控制
凝固组织的控制
电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证
ｃｓｉｇ ｏ ｎ ｉｅ ｌ ｓｉｔｏ ｕ ｅ ａｔ ）ｒｕ ｄ ｂｌ ｔｍｏｄ ｗａ ｎｒ ｄ ｃ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉｇ ｔ ｒｅｄｍｅ ｓ ｎ ｌ ｔ ｅ ｔ ｌ ｎ ｌ ｎ ｈ ｏ ｒｓ ｏ ｄｎ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ａ ｍａ ｈ ｍａｉ ｏ ａ ｅ
摘
要 ：描述 了自行设计 的电磁软接触 圆坯连铸结 晶器 ， 给出 了相应的三维圆坯 连铸结 晶器 电磁 软接触
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电磁场 的数学模型 ． 采用有 限元方法对数学模型进行数值求解 ， 在对数值计算结果进行实验验证后 ， 系统地研 究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布 ． 数值解与实验结果误 差小于 ５ 分别考察了结 晶器结构 参数 ， ％． 钢液液面
文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —０ ６２ ０ ）９１０ —３ ０ ５３ ２ （０ ７ ０ —３ ２０ 中图分类号 ：Ｔ ２ ９ ７ Ｇ ４ ．
Ｎ ｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｎｅ ｉ ｕ ｎ ｉｙ Ｄｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｆＭ ｇ ｔｃ Ｆｌ ｘ Ｄｅ ｓ ｔ ｓ ｒ ｂ ｔｏ ｓｉ Ｓ ｆ— ｎ ａ ｔｎ ｏ ｔＣｏ ｔ ｃ ｉ ｇ ＥＭ ＣＣ ｕ ｄ Ｂｉｌ ｔ Ｒｏ ｎ ｌｅ ．
（ ｅ ａｏａｏｙ ｏ ｔ ｎｌＥ ｕａｉ ｎ ｔ ｏ ｌ ｔ ｍａｎ ｔ ｒｃ ￣ｎ ｆＭａｅ ａ ， Ｎｏｔｅｓ ｒ Ｋ ｙ Ｌ ｂｒｔｒ ｆＮａｉ ａ ｄ ｃｔ ｎ Ｍｉｓｒ ｆｒＥｅ ｒ ｇ ｅｉ Ｐｏｅ ｉｇ ｏ ｔｒ ｌ ｏ ｏ ｉ ｙ ｃｏ ｃ ｉｓ ｒ ａｔ ｎ ｈ ｅ
…
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅ ｙ ｃ ｓ ｏ ｒａｉ ｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｓ ｆ—ｏ ｔｃ ｖ ｒ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｔ ｒｄ ｃ ｉ ｏｔｃ ｎ ａ ｔＥＭ（ （ ｌｃｒｍａ ｎ ｔ ｏ ｔ ｕ ｕ ｏ ｓｃ ｏ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｃ ｎ
连铸电磁搅拌
连铸电磁搅拌1.引言连铸技术是金属冶炼和加工过程中的重要环节，其目的是将高温熔融的金属连续不断地浇注成所需形状的固体金属件。
在连铸过程中，为了提高铸坯的质量和产量，人们引入了多种冶金技术和工艺，其中连铸电磁搅拌是近年来发展起来的一项重要技术。
2.电磁搅拌技术原理电磁搅拌技术是一种利用磁场力对金属熔体进行非接触式、低能耗的强化搅拌技术。
在连铸过程中，通过在钢水注入结晶器的过程中施加一个适当的磁场，使钢水在磁场的作用下产生旋转或流动，从而实现钢水的均匀混合和传热。
这种技术的应用可以显著提高铸坯的内部质量和表面质量，减少铸坯的缺陷和裂纹，从而提高了产品的成品率和力学性能。
3.连铸电磁搅拌的应用连铸电磁搅拌技术在多种金属材料的连铸过程中得到了广泛应用，如钢铁、铜、铝等。
在钢铁行业，连铸电磁搅拌技术主要用于提高方坯、板坯和圆坯的质量和产量。
通过对方坯进行电磁搅拌，可以显著减少中心疏松和偏析，提高其力学性能；对板坯进行电磁搅拌，可以提高其表面质量和尺寸精度；对圆坯进行电磁搅拌，可以提高其内部质量和生产效率。
在铜、铝行业，连铸电磁搅拌技术也得到了广泛应用。
例如，对铜合金进行电磁搅拌可以显著提高其成分均匀性和力学性能；对铝合金进行电磁搅拌可以改善其组织结构和力学性能，从而提高其抗拉强度和延伸率。
4.经济效益与社会效益连铸电磁搅拌技术的应用可以带来显著的经济效益和社会效益。
首先，通过提高铸坯的质量和产量，可以减少产品的废品率和生产成本，提高企业的经济效益。
其次，连铸电磁搅拌技术的应用可以显著降低能耗和减少环境污染，从而提高了企业的环保水平和社会形象。
