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方坯连铸电磁搅拌的实验室模拟研究

余岳  
【摘要】: 连铸电磁搅拌技术对于改善铸坯凝固组织、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来说,是一项很有效的凝固控制技术。因此,对于连铸过程中通过外加电磁场对未凝固的钢液施加电磁搅拌,深入研究电磁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。 本文利用本系最新自行研制的行波磁场搅拌器和控制装置,采用理论分析与实验研究相结合的方法,在实验室条件下,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。 本研究采用了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:2台搅拌器以卧置方式而相对放置,搅拌器之间相距200mm、300mm、400mm,采用相同磁场方向和不同磁场方向,搅拌区域内的磁感应强度;用Origin 7.5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2台搅拌器以卧置方式而相对放置,搅拌器之间相距300mm,采用相同磁场方向,用自行设计的内断面为200mm×200mm的不锈钢水冷锭模,对82B钢和准硅钢进行了大方坯二冷区电磁搅拌热态模拟实验研究,模型:实际连铸坯=1:1。分别在最大相搅拌电流为300A、400A、500A电磁搅拌作用下对铸坯凝固组织、碳偏析和夹杂物的作用效果进行了系统的研究,并与未经电磁搅拌坯进行对比分析。主要研究结果为: (1)实验钢的中心碳偏析指数分别从未搅拌的0.9887和1.045降到搅拌后的0.9122和1.040,使碳含量分布更加均匀。 (2)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27%,经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4.4~5.6降低到搅拌后的3.2~3.9。


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