連鑄電磁攪拌

1、報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容n引言引言n電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理n電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求n電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素n結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬n電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果n小結(jié)小結(jié)電磁連鑄技術(shù)電磁連鑄技術(shù)電磁連鑄技術(shù)電磁連鑄技術(shù)連鑄電磁攪拌的發(fā)展歷程連鑄電磁攪拌的發(fā)展歷程l 19世紀(jì)初，法國(guó)人世紀(jì)初，法國(guó)人Faraday從事磁流體動(dòng)力學(xué)從事磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)的研究。的研究。l 1922年，美國(guó)年，美國(guó)J. D. Mcneill獲得了獲得了EMS控制凝固過(guò)程的專利。控制凝固過(guò)程的專利。l 1952年，德國(guó)在半工業(yè)連鑄機(jī)上試

2、驗(yàn)第一臺(tái)二冷區(qū)電磁攪拌年，德國(guó)在半工業(yè)連鑄機(jī)上試驗(yàn)第一臺(tái)二冷區(qū)電磁攪拌器；奧地利進(jìn)行了結(jié)晶器工頻旋轉(zhuǎn)電磁攪拌的工業(yè)試驗(yàn)。器；奧地利進(jìn)行了結(jié)晶器工頻旋轉(zhuǎn)電磁攪拌的工業(yè)試驗(yàn)。l 1973年，法國(guó)年，法國(guó)SAFE廠，在方坯連鑄機(jī)采用電磁攪拌技術(shù)。廠，在方坯連鑄機(jī)采用電磁攪拌技術(shù)。l 1979年，法國(guó)采用新型攪拌輥，進(jìn)行板坯連鑄電磁攪拌。年，法國(guó)采用新型攪拌輥，進(jìn)行板坯連鑄電磁攪拌。l 1982年，英國(guó)人首次提出年，英國(guó)人首次提出MHD在冶金中應(yīng)用的明確概念。在冶金中應(yīng)用的明確概念。l 1985年，年，ISIJ把把MHD在冶金中的應(yīng)用稱為電磁冶金。在冶金中的應(yīng)用稱為電磁冶金。l 1989年，電磁冶金改

3、稱為材料電磁加工年，電磁冶金改稱為材料電磁加工(EPM)。l 1990s，電磁攪拌技術(shù)日趨成熟，在大、小方坯，圓坯和板坯，電磁攪拌技術(shù)日趨成熟，在大、小方坯，圓坯和板坯連鑄應(yīng)用，同時(shí)新的電磁攪拌技術(shù)不斷地被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。連鑄應(yīng)用，同時(shí)新的電磁攪拌技術(shù)不斷地被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。l 。報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容n引言引言n電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理n電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求n電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素n結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬n電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果n小結(jié)小結(jié)電磁攪拌器的布置方式電磁攪拌器的布置方式按安裝位置：按安裝位置：結(jié)晶器結(jié)晶器

4、-EMS、二冷區(qū)、二冷區(qū)-EMS、凝固末端、凝固末端-EMS(a) M-EMS ( b) S-EMS (c) F-EMS安裝在鑄機(jī)不同位置的電磁攪拌安裝在鑄機(jī)不同位置的電磁攪拌電磁攪拌器的布置方式電磁攪拌器的布置方式 組合形式組合形式S1+S2 M+F S+F M+S+F電磁攪拌器的布置方式電磁攪拌器的布置方式電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理在結(jié)晶器、二冷段區(qū)域或凝固末端施加低頻電磁場(chǎng)，利用電磁攪在結(jié)晶器、二冷段區(qū)域或凝固末端施加低頻電磁場(chǎng)，利用電磁攪拌改善鋼水凝固過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱和遷移過(guò)程，提高鑄坯等軸拌改善鋼水凝固過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱和遷移過(guò)程，提高鑄坯等軸晶率比率，減輕成分偏析，消除

5、中心疏松，以擴(kuò)大生產(chǎn)鋼種。晶率比率，減輕成分偏析，消除中心疏松，以擴(kuò)大生產(chǎn)鋼種。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 線性行波磁場(chǎng)線性行波磁場(chǎng)電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）電磁攪拌器的結(jié)構(gòu)電磁攪拌器的結(jié)構(gòu)凸極式凸極式圓圓環(huán)形軛鐵上嵌有六個(gè)凸極環(huán)形軛鐵上嵌有六個(gè)凸極銅扁線繞制銅扁線繞制（外冷）（外冷）每個(gè)凸極上套一個(gè)每個(gè)凸極上套一個(gè)O形繞組形繞組冷卻不均勻且有死角冷卻不均勻且有死角； 冷卻水量大冷卻水量大；冷卻冷卻效果差效果差；制作較簡(jiǎn)單制作較簡(jiǎn)單；體積較小體積較??；成本較成本較低低；使用壽命較短使用壽命較短環(huán)形式環(huán)形式一圈環(huán)形軛鐵一圈環(huán)形軛鐵；銅管繞制銅管繞制（內(nèi)冷）（內(nèi)冷）

6、12個(gè)繞組全部套在軛鐵上個(gè)繞組全部套在軛鐵上（克蘭姆繞組克蘭姆繞組）冷卻均勻無(wú)死角冷卻均勻無(wú)死角；冷卻水量小冷卻水量小；冷卻效果冷卻效果好好；制作較復(fù)雜制作較復(fù)雜；體積稍大體積稍大；成本較高成本較高；壽命較長(zhǎng)壽命較長(zhǎng)1）有效作用長(zhǎng)度長(zhǎng)；）有效作用長(zhǎng)度長(zhǎng)；2）電磁力矩和能效大）電磁力矩和能效大3）使用壽命長(zhǎng)得多（一倍以上）使用壽命長(zhǎng)得多（一倍以上）電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理根據(jù)電磁感應(yīng)定律，閉合回路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，閉合回路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。閉合回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。l 電磁攪拌器產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)電磁攪拌器產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)(B)，在圍

7、繞導(dǎo)電的金屬，在圍繞導(dǎo)電的金屬熔體變化時(shí)，磁場(chǎng)和金屬液間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)電回熔體變化時(shí)，磁場(chǎng)和金屬液間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)電回路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化。路內(nèi)的磁通量發(fā)生變化。l 由于磁場(chǎng)以一定的速度由于磁場(chǎng)以一定的速度(V)切割處于交變磁場(chǎng)之中的金切割處于交變磁場(chǎng)之中的金屬熔體，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流屬熔體，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流(I)：I= （V B） 該電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力該電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力(F)： F= I B l 電磁力作用在金屬熔體上，從而驅(qū)動(dòng)金屬熔體運(yùn)動(dòng)。電磁力作用在金屬熔體上，從而驅(qū)動(dòng)金屬熔體運(yùn)動(dòng)。通電線圈合成磁場(chǎng)的磁極分布通電線圈合成磁場(chǎng)的磁極分布iA(t)=Ims