此外，连铸电磁搅拌技术的应用还可以提高生产效率和生产能力，从而为企业创造更多的商业机会和竞争优势。
5.结论连铸电磁搅拌技术是一种重要的冶金技术，其在提高铸坯质量和产量、降低能耗和环境污染等方面具有显著的优势。
随着技术的不断发展和完善，连铸电磁搅拌技术的应用范围和效果将不断扩大和提高。
连铸电磁搅拌技术的试验研究
分析 试验 数 据 表 明 ， 矩 随着 电流 、 率 的增 扭 频
大 而增 加 ， 图 ２ 见 。在 磁 场 中 ， 均时 间 内的磁 力 平 密 度 值 Ｆ Ｎ ｍ ）可用 下式 表 示 ： （／
可 明显看 到结 晶器 内熔 融合 金 在 电磁搅 拌 作用 下
２ 试 验的方 法与步骤
试验 在 电磁搅 拌平 台上 进行 ， １０ｍｍ×１ ０ 用 ４ ４ Ｉｎ 的方坯 外 置式 结 晶器搅 拌 器 。 验介 质 伍德 合 ｎ 试 金 （ ｂＳ — ｉ的成 分 为 ： ｂ １ ． ６ 、 ｎ５ ． ４ 、 Ｐ —ｎＢ ） Ｐ ０ １ ％ Ｓ ９ ２ ％ Ｂ ０ ６ ％ ， 始 熔 化 温 度 １ ０ ｏ ｉ ．０ 初 ３ ０ Ｃ，液 相 线 温 度
注 ：表 中钢 蔽 是 在 １７ ０℃ 条 件 Ｆ的 粘 腰 值 ， 验 合 金 是 ０ 试
在 １０℃ 条 件 下 的粘 度 值 。 ２
试验 步 骤 为 ： １ 用 调 压器 逐渐 对 加热 电阻升 （） 压 ， 化 合 金 ；２ 合金 温度 达 到 ２ ０ｃ 时停 止加 融 （） １ ｃ
金
的旋 转状 态 ， 图 １ 见 。 试验 使 用 耐火 材 料 模 拟夹 杂物 。在 向心 力作 用下 ， 耐火 材 料 向中心 聚集 ， 随合 金 一起 旋 转 ； 并 同 时存 在 于表 层 区域 的气 泡 和 夹 杂 向中 心 聚集 、
逸 出 ，从 而 获得 洁 净 致 密 的表层 。在离 心 力作 用 下 ， 金 沿 结 晶器 四周 器 壁 向上 隆起 ， 合 电磁 力 可强
ｓ ｅ ｉｌｔ ｆｓｉ ｅ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ．Ｉ ｏ ｃ ｕ ｈ ｅ ａ ｉｎｓ ｐ ｂ ｔ ｅ ｈｅｓ ｅ ｉｌｔ ｆｍａ ｎｅｉ ｐ ｃ ａｉｙ ｏ ｔ ｒｈ ｓｂ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ｔｃ ｎ ｌ ｄｓｔ ｅｒ ｌ ｔ ｒ ｏ ｈｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｐ ０～２０ 年 投资 建设 了 电磁搅 ０１
连铸电磁搅拌器原理
连铸电磁搅拌器原理连铸电磁搅拌器是一种应用于连铸过程中的设备，通过电磁力的作用实现对铸坯温度和组织的控制。
它的原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，从而搅拌坯内的金属液，使其温度和组织均匀。
连铸电磁搅拌器主要由电磁线圈、电源和控制系统组成。
电磁线圈是通过电流产生磁场的装置，通常由多层螺线管组成。
电源主要用于提供电流，控制系统则用于控制电磁搅拌器的工作状态。
在连铸过程中，电磁线圈通过电流产生的磁场作用于铸坯内的金属液，从而达到搅拌的效果。
具体来说，连铸电磁搅拌器的工作原理如下：1. 电磁感应：当电流通过电磁线圈时，会在铸坯内产生交变磁场。
根据法拉第电磁感应定律，交变磁场会在金属液中产生涡流。
2. 涡流作用：涡流会在金属液中形成环流，这种环流会导致金属液受到电磁力的作用。
涡流的强度和方向与金属液的电导率、磁场强度和频率等因素有关。
3. 电磁力作用：涡流受到电磁力的作用，使金属液发生搅拌。
电磁力的大小和方向由涡流和磁场的相互作用决定。
通过调节电流和频率等参数，可以控制电磁力的大小和方向，从而实现对金属液的搅拌。
连铸电磁搅拌器的原理基于电磁感应和电磁力的相互作用，可以实现对连铸坯的温度和组织的控制。
通过搅拌坯内的金属液，连铸电磁搅拌器可以使铸坯的温度和组织更加均匀，提高产品的质量和性能。
此外，连铸电磁搅拌器还可以减少铸坯内部的气孔和夹杂物，提高产品的表面质量。
连铸电磁搅拌器是一种通过电磁力实现对连铸坯温度和组织控制的设备。
它的工作原理是利用电磁感应和电磁力的相互作用，通过在连铸坯内部产生交变磁场，对金属液进行搅拌。
连铸电磁搅拌器可以提高产品的质量和性能，使铸坯的温度和组织更加均匀。
它在连铸过程中具有重要的应用价值。
360mm×450mm方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟
结 晶器 内电磁场 、 电磁力的分布特征 以及 电流 （０ ７ ０Ａ） 搅拌 频率 （ ． ３ ０ Ｈ ） 电磁 场和 电磁力 的影 响。 ３０～ ０ 、 ２ ０～ ． ｚ 对
