板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)電磁制動(dòng)控制效果的研究

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1、板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)電磁制動(dòng)控制效果的研究?發(fā)表日期：2006-9-5　閱讀次數(shù)：261　前言　連鑄板坯的表面和內(nèi)部缺陷與結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)條件緊密相關(guān)。從結(jié)晶器的浸入式水口流出的鋼液射流夾帶著非金屬夾雜物和氣泡沖擊結(jié)晶器的窄面后分成兩個(gè)很強(qiáng)的流股，其中一個(gè)流股向上流動(dòng)，引起彎月面的不穩(wěn)定性并易造成卷渣；另一個(gè)流股穿入板坯深處，使非金屬夾雜物和氣泡聚集在凝固殼上。在高速連鑄下，這些現(xiàn)象更為嚴(yán)重并惡化了最終產(chǎn)品質(zhì)量。因此，控制從水口流出的鋼液成為高速連鑄中的關(guān)鍵技術(shù)。為解決上述問(wèn)題，開發(fā)了應(yīng)用穩(wěn)恒磁場(chǎng)制動(dòng)從水口流出的鋼液即電磁制動(dòng)技術(shù)?！‰姶胖苿?dòng)技術(shù)(ElectromagneticBr

2、ake-EMBR)就是在水口區(qū)域設(shè)置與水口出流垂直的穩(wěn)恒磁場(chǎng)，在導(dǎo)電的液態(tài)金屬中將產(chǎn)生感生電流，感生電流與穩(wěn)恒磁場(chǎng)的交互作用又在液態(tài)金屬中產(chǎn)生與流速方向相反的洛侖茲力，從而使液態(tài)金屬的流動(dòng)受到抑制。在連鑄中應(yīng)用電磁制動(dòng)技術(shù)可減少連鑄坯的內(nèi)部和皮下夾雜物，消除保護(hù)渣的卷渣，減少縱向和橫向裂紋，達(dá)到高拉速下生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯的目的?！”疚挠肞b-Sn-Bi低熔點(diǎn)合金進(jìn)行了電磁制動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)以證實(shí)電磁制動(dòng)的效果，研究了單條形穩(wěn)恒磁場(chǎng)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流體流動(dòng)的影響，并考察各操作參數(shù)(磁通量密度、澆鑄速度、水口出口角度)對(duì)電磁流動(dòng)控制效果的影響。2　實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法　實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。模擬結(jié)晶器

3、與實(shí)際結(jié)晶器幾何相似，其比例為1:3。金屬液從模擬中間包通過(guò)浸入式水口流入結(jié)晶器中，然后通過(guò)結(jié)晶器底部的出口流入金屬液儲(chǔ)槽，同時(shí)，通過(guò)鋼包不斷地往中間包內(nèi)補(bǔ)充金屬液，使金屬液在結(jié)晶器內(nèi)形成連續(xù)的循環(huán)流動(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中金屬液的流量用中間包內(nèi)的塞棒和結(jié)晶器出口處的流量控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)用鋼包不斷往中間包補(bǔ)充金屬液使中間包內(nèi)金屬液的液面穩(wěn)定，從而使結(jié)晶器內(nèi)金屬液面保持穩(wěn)定。每次實(shí)驗(yàn)，金屬液在結(jié)晶器內(nèi)的穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間保持3~5min，以得到穩(wěn)定可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。單條形穩(wěn)恒磁場(chǎng)施加在結(jié)晶器的寬面兩側(cè)，覆蓋整個(gè)結(jié)晶器的寬度，以制動(dòng)從水口流出的液流。　圖1　電磁制動(dòng)控制熱模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1,6.熱電偶