8、in t iB(t)=Imsin( t -120o) iC(t)=Imsin ( t + 120o) t = 0o t =90o t = 180o 電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）液態(tài)金屬旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律液態(tài)金屬旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律 運(yùn)動(dòng)對(duì)液態(tài)金屬的凝固過(guò)程的影響主要體現(xiàn)在對(duì)凝固界面運(yùn)動(dòng)對(duì)液態(tài)金屬的凝固過(guò)程的影響主要體現(xiàn)在對(duì)凝固界面前沿的沖刷，這種沖刷作用影響了液態(tài)金屬凝固過(guò)程的傳熱、前沿的沖刷，這種沖刷作用影響了液態(tài)金屬凝固過(guò)程的傳熱、傳質(zhì)及最終的凝固組織。傳質(zhì)及最終的凝固組織。電磁攪拌液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)速度分布電磁攪拌液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)速度分布機(jī)械攪拌液

9、態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)速度分布機(jī)械攪拌液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)速度分布離液態(tài)金屬中心的距離，離液態(tài)金屬中心的距離，x/mm離液態(tài)金屬中心的距離，離液態(tài)金屬中心的距離，x/mm攪拌速度，攪拌速度，rad/min攪拌速度，攪拌速度，rad/min電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）（旋轉(zhuǎn)電磁攪拌）一、一、MEMS作用下結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)：作用下結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)：1）無(wú)）無(wú)EMS時(shí)，時(shí)，由于重力作用，水口出流鋼液快速向下，沖擊由于重力作用，水口出流鋼液快速向下，沖擊結(jié)晶器壁，形成上返流和向下的主流；結(jié)晶器壁，形成上返流和向下的主流；2）施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，）施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，在以攪拌器在以攪拌器為中心對(duì)稱的一段區(qū)域內(nèi)形

10、成為中心對(duì)稱的一段區(qū)域內(nèi)形成一強(qiáng)烈的環(huán)形流場(chǎng)一強(qiáng)烈的環(huán)形流場(chǎng) 主流場(chǎng)；主流場(chǎng)；l 旋轉(zhuǎn)鋼液碰到結(jié)晶器壁或初始旋轉(zhuǎn)鋼液碰到結(jié)晶器壁或初始凝固坯殼后，形成上下兩股分凝固坯殼后，形成上下兩股分流，即二次流場(chǎng)；流，即二次流場(chǎng)；l 攪拌作用越強(qiáng)，影響區(qū)域越大攪拌作用越強(qiáng)，影響區(qū)域越大。向上流場(chǎng)可到達(dá)彎月面，向。向上流場(chǎng)可到達(dá)彎月面，向下流場(chǎng)可以直達(dá)結(jié)晶器出口；下流場(chǎng)可以直達(dá)結(jié)晶器出口；l 影響區(qū)域大小取決于鋼液的攪影響區(qū)域大小取決于鋼液的攪拌速度。拌速度。電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理電磁攪拌擴(kuò)大等軸晶區(qū)示意圖電磁攪拌擴(kuò)大等軸晶區(qū)示意圖電磁攪拌可通過(guò)流動(dòng)金屬液電磁攪拌可通過(guò)流動(dòng)金屬液對(duì)樹(shù)枝晶前端的

11、動(dòng)力折斷及對(duì)樹(shù)枝晶前端的動(dòng)力折斷及熔蝕作用造成大量枝晶碎片熔蝕作用造成大量枝晶碎片供作晶核；供作晶核；同時(shí)強(qiáng)力流動(dòng)可大大加速液同時(shí)強(qiáng)力流動(dòng)可大大加速液心的傳熱而使過(guò)熱度迅速消心的傳熱而使過(guò)熱度迅速消失、兩相區(qū)迅速擴(kuò)大；失、兩相區(qū)迅速擴(kuò)大；強(qiáng)力流動(dòng)還可加速傳質(zhì)，使強(qiáng)力流動(dòng)還可加速傳質(zhì)，使凝固前沿?cái)U(kuò)散邊界層減薄而凝固前沿?cái)U(kuò)散邊界層減薄而濃度梯度增大，兩相區(qū)成分濃度梯度增大，兩相區(qū)成分過(guò)冷增加，有利于等軸晶的過(guò)冷增加，有利于等軸晶的發(fā)展。發(fā)展。電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理凝固前沿電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖凝固前沿電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖枝晶臂碎片枝晶臂碎片枝晶重熔枝晶重熔電磁力引起的紊流流動(dòng)電磁力

12、引起的紊流流動(dòng)新形核基底新形核基底初生枝晶初生枝晶電磁攪拌引起的熔體強(qiáng)烈流電磁攪拌引起的熔體強(qiáng)烈流動(dòng)可以打斷或彎曲枝晶臂。動(dòng)可以打斷或彎曲枝晶臂。部分枝晶碎片將作為金屬液部分枝晶碎片將作為金屬液凝固時(shí)的額外晶核；另一部凝固時(shí)的額外晶核；另一部分富溶質(zhì)枝晶碎片將被液流分富溶質(zhì)枝晶碎片將被液流帶到遠(yuǎn)離枝晶的液穴中重熔帶到遠(yuǎn)離枝晶的液穴中重熔，更多形核基底的出現(xiàn)和枝，更多形核基底的出現(xiàn)和枝晶碎片重熔帶來(lái)的溫度均勻晶碎片重熔帶來(lái)的溫度均勻化將促進(jìn)更多等軸晶的形成化將促進(jìn)更多等軸晶的形成，從而實(shí)現(xiàn)提高鑄坯等軸晶，從而實(shí)現(xiàn)提高鑄坯等軸晶率、減少中心偏析、中心疏率、減少中心偏析、中心疏松和縮孔、改善鑄坯凝固

13、組松和縮孔、改善鑄坯凝固組織的目的?？椀哪康摹?電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理柱狀晶形成的影響因素柱狀晶形成的影響因素1）鋼種（碳含量）：凝固兩相糊狀區(qū)大??；透磁效果等）鋼種（碳含量）：凝固兩相糊狀區(qū)大??；透磁效果等2）過(guò)熱度）過(guò)熱度3）拉速）拉速4）斷面尺寸）斷面尺寸電磁攪拌抑制柱狀晶生長(zhǎng)的作用電磁攪拌抑制柱狀晶生長(zhǎng)的作用1）金屬熔體流動(dòng)的機(jī)械力，抑制柱狀晶生長(zhǎng)）金屬熔體流動(dòng)的機(jī)械力，抑制柱狀晶生長(zhǎng)2）鋼液中的碎片，對(duì)柱狀晶產(chǎn)生剪切行為）鋼液中的碎片，對(duì)柱狀晶產(chǎn)生剪切行為3）過(guò)熱鋼水使柱狀晶重熔，或部分重熔而更易于破碎，）過(guò)熱鋼水使柱狀晶重熔，或部分重熔而更易于破碎，乃至被鋼流卷走乃至