结果表 明， 转磁 场在结晶器搅拌 区域 内产生 电磁力 ， 旋 使钢 液在水平方 向形成旋 转流动 ； 磁感 应强度 与搅拌 电流成 线性关系 ， 在低频 率搅拌条件下频率 对电磁搅拌强 拌 磁场 数值模拟
Ｃ ｎ Ｙｏ ｇ ，Ｚｈｕ Ｍｉ ｏ ｏ ｇ ｈｅ ｎ ａ ｙ ｎ ，Ｒｅ ｎ ｚ ｎ Ｂｉ ｇ ｈｉ （ ｃ ｏ ｌ ｆ ｔｒ ｌ ａ ｄ Ｍｅａ ｕｇ ， ｏ ｈ ａｔ ｎＵ ｉｅｓ ｙ ｈ ｎ ａ ｇ１ ０ ０ ； １Ｓ ｈ ｏ ｏ ｅｉ ｓ ｎ ｔ ｌ ｙ Ｎ ｒ ｅ ｓ ｒ ｎｖ ｒ ｔ，Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ０ ４ Ｍａ ａ ｌ ｒ ｔ ｅ ｉ ２ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｔ ｉ ｅｅｒｈ Ｐ ｎｈ ｕ ｏ ｎ ｔ ｌ ｅｅｒ ｎｔｕｅ Ｐ ｎｈ ｕ １０ ０ ｅａｔ ｎ ｅ ａ Ｒ ｓａｃ ， ａｚｉ ａＩ ｎａｄＳｅ ｓａ ｈＩｓ ｔｔ， ａｚｉ ａ６７ ０ ） ｍ ｏ Ｍａ ｒ ｌ ｈ ｒ ｅＲ ｃ ｉ ｈ
陈 永 朱 苗勇 任 兵 芝
（ １东北 大学材料与 冶金学 院 ， 阳 １００ ； 沈 １０ ４ ２攀枝花钢铁研究 院材 料所 ， 攀枝 花 ６ ７ ０ ） １ ００
摘
要
根据麦克斯 韦电磁理论 ， 建立 了３ ０ｍ ４ ０ｍ ６ ｍ ｘ ５ ｍ方坯 连铸 结晶器 电磁旋转搅 拌的数学模型 ， 分析 了
ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｏｃ ｎ ｍｏ ｄ ｔ ｋ ｌ ｎ ｓｅ ｌ ｈ ｒ ｎ ｔ ｏ ｚ ｎ ａ ｅ ｔ ｎ：ｔ ｅｒ ｌ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｇ ｅｉ ｕ ｔ ｎ ｉ ｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｆｒ ｅ ｉ ｌ ｍａ ｅ ｍｏ ｔ ｔｅ ｉ ｉ ｇａ ｒ ｏ ｔ ｓ ｃ ｉ ｃ ｏ ｅ ｗ ｌ ｈｉ ｌ ｏ ｈ ｅ ａｉ ｅｗｅ ｎ ｍａ ｔ ｆ ｘ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｎ ｃｌ ｎ ｙ ｏ ｄ ｃｉｎ ａ ｄ ｓｉ ｉ ｇ ｃ ｒｅ ｔ ｓｌ ｅ ｒｔ ，ａ ｄ ｗｉ ｗｅ ｔ ｒｎ ｅ ｕ ｎ ｙｔ ｅｅ ｅ ｔ ｆｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｔ － ｆ ｎ ｕ ｔ ｎ ｔ ｒ ｕ ｒ ｎ ｎ ａ ｙ ｎ ｔ ｌ ｒ ｉ ｉ ｇｆ ｑ ｅ ｃ ｈ ｆ ｃ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｏ ｌｃ ｒｍａ ｎ ｔ ｓｉ ｉ ｏ ｒｎ ｉ ｉ ｉ ｈｏ ｓｒ ｒ ｏｒ ｃ ｒ
procast模拟连铸
非稳态模拟-Geometry menu
由于MiLE算法不支持View Factors（ON）的辐 射计算，所以不必定义对称关系，而只需要在 Boundary Conditions中定义。 MiLE算法不能使用Virtual mold。 菜单中显示的体积是原始模型的体积，而非折 叠层展开后的体积。
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18
稳态设置-流场耦合-曲线（薄 带）
同样的，对于所有的流场计算都要在浇口顶部设置压力条件。
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连铸模拟小结
对于温度场计算，热、流动耦合计算，都要计 算非稳态过程。达到稳态后者所用的计算时间 比前者要多很多。例如：实际50s达到稳态， 前者需要60step，而后者需要170step。 一般先计算温度场，达到稳定态，然后提取稳 态温度场作为初始条件进行耦合计算，这样达 到稳态的时间会少很多。 带浇口的模型一定要注意，入口速度，并且在 整个浇口面设置强制温度，在后面的偶合计算 时要去除。
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非稳态模拟-Accordion（折叠 层）
选择下游折叠面设置为Accordion，并添加相应的Accordion条件，设置参 数：层数、单元厚度。 设置的层数不能太多，因为在计算开始时（Datacast），所有的层都同时 建立。为了控制计算模型大小，折叠层的总厚度不要超过延伸长度太 多。