4、；2.鋼包；3.塞棒；4.模擬中間包；5.浸入式水口；7.水平穩(wěn)恒磁場(chǎng)；8.結(jié)晶器；9.調(diào)節(jié)控制閥；10.金屬液儲(chǔ)槽；11.激光液位儀；12.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)　　實(shí)驗(yàn)介質(zhì)采用牛頓合金，合金成分為：w(Pb)30%，w(Sn)20%，w(Bi)50%，密度9.62g/cm3，熔點(diǎn)為95℃，用其模擬鋼液，對(duì)穩(wěn)恒磁場(chǎng)作用下的結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究。為了防止金屬液在結(jié)晶器內(nèi)凝固，金屬液的澆注溫度為300℃，流入金屬液儲(chǔ)槽的溫度保持在160℃以上，以保證金屬液在結(jié)晶器內(nèi)的連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)。表1為實(shí)驗(yàn)參數(shù)。模型結(jié)晶器與實(shí)際連鑄結(jié)晶器之間的相似由下面的Froude準(zhǔn)數(shù)和Stu

5、ait準(zhǔn)數(shù)相等來(lái)保持。　表1　電磁制動(dòng)控制熱模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)磁場(chǎng)單條形穩(wěn)恒磁場(chǎng)結(jié)晶器材質(zhì)銅板比例1/3截面尺寸240mm×60mm高度800mm浸入式水口　出口形式兩側(cè)出口出口角度向下15°向下45°浸入深度100mm磁場(chǎng)位置液面以下150mm磁通量密度最大0.75T電流最大1300A　　實(shí)驗(yàn)中用激光液位儀(LK501型)測(cè)量結(jié)晶器窄面附近的金屬液面的波動(dòng)，并在中間包和結(jié)晶器內(nèi)金屬液面處分別插入熱電偶，以測(cè)量中間包與結(jié)晶器內(nèi)的流體平均溫降，間接地考察液流流股的沖擊深度。3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1電磁場(chǎng)對(duì)液體表面波動(dòng)抑制作用的研究　圖2為采用出口角度為向下15℃的水口，澆鑄速度為

6、0.12m/min時(shí)磁通量密度對(duì)金屬液表面波動(dòng)的作用效果。橫人下標(biāo)表示時(shí)間，縱人下標(biāo)為用金屬液面的振蕩幅度表示的液面波動(dòng)量。由(a)圖可看出當(dāng)磁通量密度由OT增加到0.25T時(shí)表面波動(dòng)有些增大，這是因?yàn)槭┘釉谒诔隹谙路降?.25T的磁場(chǎng)對(duì)向下流股產(chǎn)生了抑制作用，但同時(shí)也使向上的回流增加，從而導(dǎo)致液面波動(dòng)的增加。而由(b)圖可看出當(dāng)磁通量密度由OT增加到0.5T時(shí)表面波動(dòng)減小，這是由于0.5T的磁場(chǎng)對(duì)水口出口的整個(gè)流股產(chǎn)生了抑制作用，減小了整個(gè)出口流股的流出速度，也使上返流的速度減小，因而表面波動(dòng)被抑制。同時(shí)由(c)圖也可以看出磁通量密度由0T增加到0.75T時(shí)表面波動(dòng)減小。由此

7、可得，當(dāng)磁通量密度為0.25T時(shí)磁場(chǎng)只對(duì)向下流股產(chǎn)生了抑制作用，而當(dāng)磁通量密度增加到0.5T以上時(shí)，磁場(chǎng)的強(qiáng)度足以制動(dòng)整個(gè)出口流股，并且從水口流出的整個(gè)流股的出口速度被減小，因而表面波動(dòng)也被抑制，這使彎月面處的流動(dòng)更穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，隨著磁通量密度的增加，液面波動(dòng)逐漸減小。當(dāng)磁通量密度由0.25T增加到0.5T時(shí)，最大的表面波動(dòng)可減小一倍，當(dāng)磁通量密度增加到0.75T時(shí)表面波動(dòng)進(jìn)一步減小?！　D3為采用出口角度為向下45。的水口，并目澆注速度為0.41m/min時(shí)磁通量密度對(duì)