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方坯连铸二冷区用行波磁场电磁搅拌实验室模拟研究

杨健  
【摘要】: 电磁搅拌是改善铸坯凝固组织、扩大等轴晶区降低宏观偏析减轻中心疏松和缩孔、减少裂纹等凝固缺陷的一项很有效的凝固控制技术。因此,通过在连铸过程中对未凝固的钢液施加电磁搅拌,并研究搅拌参数对改善铸坯凝固组织的作用规律,以得到组织细化、成分均匀化、缺陷减轻甚至消除的铸坯,对提高新一代钢铁材料的力学性能和使用性能都有着积极的作用。 本文采用理论分析与实验研究相结合的方法,在实验室条件下,采用本系最新自行研制的行波磁场搅拌器对在行波磁场电磁搅拌作用下钢液内的电磁力特性、各种不同浇铸工艺参数以及搅拌参数对铸坯凝固组织的作用规律,进行了深入的研究。以检验新型搅拌器的搅拌效果。 基于电磁场的基本理论,本研究对电磁力特性进行了分析。在电磁搅拌作用下,电磁力的大小随钢液液池宽度的增加呈指数衰减趋势,其衰减速率与电流频率和搅拌器极距有关。在行波磁场电磁搅拌器结构尺寸一定且采用工频电流的情况下,钢液内的最大电磁力近似与搅拌器绕组的电流强度平方的大小成正比。 本研究采用2台相同规格的行波磁场搅拌器,研究过程中测定了不同电流强度下:(1) 2台搅拌器采用不同磁场方向时;(2) 2台搅拌器采用不同组合方式时,搅拌区域内的磁感应强度;用Origin 7.0软件对所测数据进行了曲线拟合及回归分析,并得到回归方程。本研究还采用自行设计的不锈钢水冷锭模,对60Si2Mn和准硅钢进行了有无电磁搅拌作用下的铸坯热态浇铸实验(模型:实际连铸坯=1:1,模拟150mm×150mm小方坯),在电磁搅拌作用下不同工艺参数和搅拌参数对铸坯凝固组织、碳偏析和夹杂物的作用效果进行了系统的研究。主要研究结果为: (1)铸坯等轴晶率从未搅拌的平均85%左右提高到电磁搅拌后的平均93%左右。搅拌后晶粒明显细化。 (2)经电磁搅拌试样较未经电磁搅拌试样内部缩孔直径大为减小,且呈现分散状态。(3)实验钢的中心碳偏析指数分别从未搅拌的1.109和1.154降到搅拌后的1.030和1.032,使碳含量分布更加均匀。 (4)未经搅拌的试样中粒径大于100μm的大颗粒夹杂物和集中的簇状夹杂物占总夹杂物面积的48%,电磁搅拌以后试样中没有发现粒径大于100μm的大颗粒夹杂和集中的簇状夹杂;电磁搅拌还使钢中夹杂物等级由不搅拌的4.3~5.5降低到搅拌后的3.1~3.6。 (5)实验研究结果还发现,由于中间干式变压器结构问题,使感应调压器输出功率受到限制,故对干式变压器结构需作进一步改进,以便能为搅拌器提供更大的输入功率,使其能够搅拌更大断面的铸坯。


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