组合式电磁连铸结晶器内夹杂物运动的数值模拟
Ｖ
＝百 ２ ｌ 一引 （ 一弓 ＋ 勋 ）
Ｖ １舸面一 ） 警 ， Ｉ 訾＋ ／ ｄ ｆ
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用 【 ６． 合式 电磁连 铸结 晶器 是 在这 两 项 技 术 ４ Ｊ组 － 的基础 上提 出的 又 一项 新技 术 ． 组合 式 电磁 连 铸 结 晶器技 术 的基 本 原 理是 ， 用 具 有透 磁 和 聚 能 使 结构 的结 晶器 ， 弯月 面 区域 施加高频 磁 场 ， 水 在 在 口区域 施加 静磁 场 ， 以同 时达 到软 接 触和 电磁 制
不变；
动的目的【 ． ’ 文献［］ ， ７ 对组合式电磁连铸结 晶器 内的磁场分布进行了研究， 文献Ｅ ］ ８ 对其中的流场
进行 了研 究 ， 别 从 磁场 分 布 和流 场 分布 的角 度 分 分 析 了该技术 的可行性 ． 迄今为 止 ， 未见 到关 但 还 于组 合 式 电磁 连铸 结晶器 内夹杂 物行 为 的研究 报
杂物在铸坯内的分布形态， 并针对不 同的操作参
数和结构 参数 进 行 研究 ， 组 合式 电磁 连 铸结 晶 为 器的优 化设 计提 供理论依 据 ．
由 结晶 钢 于 器内 液的流 是稳态 动 流动， 譬 即
＝０ 而 且 流 动 为 湍 流 ， 此 ， ｅｓｔ力 可 被 忽 ， 因 Ｂ ｓｅ 略【 ０， （） １］式 １可简 化为
摘
要：采用 数值模拟方法对组合 式电磁连 铸结 晶器 内夹杂物 的运 动轨迹 和夹杂物在铸 坯
内的最终分布状态进行 了模拟 ． 对静磁场磁感应强度和两种磁场的不同相对位 置对夹杂物分布状 态的影响进行 了分析 ． 分析结果 表 明： 着静磁 场磁感应 强度的增强 ， 随 夹杂去 除率提 高， 皮下夹 杂 减少 ， 铸坯 内的夹杂物分布 变得 均匀 ； 当静磁场 由水 口中心逐 渐下移 时 ， 夹杂 去除率 降低 ， 皮下 夹
日本连铸工艺中电磁力应用技术现状
水 口的钢 流 排 出孔 附 近 ， 虽能 分 散结 晶器 内钢 流
流动 ， 控 制性差 。 但 根据 直 流磁场 和流 动而产 生的
感应 电 流通 路 分布 有 控制 效 率 和稳 定 性 的要 求 ， 开发 了如 图 ３ 示 的在宽 度方 向有 均 匀磁场 的结 所 晶器 内 电磁制 动器 ， 仅可稳 定制 动钢 液下 降流 ，‘ 不
Ｘｉｏ Ｙｉ ｇｌ ａ ｎ ｏｎｇ
（ ｏ ｇ ｉ ｇ Ｉｏ ｎ ｔ ｅ ｏ ｐ Ｃｏ ｐ Ｃｈ ｎ ｑ ｎ ｒ ｎ ａ ｄ Ｓ ｅ ｌ Ｇｒ ｕ ｒ ）
１ 前 言
固中等轴 晶的 生成机 理 、 杂物 的生成 与凝 聚 、 夹 保
护 渣 熔 融 及 结 晶过 程 等方 面 也 积 累 了 丰 富 的知 识 。从 而奠定 了 电磁 力应 用基 础 。
肖英 龙
（ 庆钢铁集团公司） 重
Ｐｒ ｓ ｎ ｔ ｔ ｓ ｏ ｅ ｅ ｔＳ ａ ｕ ｆＡｐｐ ｉ ｄ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｌｅ ｃ ｎｏ ｏ ｙ
ａ ｏ ｔＥｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｒ ｅ ｉ ｂ ｕ ｅ ｔｏ ｇ ｔｃ Ｆｏ ｃ ｎ
Ｃｏ ｔｎ ｏ ｓＣａ ｔｎ ｏ ｅ ｓｉ ａ ａ ｎ ｉ ｕ ｕ ｓｉ ｇ Ｐｒ ｃ ｓ ｎ Ｊ ｐ ｎ
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第 ｌ ２卷 第 ３期
２０ ０ ６年 ６月
一
宽 厚 板
Ｗ ｌ ＤＥ ＮＤ ＥＡ Ｖ Ｙ Ａ Ｈ ＰＬＡＴＥ
Ｖ ｏ ． ２． ｏ． １１ Ｎ ３
Ｊ ｎ ２ ０ ‘４３ 。 ｕｅ ０６
・
国外 冶金 技 术 ・
日本 连铸 工 艺 中 电磁 力 用 技术 现状
日本 用 连铸 工艺 之所 以能 同时获得 高效 率和 高质量 铸坯 ， 益于其 独 自开发 、 得 应用 于生产 的 电
连铸电磁搅拌
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(2) 线性电磁搅拌器
原理： 线性搅拌器则相当于直线电动机，即定子铁芯上的绕组通交 流电，在磁极间激发行波磁场，行波磁场在铸坯钢液内产生感应电流， 从而在铸坯内产生电磁力矩，形成线性搅拌。一般地，线性电磁搅拌的 行波磁场方向平行于铸坯的宽面方向。
2.1 连铸过程电磁搅拌技术简介