14、被鋼流卷走4）由于過(guò)熱的加速耗散，大量細(xì)小晶?？焖偕L(zhǎng)，抑制）由于過(guò)熱的加速耗散，大量細(xì)小晶粒快速生長(zhǎng)，抑制柱狀晶發(fā)展柱狀晶發(fā)展電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理1. 電磁攪拌的機(jī)械效應(yīng)電磁攪拌的機(jī)械效應(yīng)1) 可以促進(jìn)壁面處結(jié)晶的形成和游離，增加晶核數(shù)量；可以促進(jìn)壁面處結(jié)晶的形成和游離，增加晶核數(shù)量；2) 當(dāng)攪拌強(qiáng)度較小時(shí)（層流），當(dāng)攪拌強(qiáng)度較小時(shí)（層流），樹(shù)枝晶會(huì)迎著流動(dòng)方向傾斜樹(shù)枝晶會(huì)迎著流動(dòng)方向傾斜3) 在較強(qiáng)的電磁攪拌作用下，在較強(qiáng)的電磁攪拌作用下，鋼液沖刷速度加大，凝固前沿鋼液沖刷速度加大，凝固前沿不光滑，強(qiáng)制對(duì)流流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，樹(shù)枝晶受到很大抑制不光滑，強(qiáng)制對(duì)流流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，樹(shù)

15、枝晶受到很大抑制；一部分不僅可以切斷及熔蝕柱狀晶的晶臂，形成大量的；一部分不僅可以切斷及熔蝕柱狀晶的晶臂，形成大量的枝晶碎片充當(dāng)?shù)容S晶的晶核，使晶粒成倍增長(zhǎng)，從而有利枝晶碎片充當(dāng)?shù)容S晶的晶核，使晶粒成倍增長(zhǎng)，從而有利于凝固組織中晶粒的細(xì)化。另一部分在糊狀區(qū)，形成灌木于凝固組織中晶粒的細(xì)化。另一部分在糊狀區(qū)，形成灌木叢狀。叢狀。兩相區(qū)凝固模型固液界面前沿流動(dòng)對(duì)晶體形態(tài)的影響兩相區(qū)凝固模型固液界面前沿流動(dòng)對(duì)晶體形態(tài)的影響電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理2. 電磁攪拌的熱效應(yīng)電磁攪拌的熱效應(yīng)1) 電磁攪拌所引起的強(qiáng)制流動(dòng)加速了熔液的傳熱，而使鋼液內(nèi)電磁攪拌所引起的強(qiáng)制流動(dòng)加速了熔液的傳熱，而使鋼

16、液內(nèi)的過(guò)熱度迅速消失，最初階段形成的晶核能夠保存下來(lái)；連的過(guò)熱度迅速消失，最初階段形成的晶核能夠保存下來(lái)；連同因電磁攪拌作用形成的晶核一起被打碎、熔蝕而增殖。同因電磁攪拌作用形成的晶核一起被打碎、熔蝕而增殖。2) 當(dāng)過(guò)熱釋放掉，鋼液溫度下降到液相線溫度和固相線溫度之當(dāng)過(guò)熱釋放掉，鋼液溫度下降到液相線溫度和固相線溫度之間時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)一些小晶核，并保留在液體中，隨著進(jìn)一步間時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)一些小晶核，并保留在液體中，隨著進(jìn)一步冷卻而生長(zhǎng)，最終以體積結(jié)晶方式凝固，形成細(xì)等軸晶結(jié)構(gòu)冷卻而生長(zhǎng)，最終以體積結(jié)晶方式凝固，形成細(xì)等軸晶結(jié)構(gòu)的凝固組織。的凝固組織。3) 等軸晶凝固組織的形成對(duì)促進(jìn)凝固成分的均質(zhì)化，

17、防止晶界等軸晶凝固組織的形成對(duì)促進(jìn)凝固成分的均質(zhì)化，防止晶界搭橋，減輕鑄坯中心偏析、中心裂紋以及縮孔疏松等內(nèi)部缺搭橋，減輕鑄坯中心偏析、中心裂紋以及縮孔疏松等內(nèi)部缺陷都有良好的作用。陷都有良好的作用。電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理雙線圈結(jié)晶器電磁攪拌雙線圈結(jié)晶器電磁攪拌(Dual-MEMS)：結(jié)晶器電磁攪拌的負(fù)面作用：結(jié)晶器電磁攪拌的負(fù)面作用：強(qiáng)攪拌使彎月面卷渣，反而強(qiáng)攪拌使彎月面卷渣，反而影響鑄坯表面質(zhì)量。影響鑄坯表面質(zhì)量。同時(shí)，強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)攪拌對(duì)水口產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕作用，會(huì)增同時(shí)，強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)攪拌對(duì)水口產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕作用，會(huì)增大夾雜物的幾率，

18、也影響連鑄的作業(yè)率。大夾雜物的幾率，也影響連鑄的作業(yè)率。為此，一些公司致力于為此，一些公司致力于“雙線圈電磁攪拌器的開(kāi)發(fā)。雙線圈電磁攪拌器的開(kāi)發(fā)。電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理Dual-MEMS：由兩個(gè)攪拌器（彎月面附近，結(jié)晶器下部）；由兩個(gè)攪拌器（彎月面附近，結(jié)晶器下部）；兩線圈單獨(dú)供電，產(chǎn)生各自的頻率、磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)方向。兩線圈單獨(dú)供電，產(chǎn)生各自的頻率、磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)方向。ASSIST 方式：方式： 增加彎月面區(qū)域的攪拌流動(dòng)；增加彎月面區(qū)域的攪拌流動(dòng)；Brake方式：方式： 減少?gòu)澰旅鎱^(qū)域的攪拌流速，甚至流速為零。減少?gòu)澰旅鎱^(qū)域的攪拌流速，甚至流速為零。1）減少和消除鑄坯表面修復(fù)

19、；）減少和消除鑄坯表面修復(fù)；2） 減少減少SEN的侵蝕，增加連續(xù)的侵蝕，增加連續(xù)澆鑄時(shí)間；澆鑄時(shí)間；2）在不產(chǎn)生坯殼漏鋼和）在不產(chǎn)生坯殼漏鋼和/或內(nèi)部或內(nèi)部質(zhì)量缺陷的情況下提高拉速質(zhì)量缺陷的情況下提高拉速； 提供靈活的工作方式，改善提供靈活的工作方式，改善鑄機(jī)生產(chǎn)率。鑄機(jī)生產(chǎn)率。電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理二、二冷區(qū)電磁攪拌二、二冷區(qū)電磁攪拌SEMS冶金效果：冶金效果：1）消除柱狀晶搭橋：）消除柱狀晶搭橋：2）提高等軸晶比率：）提高等軸晶比率：3）減少中心偏析：）減少中心偏析：4）減少中心縮孔和疏松：）減少中心縮孔和疏松：5）減少內(nèi)裂）減少內(nèi)裂工藝優(yōu)點(diǎn)：工藝優(yōu)點(diǎn)：1）放寬過(guò)