在钢的连铸过程中，电磁搅拌因其具有不接触钢液而 在钢液中产生搅拌作用的优点，成为继浸入式水口、保护 浇注等之后最重要发展的连铸技术之一，受到广泛的关注 和应用。
连铸电磁搅拌技术是指在连铸过程中，通过在连铸机的 不同位置处安装不同型式的电磁搅拌，利用所产生的电磁 力强化铸坯内钢液的流动，从而改善钢液凝固过程中的流 动、传热和传质条件，以改善连铸坯质量的电磁冶金技术。
辊式搅拌器外观
三环式
双蝶式
。
2.4 连铸过程电磁搅拌的冶金作用
连铸过程电磁搅拌对铸坯质量产生以下影响：
• 铸坯内部质量和均质性的改善; • 铸坯表面及皮下质量的改善; • 减轻中心偏析;如下图，有三种绕线方式，分别为迭绕式、凸极形 、套圈形。
迭绕式电磁搅拌器图
凸极形电磁搅拌器
套圈形电磁搅拌器
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(2) 线性电磁搅拌器
用于板坯连铸二冷搅拌的线性 搅拌器通常有辊内、辊后和辊间等 不同安装位置，如下图，辊式搅拌 器的外观如右图(上)，搅拌形式有 三环式和双蝶式两种，如右图(下)。
M-EMS S-EMS F-EMS
组合搅拌
2.3 电磁搅拌器的结构及原理
(1) 旋转磁场式电磁搅拌器
原理： 旋转磁场式电磁搅拌器的工作原理类似于交流电动机。 通三相交流电（有时采用两相供电），在磁极间产生旋转磁场，旋 转磁场在铸坯钢液内产生感应电流，进而在钢液内产生旋转力矩， 使钢液产生旋转运动。
电磁软接触连铸技术对连铸坯表面振痕的影响及原因探讨
（ 东北大学 材料电磁 过程研究教育部重点实验室 ，沈 阳 １００ ） １０４ 摘 要 ：电磁软接触连铸技术是一门新 兴技术 ．讨论 了电磁软接触连铸技术 的产生背景和发展过程 ；分析 了
其作用 原理 ；综述 国内外学者利用电磁软接触连铸技术实验的冶金效果 ；实验研究 了有无电磁场作用下弯月 面 区域结晶器壁温的温度变化规律．结果表明 ：电磁软接触连铸技 术可 以提高结 晶器 内壁和金 属熔池 温度 ， 改善铸坯的初始凝 固过程 ，减轻振痕 ，提高铸坯 的表面质量．最后提出了电磁软接触连铸技术研究 中还需进
一
步 研 究 的 关 键 问题 ．
关键词 ：电磁软接触 ；连铸 ；结晶器 ；温度 ；振痕
中图分类号 ：Ｔ ７ Ｆ７ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号：１７ －６ ０ ２ ０ ）４０ ５ －６ ６ １６２ （０ ８ ０ －２８０
Ｅ ｅｔ ｆ ｌ ｔｏ ｇ ｅ ｃｃｎｉ ｏｓ ａｔ ｇ（ ＭＣ ｆ ｃ ｏ ｅ ｒｍａｎｔ ｏｔ ｕ ｕ ｓｎ Ｅ Ｃ）ｔｃｎｑ ｅｏ ｓｉａｉ ｅｃ ｉ ｎ ｃ ｉ ｅｈ ｉｕ ｎｏｃｌ ｏ ｌｔ ｎ
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ANSYS电磁场分析
基于ANSYS的连铸坯感应加热温度场数值模拟目前，连铸技术虽然已经得到了广泛的应用，但连铸与后续轧制工序的衔接仍然普遍采用高能耗、高污染、低效率的加热炉重新加热的工艺，因而造成了巨大的钢材损失和能源浪费。
而连铸坏直轧技术(Continuous Casting- Direct Rolling，简称CC-DR)则很好地解决了这个问题。
它在连铸工序和轧制工序之间采用在线电磁感应加热工艺将连铸和轧制直接联系起来。
刚刚从连铸结晶器拉出的铸坯，在温度尚未大幅度下降之前，利用电磁感应加热工艺进行补热及温度均匀化处理，使铸坯完全满足轧制需要，并直接送人轧制工序，从而完成连铸热直轧过程。
感应加热技术应用于钢厂热轧平板钢坏边部均温加热的研究，起步比较早的有法国和日本的一些公司，它们均已投入大量的人力和财力在进行研究，我国起步较晚。
1 数学模型的建立1.1电磁场数学模型与边界条件的确定因为感应加热装置的频率都是基于中低频的，此时各种场域中的位移电流密度幅值远小于传导电流幅值，故对于感应加热线圈中的电磁场，可忽略位移电流效应。
当感应线圈中通入正弦交变电流时，其产生的交变电磁场为动态位电磁场，涡流场的数学模型为正弦似稳态问题。
为了简化概念以简便地构造数学模型，在此引入复矢量磁位A和复标量电位Φ两个位函数，根据向量微积分法则，引入库仑规范，通过麦克斯韦力一程组可求得描述正弦电磁场的复矢量动态位微分方程为:式中，为拉普拉斯运算符号(算子);为梯度算子;j为复数的基本单位;ω为角速度;μ为材料磁导率;σ为电导率;为激励源施加电流密度复数形式。
在坯料与空气的交接面S1与S2上，必须满足磁通连续性条件，即:式中,A1与A2分别为坯料与空气两种介质的复矢量位。
联立方程(1)—(3)可以得出涡电流的分布，涡流场的电流密度表达式为式中，J为电流密度的复数形式。
1.2 温度场数学模型与边界条件的确定感应加热过程中工件温度场的求解不同于一般的热传导问题。
矩形坯连铸机凝固末端位置的模拟计算
目前 ，凝 固末 端 电磁 搅拌 （ — ＭＳ Ｆ Ｅ ）技术 已
经 开始 在 国内 的一些 大 方坯 连铸 机 上应 用 ．可 以 有 效地 解决 连铸 坯 的 中心缩 孔 、中心偏 析 和 中心
连铸 坯 断 面 ：１ ０ｍ ｎ×２ ０ｍｉ、１０ｍ ｎ× ６ ｉ ０ ｎ ６ ｉ
２ ５ ｌｒ 、 １ ０ ｔｎ × １ ０ ｍｌ ４ ｆ ｎｌ ６ ｉ ｏ ６ ｎ：
（）忽略 结 晶器 的振动 及对 传热 的影 响 ； １
（ ）忽 略连铸 坯沿 拉 坯方 向 的传 热 ； ２
结 晶器 有效 高度 ：９Ｏｍ Ｏ ｍ；
金
茹 ：２ Ｏ Ｏ Ｏ年 毕 业 于 西 安 建 筑 科 技 大 学 ，硕 士 ，现 在 技 术 研 究 院 从 事 炼 钢 、 连 铸 工 艺 技 术 开 发 工 作 。工 程 师 。 收 稿／ ０ ５０ －６ ２ ０ －９０
ｐ ｓｔ ｎ ｏ ｔ ｒ ｒｈ ｅ ｎ ｆ ｕ ｄ ｏ ｔ ｏ ｉ ｏ ｓｉ ｅ ａ ｂ ｅ ｏ ｎ ｕ ． ｉ ｆ ｒ ｓ
Ｋ Ｙ ＷＯＲＤ ｒｃａ ｇ ｌ ｉ ｅ， ｔｅ ｔ ａ ｄ ｌ ｓｌ ｉ ｃ ｔ ｎ ｈ ａ ａ ｓ ｒ Ｅ Ｓ ｅ ｔｎ ｕａ ｂｌ ｔ ｍａ ｍａｉｌ ｍｏ ｅ， ｏｉ ｆ ａｉ ， ｅ ｔ ｒ ｆ ｒ ｌ ｈ ｃ ｄｉ ｏ ｔｎ ｅ
确 地确 定连 铸 坯凝 固末 端 的位 置 ．以期 达 到最 佳
的搅拌 效果 。 目前 ．确 定 连铸 坯凝 固末 端 位 置 的
方法 有很 多 ，如射 钉法 、注铅 法 和注 银法 等 ，对 于方 坯连铸 机 使用 最 多 的是利 用计 算 机进 行 的连
２ 连铸坯凝固传热模型的建立
在 建 立模 型 时 ． 以连 铸 坯 横 截 面 的 １４作 ／
电磁连铸技术的应用及发展
河北 理工 大学学 报 （ 自然 科学 版 ）
第３ ３卷
前面三种电磁搅拌具有各 自的用途和特点 ，Ｍ技术即是综合运用以上三种技术或其 中的两种 ， Ｋ 可在大
范围内获得微细等轴晶带的同时， 实现改善中心偏析的 目的。
（） ５ 跨结晶器电磁搅拌 跨结晶器电磁搅拌与普通电磁搅拌的安装位置有很大的区别 ， 它安装在结晶器水套外边跨于结晶器与
（ ） 固末端电磁搅拌（ ．Ｍ ） ３凝 ＦＥ Ｓ 般在浇注对碳偏析有严格要求的含碳高 的钢种时采用 ， 为保证搅拌效果 ， 其安装位置要靠近凝固末
一
端， 一般在液芯直径为 ６ ８ｍ ０～ ０ ｍ处为佳 ， 并允许调节。 （） ４ 组合式 电磁搅拌（ Ｍ技术） Ｋ
收稿 日期 ：０ １ １１ ２ １－ — ０ ２
足辊之间。跨结晶器电磁搅拌是一种较少见的搅拌形式 ， 国内只有少数钢厂从德国引进 ， 其磁场分布、 磁感
应强度 、 电磁搅拌力、 钢液的旋转、 流动都与 Ｍ Ｅ Ｓ ＳＥ Ｓ —Ｍ 或 －Ｍ 不同。这种搅拌形式从布置上看 ， 兼有 Ｍ—Ｍ ＥＳ 和Ｓ Ｍ － Ｓ的双重作用 ， Ｅ 在包钢的实际生产中跨结 晶器 电磁搅拌对改善铸坯 中心疏松和 中心偏析， 作用非常
Ｖ １ ３ ｏ４ ｏ ３ Ｎ ． ． Ｎ ｖ２ １ ｏ．０ １
文章编 号 ：６ ４ ２ ２ ２ １ ）４ ０ ９ ５ １７ － ６ （ ０ １ ０ － ３ － ０ ０ ０
连铸电磁搅拌的作用
连铸电磁搅拌是一种应用于连铸过程中的一种技术，它通过在铸模中加入电磁感应线圈，利用电磁场对流体金属进行搅拌和剪切，从而改善了铸坯的组织和性能。
连铸电磁搅拌的主要作用有以下几个方面：
1. 改善铸坯均匀性：在非均匀冷却和凝固条件下，熔体中的包含气泡、夹杂物和浮渣等杂质会聚集在坯内部的某些位置，导致铸坯不均匀。
电磁搅拌可以有效地打破熔体表面张力，促进熔体的混合和扩散，使得坯内的气泡、夹杂物和浮渣分布更均匀，从而改善铸坯的质量。
2. 促进晶粒细化：在铸造过程中，熔体的流动状态对晶粒的形成和生长具有重要影响。
电磁搅拌可以产生流体的强剪切力和涡流，使得熔体进行快速混合，从而促进晶粒的细化和均匀分布。
3. 改善铸坯中的偏析：熔体在凝固过程中往往存在着组分偏离的现象，这导致铸坯中某些部位组成不均匀。
电磁搅拌可以加快熔体的混合速度，减少组分的偏析，改善铸坯的组织和均匀性。
4. 提高产品质量：连铸电磁搅拌技术可以改善铸坯的组织和性能，使得产品的质量得到提高。
同时，它还可以降低生产成本，提高生产效率，是一种非常有价值的先进铸造技术。
连铸机数值模拟要点
连铸过程中板坯凝固的数值模拟数学模型的建立控制方程图5-1铸坯凝固及坐标系从结晶器弯月而处沿板坯中心取一长为dx、髙为dy的微元体，把微元体上位在二维坐标系中，与板坯一起向下运动。