20、熱度：）放寬過(guò)熱度：2）提高拉速：）提高拉速：3）減少壓縮比：）減少壓縮比：適用鋼種：適用鋼種：厚板鋼；普鋼；不銹鋼；厚板鋼；普鋼；不銹鋼；高合金鋼高合金鋼與旋轉(zhuǎn)型攪拌相比，線性攪拌與旋轉(zhuǎn)型攪拌相比，線性攪拌的特點(diǎn)：可強(qiáng)化鋼液內(nèi)對(duì)流，的特點(diǎn)：可強(qiáng)化鋼液內(nèi)對(duì)流，使鋼液的高溫區(qū)和低溫區(qū)充分使鋼液的高溫區(qū)和低溫區(qū)充分混合，有利于鋼液中過(guò)熱的耗混合，有利于鋼液中過(guò)熱的耗散和等軸晶的形成。此外，可散和等軸晶的形成。此外，可改變液相穴形狀，有利于減輕改變液相穴形狀，有利于減輕中心偏析和提高拉速。中心偏析和提高拉速。用心鑄造世界用心鑄造世界FEMS的安裝位置的安裝位置原則上，原則上，F(xiàn)EMS的安裝位置在液芯

21、的安裝位置在液芯占坯厚的占坯厚的2030%或凝固率為或凝固率為7080%；l 碳含量高趨向下限，碳含量低碳含量高趨向下限，碳含量低趨向上限；趨向上限；l 鑄坯斷面大趨向下限，鑄坯斷鑄坯斷面大趨向下限，鑄坯斷面小趨向上限。面小趨向上限。 FEMS安裝位置示意圖安裝位置示意圖三、凝固末端電磁攪拌：三、凝固末端電磁攪拌：FEMS的主要目的是改善芯部質(zhì)量即的主要目的是改善芯部質(zhì)量即中心偏析、縮孔和疏松；以及確保具有等軸晶的無(wú)缺陷芯中心偏析、縮孔和疏松；以及確保具有等軸晶的無(wú)缺陷芯部。部。l 要有足夠大的攪拌強(qiáng)度能使粥狀區(qū)內(nèi)高粘度的鋼水能旋轉(zhuǎn)要有足夠大的攪拌強(qiáng)度能使粥狀區(qū)內(nèi)高粘度的鋼水能旋轉(zhuǎn)起來(lái)，使凝固

22、面前沿鋼水流速達(dá)到起來(lái)，使凝固面前沿鋼水流速達(dá)到U=0.10.2m/s；l 實(shí)施交替攪拌實(shí)施交替攪拌電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理MEMSSEMSFEMS電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與工作原理報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容n引言引言n電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理n電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求n電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素n結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬n電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果n小結(jié)小結(jié)電磁攪拌器的選擇原則電磁攪拌器的選擇原則選擇電磁攪拌系統(tǒng)的基本要素選擇電磁攪拌系統(tǒng)的基本要素1) 冶金效果：冶金效果：表面和皮下質(zhì)

23、量；等軸晶提高；放寬過(guò)熱度；表面和皮下質(zhì)量；等軸晶提高；放寬過(guò)熱度；改善中心偏析、縮孔、疏松、裂紋等；改善中心偏析、縮孔、疏松、裂紋等；2) 基本要求：基本要求：鋼水有足夠大的流速，鋼水有足夠大的流速，0.51.0m/s；足夠大的；足夠大的攪拌影響區(qū)；較強(qiáng)的混合能力。攪拌影響區(qū)；較強(qiáng)的混合能力。3) 連鑄條件：連鑄條件：鑄坯斷面尺寸，澆鑄溫度，鋼種，冷卻制度，鑄坯斷面尺寸，澆鑄溫度，鋼種，冷卻制度，鑄機(jī)類型鑄機(jī)類型4) 攪拌器：攪拌器： 攪拌位置，攪拌形式，電源頻率、功率；攪拌攪拌位置，攪拌形式，電源頻率、功率；攪拌方式，運(yùn)行方式；方式，運(yùn)行方式；電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求各種因

24、素對(duì)最佳頻率（電磁力）的影響各種因素對(duì)最佳頻率（電磁力）的影響對(duì)應(yīng)電磁力最大的頻率成為最佳頻率。電磁力與感應(yīng)器表面磁感應(yīng)強(qiáng)對(duì)應(yīng)電磁力最大的頻率成為最佳頻率。電磁力與感應(yīng)器表面磁感應(yīng)強(qiáng)度的切向分量幅值度的切向分量幅值B0成正比。所以，各種因素對(duì)電磁力的影響歸結(jié)成正比。所以，各種因素對(duì)電磁力的影響歸結(jié)為最佳頻率的選擇。為最佳頻率的選擇。1) 鑄坯厚度的影響：鑄坯厚度的影響：坯厚度薄，電磁力大，最佳頻率也大；當(dāng)坯厚度坯厚度薄，電磁力大，最佳頻率也大；當(dāng)坯厚度減小到一定程度時(shí)，最大電磁力與工頻的相當(dāng)，最佳頻率也接近工減小到一定程度時(shí)，最大電磁力與工頻的相當(dāng)，最佳頻率也接近工頻。用工頻電源，簡(jiǎn)化設(shè)備，節(jié)

25、省投資。頻。用工頻電源，簡(jiǎn)化設(shè)備，節(jié)省投資。2) 鋼水導(dǎo)電率：鋼水導(dǎo)電率： 當(dāng)?shù)皖l時(shí)，導(dǎo)電率高，電磁力大；當(dāng)頻率超過(guò)某一值當(dāng)?shù)皖l時(shí)，導(dǎo)電率高，電磁力大；當(dāng)頻率超過(guò)某一值，電磁力變小。因?yàn)?，磁?chǎng)滲透深度與導(dǎo)電率和頻率的乘積的平方，電磁力變小。因?yàn)椋艌?chǎng)滲透深度與導(dǎo)電率和頻率的乘積的平方根成反比，即頻率越高，導(dǎo)電率越大，磁場(chǎng)滲透深度越小。根成反比，即頻率越高，導(dǎo)電率越大，磁場(chǎng)滲透深度越小。3) 液芯的影響：液芯的影響：液芯越大，坯殼薄，磁場(chǎng)衰減越小，電磁力越大?？傄盒驹酱?，坯殼薄，磁場(chǎng)衰減越小，電磁力越大?？傮w講，液芯的影響不大。在不同的攪拌位置或冷卻制度，只需要調(diào)體講，液芯的影響不大。在不同的攪