对微元体做热平衡，根据控制微元体内能量守恒关系，可推导出描述热量传输的基本方程：dT d /y oT a z ar 「叫—= ="）+ L （兄「）+ S(5-1) or ox ox oy oy式中，T——温度：1 --- 时间：A——导热系数：p——密度：Cp——比热容；S——内热源。
定解条件(1) 初始条件：T = T C (浇注温度) (2) 边界条件:结晶器：在结晶器冷却区，结晶器器壁的热流密度是拉坯速度和距钢水液而距离的函数，这一函 数是由savage 和pritchard 提岀并由Davies 实验确左。
q = 2.64exp(~—) + 0.91 exp(-—-—) + 0・93MW / nrv 11.3v式中：q 一一热流密度：v -------拉速:z ——距钢水液面距离。
二冷区:q = h(T b -T f )(w/m 2)式中：h ——对流换热系数:T h ——板坯表而温度: T f 一一冷却水温度：空冷区：q =刃[(耳 + 273 )4 -(7；)+273)4] (W/m 2)(5-4)式中，8——物体黑度；CT 一一韦斯蒂芬-波尔兹曼常数： T.——外部环境温度。
本项目中涉及的板坯无空冷区O内热源项的消除与凝固潜热的等效对于同一铸件液相的内能疋丄大于固相的内能E"因此当合金凝固由液相转变为固相 时，必然要产生^E = E L _E S 的内能变化，这个内能变化量(通常用厶表示)成为凝(5-2)(5-3)固潜热。
潜热释放是凝固过程区别于一般导热过程的显著特点。
由于潜热释放，会明显降低铸件的冷却和凝固速度，傅立叶方程由于潜热的释放，实际变成了具有内热源的温度场，如图5-1 所示。
板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的数学物理模拟
２ ０ １ ３ 年１ ２ 月
上洛戈
报 （ 自 然科学版）
Ｖｏ１ ．１ ９ Ｎ０．６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩ ＵＮＩ ＶＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ ＮＡ ＴＵＲ ＡＬ Ｓ ＣＩ Ｅ ＮＣＥ ）
ＣＨＡＮＧ Ｔｏ ｎｇ — Ｘ Ｕ， Ｊ Ｉ Ａ Ｈａ ｏ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｚｈ ｅ ｎ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ， ＤＥＮＧ Ｋａ ｎ ｇ， ＲＥＮ Ｚｈｏ ｎ ｇ — ｍｉ ｎ ｇ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｍｏ ｄ ｅ ｒ ｎ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ７ ２ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ｆ ｕ ｘ ｄ ｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｐ ｐｅ ｒ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｃ ａ ｎ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｉ ｎ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｐｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ｆ ｕ ｘ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｎ ｏ ｔ ｂ ｅ ｔ ｏ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ．
ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｈｏ ｗｅ ｖ ｅ ｒ ，ｃ ｏ ｎｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｐｏ ｗｄ ｅ ｒ ａ ｎｄ ｉ ｍｐｉ ｎ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ，ｔ ｈｅ
电磁制动技术在板坯连铸过程中的应用
电磁制动技术在板坯连铸过程中的应用
1 板坯连铸技术
连铸技术是炼钢过程中采用的高效率节能技本，其主要功能在于
将冶炼过程中获得的钢水连续性过滤、凝晶洗精、充电和熔化。