26、拌位置或冷卻制度，只需要調(diào)整攪拌強(qiáng)度。整攪拌強(qiáng)度。4) 極距的影響：極距的影響：行波磁場(chǎng)速度與極距成正比，而電磁力又近似地與行行波磁場(chǎng)速度與極距成正比，而電磁力又近似地與行波磁場(chǎng)速度成正比。因此，極距越大，電磁力越大。但是，頻率高波磁場(chǎng)速度成正比。因此，極距越大，電磁力越大。但是，頻率高時(shí)，大極距的電磁力衰減也快。時(shí)，大極距的電磁力衰減也快。電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌工藝的制定電磁攪拌工藝的制定選擇最佳的攪拌參數(shù)選擇最佳的攪拌參數(shù) :1) 以磁感應(yīng)強(qiáng)度為依據(jù)的：以磁感應(yīng)強(qiáng)度為依據(jù)的：巖田齊認(rèn)為巖田齊認(rèn)為115mm方坯的中心磁感方坯的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0.03T時(shí)

27、，鑄坯液心已可激烈攪動(dòng)，在時(shí)，鑄坯液心已可激烈攪動(dòng)，在0.005T以下以下則不起作用。在斷面為則不起作用。在斷面為1901800mm板坯的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度板坯的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到達(dá)到0.08T，坯內(nèi)通過(guò)電流為，坯內(nèi)通過(guò)電流為4000 7000A時(shí)，可得到良好的時(shí)，可得到良好的攪拌效果攪拌效果2) 以電磁力為依據(jù)的：以電磁力為依據(jù)的：有人認(rèn)為大于有人認(rèn)為大于1000N/m3效果顯著。還有效果顯著。還有人提出電人提出電磁力在磁力在600N/m3已有效果。已有效果。3) 以攪拌引起的鋼液流動(dòng)速度來(lái)判斷的：以攪拌引起的鋼液流動(dòng)速度來(lái)判斷的：新日鐵認(rèn)為鋼液攪動(dòng)新日鐵認(rèn)為鋼液攪動(dòng)的流速達(dá)的流速達(dá)0.1m/s

28、時(shí)，可得到較高的等軸晶比率。川崎制鐵提時(shí)，可得到較高的等軸晶比率。川崎制鐵提出對(duì)于中碳鋼和高碳鋼，其流動(dòng)速度分別達(dá)到出對(duì)于中碳鋼和高碳鋼，其流動(dòng)速度分別達(dá)到0.15m/s和和0.2m/s時(shí)，鑄坯內(nèi)等軸晶可達(dá)到飽和。日本的學(xué)者還認(rèn)為，時(shí)，鑄坯內(nèi)等軸晶可達(dá)到飽和。日本的學(xué)者還認(rèn)為，白亮帶的出現(xiàn)與鋼液流速的數(shù)值大小有關(guān)。當(dāng)鋼液流速達(dá)到白亮帶的出現(xiàn)與鋼液流速的數(shù)值大小有關(guān)。當(dāng)鋼液流速達(dá)到0.20.3m/s時(shí)，白亮帶開(kāi)始出現(xiàn)。時(shí)，白亮帶開(kāi)始出現(xiàn)。電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求攪拌強(qiáng)度攪拌強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)攪拌中，相距旋轉(zhuǎn)攪拌中，相距L的兩個(gè)方向相反的電磁體力的兩個(gè)方向相反的電磁體力Fx產(chǎn)生的電磁力產(chǎn)生的

29、電磁力矩：矩：Me=CFxL=C VxBy2 By2 Iy 2攪拌強(qiáng)度與電流強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁力矩和攪拌速度相關(guān)。攪拌強(qiáng)度與電流強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁力矩和攪拌速度相關(guān)。 但是，但是，把磁感應(yīng)強(qiáng)度或電流強(qiáng)度作為攪拌強(qiáng)度的指標(biāo)不甚合理把磁感應(yīng)強(qiáng)度或電流強(qiáng)度作為攪拌強(qiáng)度的指標(biāo)不甚合理。應(yīng)該把電磁力矩作為電磁攪拌器的性能指標(biāo)，應(yīng)該把電磁力矩作為電磁攪拌器的性能指標(biāo)，主要原因是主要原因是：l更接近電磁攪拌器的真實(shí)性能；更接近電磁攪拌器的真實(shí)性能；l更直觀地判斷電磁攪拌器的工作能力，即攪拌效果。更直觀地判斷電磁攪拌器的工作能力，即攪拌效果。另外，可以把攪拌速度作為攪拌工藝參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。另外，可以把

30、攪拌速度作為攪拌工藝參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。 電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求2#大方坯改造電流強(qiáng)度大方坯改造電流強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度2003004005006007008009000100200300400500600改進(jìn)后改進(jìn)前磁感應(yīng)強(qiáng)度/Gs電流 強(qiáng)度/A277Gs磁飽和趨勢(shì)圖磁飽和趨勢(shì)圖電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌工藝的制定：按照不同鋼種選擇電磁攪拌技術(shù)電磁攪拌工藝的制定：按照不同鋼種選擇電磁攪拌技術(shù)1）C低于低于0.25%的普通鋼和低合金鋼的普通鋼和低合金鋼(20MnSi一般不用一般不用EMS。2）C小于小于0.55%的鋼種，如的鋼種，如40 、45Cr

31、一般采用一般采用MEMS；3）C大于大于0.5%的鋼種，一般采用的鋼種，一般采用MFEMS4）MSEMS，S1S2只適用于高碳鋼大方坯連鑄。只適用于高碳鋼大方坯連鑄。電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容n引言引言n電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理電磁攪拌的結(jié)構(gòu)與原理n電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求電磁攪拌的設(shè)計(jì)與要求n電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素n結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬n電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果電磁攪拌與鑄坯質(zhì)量效果n小結(jié)小結(jié)（1）MEMS安裝位置安裝位置合適的安裝位置需要考慮三個(gè)因素與要求：合適的安裝位置需要考慮三個(gè)因素與要求：l鑄坯斷面、銅管長(zhǎng)度、鑄坯斷面、銅管長(zhǎng)

32、度、SEN浸入深度、彎月面的位浸入深度、彎月面的位置和液面測(cè)量裝置置和液面測(cè)量裝置 1）保證彎月面附近的鋼水溫度；）保證彎月面附近的鋼水溫度；2）避免彎月面的波動(dòng)和卷渣；）避免彎月面的波動(dòng)和卷渣；3）保持一定的流動(dòng)速度。）保持一定的流動(dòng)速度。對(duì)敞開(kāi)式澆注方式：攪拌器安裝位置應(yīng)靠近彎月面，通常攪對(duì)敞開(kāi)式澆注方式：攪拌器安裝位置應(yīng)靠近彎月面，通常攪拌器鐵芯上緣離銅管上緣的距離為拌器鐵芯上緣離銅管上緣的距離為130200mm，彎月面高取，彎月面高取下限，彎月面低取上限。下限，彎月面低取上限。對(duì)對(duì)SEN保護(hù)澆注方式：攪拌器鐵芯的中心平面離銅管上緣的保護(hù)澆注方式：攪拌器鐵芯的中心平面離銅管上緣的距離約為

33、距離約為350550mm，水口浸入深度淺取下限，水口浸入，水口浸入深度淺取下限，水口浸入深度深趨向上限。深度深趨向上限。電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素 設(shè)備設(shè)備（2）MRMS有效作用長(zhǎng)度有效作用長(zhǎng)度l影響因素：過(guò)熱度和拉速影響因素：過(guò)熱度和拉速l設(shè)計(jì)原則：長(zhǎng)距離的弱攪拌設(shè)計(jì)原則：長(zhǎng)距離的弱攪拌l設(shè)計(jì)依據(jù)：設(shè)計(jì)依據(jù)：1）延長(zhǎng)攪拌時(shí)間）延長(zhǎng)攪拌時(shí)間2）增加作用距離）增加作用距離3）減少攪拌器的漏磁）減少攪拌器的漏磁4）減少鑄坯皮下負(fù)偏析）減少鑄坯皮下負(fù)偏析目前在線使用的大方坯目前在線使用的大方坯MEMS的有效作用長(zhǎng)度即鐵芯高度已的有效作用長(zhǎng)度即鐵芯高度已達(dá)達(dá)300350mm。電磁攪拌的影響因

34、素電磁攪拌的影響因素MEMS的安裝方式的安裝方式內(nèi)裝式內(nèi)裝式電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素外裝式外裝式 內(nèi)置式內(nèi)置式MEMS：攪拌器線圈和鐵芯安裝在結(jié)晶器內(nèi)，與結(jié)攪拌器線圈和鐵芯安裝在結(jié)晶器內(nèi)，與結(jié)晶器共用同一組內(nèi)套晶器共用同一組內(nèi)套(非磁性非磁性)和外套和外套(可以是非磁性結(jié)構(gòu)可以是非磁性結(jié)構(gòu))；線圈的冷卻水一般為結(jié)晶器冷卻水。線圈的冷卻水一般為結(jié)晶器冷卻水。l 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，磁極離鑄坯近，功率小，與結(jié)晶器共用結(jié)構(gòu)緊湊，磁極離鑄坯近，功率小，與結(jié)晶器共用冷卻水；冷卻水；l 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：一次投資大；一起拆除下線，總量大一次投資大；一起拆除下線，總量大(準(zhǔn)備量為鑄機(jī)準(zhǔn)備量為鑄機(jī)流數(shù)

35、的流數(shù)的2.5倍倍)，維修量大；接線安裝在現(xiàn)場(chǎng)；冷卻水質(zhì)要，維修量大；接線安裝在現(xiàn)場(chǎng)；冷卻水質(zhì)要求高；多斷面鑄機(jī)問(wèn)題多；求高；多斷面鑄機(jī)問(wèn)題多；電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素 外置式外置式MEMS：攪拌器線圈和鐵芯安裝在結(jié)晶器外，結(jié)晶攪拌器線圈和鐵芯安裝在結(jié)晶器外，結(jié)晶器內(nèi)套和外套都是非磁性結(jié)構(gòu)。冷卻水一般是獨(dú)立循環(huán)冷器內(nèi)套和外套都是非磁性結(jié)構(gòu)。冷卻水一般是獨(dú)立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水。卻水系統(tǒng)供水。l 優(yōu)點(diǎn)：避免內(nèi)置式的缺點(diǎn)，高水質(zhì)，線圈壽命高；優(yōu)點(diǎn)：避免內(nèi)置式的缺點(diǎn)，高水質(zhì)，線圈壽命高；l 缺點(diǎn)：功耗大（內(nèi)置式的缺點(diǎn)：功耗大（內(nèi)置式的2.2倍倍)。 內(nèi)外置內(nèi)外置MEMS：攪拌器一半在結(jié)晶器

36、下部，一般在足輥區(qū)攪拌器一半在結(jié)晶器下部，一般在足輥區(qū)域。域。一些鋼種要求強(qiáng)攪拌時(shí)，帶來(lái)液面不穩(wěn)定、卷渣、增加表面一些鋼種要求強(qiáng)攪拌時(shí)，帶來(lái)液面不穩(wěn)定、卷渣、增加表面縱裂等。縱裂等。大方坯的結(jié)晶器壁厚較大，結(jié)晶器內(nèi)的磁場(chǎng)透入量較小，不大方坯的結(jié)晶器壁厚較大，結(jié)晶器內(nèi)的磁場(chǎng)透入量較小，不得不往下安裝。得不往下安裝。l 優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)攪拌時(shí)彎月面依然穩(wěn)定；既改善結(jié)晶器內(nèi)易出現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)攪拌時(shí)彎月面依然穩(wěn)定；既改善結(jié)晶器內(nèi)易出現(xiàn)的缺陷，又減輕二冷區(qū)會(huì)出現(xiàn)的白亮帶的缺陷，又減輕二冷區(qū)會(huì)出現(xiàn)的白亮帶電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素比較內(nèi)容比較內(nèi)容內(nèi)裝式內(nèi)裝式封裝式封裝式外裝式外裝式與鑄坯斷面匹配與鑄坯斷面匹

37、配好好也也 好好差差攪拌器攪拌器激磁電流激磁電流小小稍稍 大大大大所需功率所需功率小小稍稍 大大大大所需低頻電源功所需低頻電源功率率小小稍稍 大大大大效效 率率高高稍稍 高高低低冷卻水系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)不不 要要要要要要造造 價(jià)價(jià)低低稍稍 高高高高運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用低低稍稍 高高高高使用壽命使用壽命短短長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)備件數(shù)量備件數(shù)量多，至少一用一備多，至少一用一備多，至少一用一備多，至少一用一備少，流數(shù)少，流數(shù)+1+1或或2 2與鑄坯斷面的適應(yīng)性與鑄坯斷面的適應(yīng)性斷面較單一斷面較單一斷面較單一斷面較單一斷面多且更換頻繁斷面多且更換頻繁使用方便性使用方便性差差差差好好攪拌效果攪拌效果好一些好一些好一些好一些

38、差一些差一些不同安裝方式的比較不同安裝方式的比較電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素MEMS的運(yùn)行方式的運(yùn)行方式連續(xù)運(yùn)行方式：連續(xù)運(yùn)行方式：當(dāng)饋給三相交流電后就激發(fā)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的當(dāng)饋給三相交流電后就激發(fā)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使結(jié)晶器內(nèi)鋼水連續(xù)向一個(gè)方向作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使結(jié)晶器內(nèi)鋼水連續(xù)向一個(gè)方向作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前大多數(shù)。目前大多數(shù)MEMS采用這種運(yùn)行方式。采用這種運(yùn)行方式。交替運(yùn)行方式：交替運(yùn)行方式：即正攪停反攪，循環(huán)往復(fù)，這種交替攪拌即正攪停反攪，循環(huán)往復(fù)，這種交替攪拌方式有利于增加等軸晶率，也有利于穩(wěn)定彎月面。方式有利于增加等軸晶率，也有利于穩(wěn)定彎月面。電磁攪拌的影響因素電