在板
坯连铸技术中，电磁制动技术可以帮助控制和调节液体钢水的流动，
从而控制连铸机的一系列参数和规格，使得板坯具备更好的力学性能。
2 电磁制动技术的原理
电磁制动技术的原理是利用电磁控制来改变钢水的密度，调节钢
水的流速。
在连铸机中，当狭窄的容器芯中的磁体(通常是铁磁铁)通
过电流改变其磁场方向时，该磁体会具有一定推力，从而改变流体的
流动阻力。
当容器芯中的电磁势向该流体施加时，它就可以改变流体
的流向和流速，从而实现控制机的一系列参数和规格。
3 电磁制动技术在板坯连铸机中的应用
电磁制动技术可以有效地控制板坯连铸机中的多种运动变量，从
而获得高质量板坯。
利用电磁制动技术，可以在板坯连铸机能够实现
控制连铸机的芯体参量和钢水温度，提供所需的熔炼温度，改善板材
的平坦度及降低不良率等。
从物理性能角度来看，电磁制动技术可以
有效提高板坯的抗压强度、塑性、焊接性等性能，从而保证板坯质量
及机器的稳定性。
4 结论
电磁制动技术在板坯连铸机中的应用，大大提高了钢板制造的质量水平，可以更好的调节连铸机的温度，实现对钢板的物理性能的有效控制，减少了不良率，提高了效率。
同时，它还能节约能源，降低生产成本，有利于企业发展。
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k kui t x x j
k x Gk j 2 x C1 k Gk C2 k j
p
C k ky p
3/ 4
3/ 2 p
湍动能耗散
3、网格划分
在磁场中，网格划分采用流场中，结晶器壁面和连接水口的 圆柱表面加膨胀，采用结构化六面体网格，能够加速计算。在 水口处，湍流强度较大，采用四面体网格能很好模拟，网格量 约为三、四十万。
磁场的计算采用商业软件ANSYS里的Emag模块，流场计算采用 FLUENT。首先由Emag模块计算电磁力，然后以源项的形式将电磁 力通过FLUENT中UDF导入FLUENT中计算流场。
ANSYS模拟电磁连铸的报告
冯维庆 1470534
1、研究内容
研究连铸过程电磁对浸入式水口及结晶器内钢液的影响。主要利用 浸入式水口外电磁旋流装置产生的旋转电磁场，对钢液产生旋转洛伦兹 力，使水口内钢液形成旋转流动。
2、控制方程
ui ui ui u j t x j x j x j ui 0 t xi 对于不可压缩流体，则 ui ui ui u j t x j x j x j ui 0 xi p f S 磁 x i p f i S i x i
5、边界条件
① ② ③ ④ 入口（速度型）需输入湍流强度和水利直径 空气界面用定值剪切力 壁面为无滑移边界条件，使用标准壁面边界层方程 出口（压力型）流体设为充分发展流，用湍流强度和水利直径计算 压力值为0，因为在计算压力是，网格相邻节点压力差小于绝对 压力好几个数量级，而计算过程中用的是压差，为避免误差变大提 高精度，所以使用0压力。充分发展说明的是流体壁面切线方向不 受约束，速度稳定。
6、离散方法
有限体积法中simple方法离散 (1)由经验猜测压强场p* ； (2)解动量方程得U*,V*,W* ； (3)解压强校正方程求p’ ； (4)求p= p* + p’ ； (5)解速度校正方程由p’ ,U*,V*,W*求出U,V,W ； (6) 将p作为新的p* 返回第二步重复至收敛解。
度得
此泊松方程可解。
p
2 n
t
n
解法 2
2 F U U U U B 则动量方程为 U 1 p F U t 1 p 旋度自由部分
F U 散度自由部分
7、插值方法
压力项用PRESTO！动量守恒方程用二阶迎风格式，湍流动量K 和湍流耗散率也用二阶迎风格式。 交错网格 将U，V，p分别存储于三套不同的网格系统中 主控制体积为求解压强的控制体积。 将U控制体x方向半个步长错位，
将V控制体y方向半个步长错位。
可防止锯齿形压强波。
8、压强泊松方程的求解方法
U 1 2 p U U U B t
n
将上式从t t t积分 n 1 1 n 2 U t p t U U U B
n U
令 n
2 t U U U B n 1 1 1 n n 则 p U t
4、计算模型
流场计算基于流体流动的连续性方程和动量方程，采用 Realizable k-ε 湍流模型进行计算。 TKE Pr=1 TDR Pr=1.2 用于计算下列等式。
t k t ui t x x j w U Gk w w 1/ 4 1/ 2 y kC kp yp
先解散度自由部分，得辅助流速
U
aux
U
n
t F U
[ ]
n
n1 aux 1 U U t p
对上式取散度，得另一形式的泊松方程
p
8、收敛要求
流场残差小于0.001 磁场残差小于0.000001
2
t
aux U