39、磁攪拌的影響因素兩相和三相激磁問(wèn)題兩相和三相激磁問(wèn)題不同斷面的電磁力矩與頻率的關(guān)系不同斷面的電磁力矩與頻率的關(guān)系在在140mm140mm斷面下，兩相和三相的電磁力矩相當(dāng)，而斷面下，兩相和三相的電磁力矩相當(dāng)，而對(duì)對(duì)1.40:1的矩形坯，兩者偏離較大。的矩形坯，兩者偏離較大。電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素電磁攪拌器冷卻方式和水質(zhì)要求電磁攪拌器冷卻方式和水質(zhì)要求不同冷卻方式的水質(zhì)要求不同冷卻方式的水質(zhì)要求項(xiàng)目項(xiàng)目外冷式外冷式內(nèi)冷式內(nèi)冷式PH值值6.58.56.08.0電導(dǎo)率電導(dǎo)率s/cm5005總總Fe含量含量mg/l1.00.5懸浮物含量懸浮物含量mg/l2020懸浮物直徑懸浮物直徑m205

40、微生物含量微生物含量 個(gè)個(gè)/ml106106電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素由切向攪拌力表達(dá)式可以看出：由切向攪拌力表達(dá)式可以看出：1）一方面，磁場(chǎng)角速度）一方面，磁場(chǎng)角速度與頻率與頻率 f 呈線性比例增加呈線性比例增加( = 4f/P)，隨，隨頻率的增加，磁場(chǎng)角速度增加；頻率的增加，磁場(chǎng)角速度增加；2）另，由于粘滯力的原因，鋼液速）另，由于粘滯力的原因，鋼液速度逐漸落后；度逐漸落后；3）因此，速度轉(zhuǎn)差率）因此，速度轉(zhuǎn)差率(s=f-m)逐逐漸增加。即隨頻率的增加（當(dāng)頻漸增加。即隨頻率的增加（當(dāng)頻率較高時(shí)），速度轉(zhuǎn)差率增加，率較高時(shí)），速度轉(zhuǎn)差率增加，電磁推力增大。電磁推力增大。4）反之，隨

41、磁場(chǎng)頻率的增加，磁通）反之，隨磁場(chǎng)頻率的增加，磁通量趨于衰減。因此，這種由于速量趨于衰減。因此，這種由于速度轉(zhuǎn)差率產(chǎn)生的電磁推力增大會(huì)度轉(zhuǎn)差率產(chǎn)生的電磁推力增大會(huì)達(dá)到一個(gè)極值。達(dá)到一個(gè)極值。MEMS攪拌速度與磁場(chǎng)頻率的關(guān)系：攪拌速度與磁場(chǎng)頻率的關(guān)系：切向攪拌力：切向攪拌力：F =0.5 B2 sR1 s= f - m f=4 f/P 因此，在給定的結(jié)晶器因此，在給定的結(jié)晶器EMS工況下，工況下，MEMS的最佳頻率和最大電的最佳頻率和最大電磁推力是一個(gè)綜合函數(shù)磁推力是一個(gè)綜合函數(shù)電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素1）結(jié)晶器壁厚相同：?。┙Y(jié)晶器壁厚相同：小斷斷面面結(jié)晶器的最佳頻率較結(jié)晶器的最佳頻

42、率較大；大斷面結(jié)晶器應(yīng)采大；大斷面結(jié)晶器應(yīng)采用較低頻率。用較低頻率。2）當(dāng)）當(dāng)結(jié)晶器壁厚結(jié)晶器壁厚較薄時(shí)，較薄時(shí)，即使磁通量較低時(shí)，同即使磁通量較低時(shí)，同樣可以獲得較大的電磁樣可以獲得較大的電磁推力；推力；3）結(jié)晶器溫度：）結(jié)晶器溫度：當(dāng)結(jié)晶器當(dāng)結(jié)晶器壁的電阻率隨溫度升高壁的電阻率隨溫度升高而增加時(shí)，磁通量的衰而增加時(shí)，磁通量的衰減減少，最佳頻率將趨減減少，最佳頻率將趨向較高的值。向較高的值。MEMS攪拌速度與磁場(chǎng)頻率的關(guān)系：攪拌速度與磁場(chǎng)頻率的關(guān)系：切向攪拌力：切向攪拌力：F =0.5 2 sR1 s= f - m f=4 f/P 電磁攪電磁攪拌的影響因素拌的影響因素鋼種對(duì)攪拌速度的影響鋼種

43、對(duì)攪拌速度的影響不同鋼種的攪拌速度不同鋼種的攪拌速度l 對(duì)碳鋼而言，隨碳含對(duì)碳鋼而言，隨碳含量增加，攪拌速度略量增加，攪拌速度略為減??；為減?。籰 不銹鋼的攪拌速度約不銹鋼的攪拌速度約為碳鋼的為碳鋼的60%。電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素?cái)嚢杷俣鹊目刂茢嚢杷俣鹊目刂茢嚢杵髦行钠矫婧蛷澰旅嫣幍臄嚢杷俣扰c電流強(qiáng)度的關(guān)系攪拌器中心平面和彎月面處的攪拌速度與電流強(qiáng)度的關(guān)系l無(wú)論是圓或方結(jié)晶器，攪拌器中心平面處的攪拌速度比彎月面處的要大得多；無(wú)論是圓或方結(jié)晶器，攪拌器中心平面處的攪拌速度比彎月面處的要大得多；l圓結(jié)晶器由于無(wú)角部且長(zhǎng)度較短，其中心平面處的攪拌速度比彎月面的更大；圓結(jié)晶器由于無(wú)角部且

44、長(zhǎng)度較短，其中心平面處的攪拌速度比彎月面的更大；l隨電流強(qiáng)度的增加，攪拌器中心平面的攪拌速度與彎月面處的差別更大；隨電流強(qiáng)度的增加，攪拌器中心平面的攪拌速度與彎月面處的差別更大；電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素MEMS對(duì)中心偏析的影響對(duì)中心偏析的影響晶粒尺寸與攪拌速度的關(guān)系晶粒尺寸與攪拌速度的關(guān)系攪拌速度超過(guò)攪拌速度超過(guò)2.0m/s，晶粒尺寸細(xì)化不明顯。，晶粒尺寸細(xì)化不明顯。 電磁攪拌的影響因素電磁攪拌的影響因素結(jié)晶器電磁攪拌計(jì)算條件結(jié)晶器電磁攪拌計(jì)算條件參數(shù)參數(shù)值值方坯尺寸方坯尺寸380mm280mm相數(shù)相數(shù)3磁極數(shù)磁極數(shù)6電導(dǎo)率電導(dǎo)率7.14105 -1 m-1磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率410-7

45、H m-1金屬液密度金屬液密度7.02103 kg m3粘性粘性5.610-3 kg m-1 s-1頻率頻率1.02.5 Hz電流電流0500 A鑄坯橫斷面鑄坯橫斷面/中心線的磁場(chǎng)分布變化中心線的磁場(chǎng)分布變化Distance to the meniscus /mthe Magnitude of Magnetic Flux |B| /T00.20.40.60.811.20.010.020.030.04the Upper Edgeof the stirrerthe Bottom Edgeof the StirrerEMS Centert=0t=1/6Tt=2/6Tt=3/6Tt=4/6Tt=5/6

46、TBloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450Bloom Wi

47、dth Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.1T0150300450150-3000150300450-150-300-450攪拌器中心磁場(chǎng)一個(gè)周期內(nèi)的分布，電

48、流攪拌器中心磁場(chǎng)一個(gè)周期內(nèi)的分布，電流500A500A，2.4Hz2.4Hz鑄坯橫斷面上電磁力分布變化鑄坯橫斷面上電磁力分布變化電磁力在半個(gè)磁場(chǎng)周期內(nèi)不同時(shí)刻的分布，電流電磁力在半個(gè)磁場(chǎng)周期內(nèi)不同時(shí)刻的分布，電流500A，2.4HzBloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm10,000Pa050100150200-50-100-150-200050100150-50-100-150Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm10,000Pa050100150200-

49、50-100-150-200050100150-50-100-150Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm10,000Pa050100150200-50-100-150-200050100150-50-100-150Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm10,000Pa050100150200-50-100-150-200050100150-50-100-150Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Directi

50、on /mm10,000Pa050100150200-50-100-150-200050100150-50-100-150Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm10,000Pa050100150200-50-100-150-200050100150-50-100-150t=0/12Tt=1/12Tt=2/12Tt=3/12Tt=4/12Tt=5/12T攪拌器中心一個(gè)周期攪拌力矩的變化攪拌器中心一個(gè)周期攪拌力矩的變化0T/12 2T/12 4T/12 6T/12 8T/12 10T/1212T/1230405060708090

51、100the magnitude of the moment (N.m)diffenrent time of a period攪拌器中心橫斷面內(nèi)流場(chǎng)攪拌器中心橫斷面內(nèi)流場(chǎng)電磁攪拌對(duì)大方坯縱斷面流場(chǎng)的影響電磁攪拌對(duì)大方坯縱斷面流場(chǎng)的影響B(tài)loom Drawing Direction /mm0.5m/s0100200-10002004006008001000Bloom Width direction /mm-200Bloom Width Direction /mmBloom Drawing Direction /mm0.5m/s0100200-100-20002004006008001000I=0

52、 I=500A，f=2.4Hz 電磁攪拌對(duì)大方坯三維流場(chǎng)的影響電磁攪拌對(duì)大方坯三維流場(chǎng)的影響-0.6-0.4-0.200.5m/sZ-0.6-0.4-0.200.5m/sI=0 I=500A，f=2.4Hz 不同頻率下的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度不同頻率下的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度850mm650mm0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)距彎月面距離(m) 1.0Hz 1.5Hz 2.0Hz 2.5HzEMS不同頻率下橫截面磁場(chǎng)分布不同頻率下橫截面磁場(chǎng)

53、分布XY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.90.1TXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.90.1TXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.90.1TXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.90.1T(a) f=1.0Hz (c) f=2.0Hz (b) f=1.5Hz (d) f=2.5Hz 不同

54、頻率下橫截面電磁力分布不同頻率下橫截面電磁力分布XY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.910,000PaXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.910,000PaXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.910,000PaXY00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.910,000Pa(a) f=1.0Hz

55、(c) f=2.0Hz (b) f=1.5Hz (d) f=2.5Hz 不同頻率下的中心力矩不同頻率下的中心力矩01/122/123/124/125/126/127/128/129/12 10/12 11/1220304050607080電磁攪拌器中心平面的力矩(Nm)一個(gè)周期中的不同時(shí)刻 1.0Hz 1.5Hz 2.0Hz 2.5Hz不同頻率下的橫截面流場(chǎng)不同頻率下的橫截面流場(chǎng)0.5m/s00.190.3800.140.280.5m/s00.190.3800.140.28(a) f=1.0Hz (b) f=2.5Hz 攪拌器中心截面流場(chǎng)攪拌器中心截面流場(chǎng)(z=-0.65m)攪拌電流對(duì)磁場(chǎng)的影

56、響攪拌電流對(duì)磁場(chǎng)的影響I=250AI=500ABloom Width Direction /mBloom Thickness Direction /m0.1T00.450.900.450.9Bloom Width Direction /mBloom Thickness Direction /m0.1T00.450.900.450.90/12T2/12T4/12T6/12T8/12T10/12T12/12T14/12T020406080100Stirring moment in Stirrer center (N.m)Diffrent time in one period 250A 500A攪拌

57、電流對(duì)攪拌力矩的影響攪拌電流對(duì)攪拌力矩的影響I=0AB loom W idth D irection /m mBloom Thickness Direction /mm0 .5 m /s01 9 03 8 001 4 02 8 0Bloom W idth D irection /m mBloom Thickness Direction /mm0.5m /s01903800140280Bloom Width Direction /mmBloom Thickness Direction /mm0.5m/s14028000190380I=250AI=500A攪拌電流對(duì)流場(chǎng)的影響攪拌電流對(duì)流場(chǎng)的影響向

58、上向上12deg0.5m/s0.5m/s水平開(kāi)口水平開(kāi)口0.5m/s向下向下12deg攪拌條件下水口出口對(duì)流場(chǎng)的影響攪拌條件下水口出口對(duì)流場(chǎng)的影響不同水口出口角度對(duì)攪拌器中心流場(chǎng)影響較小，但對(duì)表面不同水口出口角度對(duì)攪拌器中心流場(chǎng)影響較小，但對(duì)表面波動(dòng)影響很大波動(dòng)影響很大攪拌條件下水口出口對(duì)流場(chǎng)的影響攪拌條件下水口出口對(duì)流場(chǎng)的影響向上向上12deg水平開(kāi)口水平開(kāi)口向下向下12degBloom Width Direction /mBloom Thickness Direction /m0.5m/s00.3800.28Bloom Width Direction /mBloom Thickness D

59、irection /m0.5m/s00.3800.28Bloom Width Direction /mBloom Thickness Direction /m0.5m/s00.3800.28XYZ0.00320.0030.00280.00260.00240.00220.0020.00180.00160.00140.00120.0010.00080.00060.00040.0002kXYZ0.00550.0050.00450.0040.00350.0030.00250.0020.00150.0010.0005kXYZ0.00260.00240.00220.0020.00180.00160.001

60、40.00120.0010.00080.00060.00040.0002k向上向上12deg水平開(kāi)口水平開(kāi)口向下向下12deg攪拌條件下水口出口對(duì)波高的影響攪拌條件下水口出口對(duì)波高的影響XY0.30.40.50.60.30.350.40.450.50.550.6U10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-10.5m/sXY0.30.40.50.60.30.350.40.450.50.550.6U10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-10.5m/s浸入深度浸入深度80mm浸入深度浸入深度120mm攪拌時(shí)水口浸入深度對(duì)流場(chǎng)的影響攪拌時(shí)水口浸入深度對(duì)流場(chǎng)的