张兴国[1]2001年在《电磁铸造技术的研究》文中指出电磁铸造是建立在电磁流体力学基础上，并与冶金工程相结合的先进材料加工方法，具有产品表面光亮、机械性能好和生产效率高等突出的优点。本文以实现铝合金电磁铸造技术工程化为着眼点，系统地研究了电磁铸造的基本理论和工艺过程，主要包括以下方面： 1．根据电磁场理论，提出电磁成型系统等效电路模型；计算出铝合金扁锭的感应器电流、电源频率、功率和能耗等电参数；建立了具有工业规模的电磁铸造成套装置。 2．液柱的稳定成型是电磁铸造技术的关键。本文在Russia和Kaiser型感应器的基础上，以实验和数值模拟相结合的方法，分析多种感应器结构的磁场分布特性，以电磁压力与静压力平衡为基准点，设计出独特的直边圆弧电磁感应器，其形成的液柱侧面垂直，表面稳定，为实现铝合金的电磁铸造奠定了基础。 3．独特地采用分层隔离法，通过测量模拟铸锭内的温度分布，依据焦耳-楞次定律，计算了扁锭电磁铸造中感应电流密度分布、感应加热功率和速率；用有限差分法对电磁铸造中的温度场进行数值模拟，研究了浇注温度、冷却强度、冷却位置等对铸造速度、液柱高度、液穴形状的影响，为铸造工艺参数的选择提供了依据；计算结果与实测结果相吻合。 4．采用互感耦合模型，进行了电磁铸造中电磁场的数值模拟计算，研究了感应器结构、感应器电流、屏蔽罩位置、电源频率等对磁场强度分布的影响，计算了有载条件下的半悬浮液柱形状；计算结果与实验结果基本吻合。 5．探讨了铝合金电磁铸造工艺。依据液柱形状评价参数S_A，确定了感应器电流、屏蔽罩位置和液柱高度等关键参数；通过理论分析和温度场实测及拉坯试验，根据表面温度均一的准则，设计出合理的冷却水强度分布；确定了浇注温度、液柱高度、冷却水量、铸造速度等关键工艺参数间的匹配关系；将浮漂液位控制器应用于电磁铸造，制造出工业规模的纯铝和3004铝合金扁锭(520×130×900mm)及2024、5182、6063铝合金圆锭(φ174×1000mm)。 6．在国内首次探讨了一机双锭电磁铸造的基本技术问题，采用感应器串联的方法，一机同时铸造出两支尺寸为φ260mm的纯铝圆锭，为实现一机多锭电磁铸造提供了依据。 7．分析了电磁铸造铸锭的表面和内部质量，并与连续铸造铸锭进行 大连理工大学博士学位论文了对比。结果表明，电磁铸造铸锭的表面粗糙度仅为h．65 u m（7 7－78）；宏观组织为细小、均匀的等轴晶；其抗拉强度比连铸坯提高25－27％，延伸率提高20－200％。8．首次提出铝薄板热顶一电磁铸造方法。其原理是将液柱分成两个不同的控制区域：l）液柱顶部用结构独特的屏蔽罩和耐火材料制成的热顶约束成型，解决了液流均匀分配难题和流量微小变化引起液柱高度大幅波动的问题；2）液柱下部由电磁力约束成型，凝固前仍然保持半悬浮状态，凝固后仍具有表面光亮、内部组织均匀、致密的电磁铸造的优点。设计出独特的热顶－电磁成型系统；根据成型控制条件确定了液柱高度和感应器电流；通过温度场的数值模拟对工艺参数进行数值优化；成功制造出国内第一支尺寸为 480 X 20 X 850nun铝薄板。热顶一电磁铸造法用于其它尺寸和合金的电磁铸造将进一步简化工艺、改善表面质量。9．依据电磁场理论，提出复合电磁感应器设计思想，即用普通电磁线圈产生原发磁场，用复合线圈减小系统磁阻，并产生附加磁场；计算出复合线圈的尺寸；研究了复合线圈厚度、结构、位置。间隙、感应器电流、匝数和组合方式等对磁场强度分布的影响；首次制作出复合电磁成型系统，使磁场强度提高到原成型系统的2．7倍；使与钢物性相近的金属锡呈半悬浮状态，揭示了低能耗钢电磁铸造的可能性。 最后，本文分析了铝合金电磁铸造存在的问题和应用前景，并对，钢电磁铸造需解决的关键技术问题和可行性进行了展望。
张志峰[2]2001年在《钢电磁连续铸造技术的研究》文中研究说明电磁连铸技术由于能生产出无振动痕、裂纹、亚偏析等缺陷的连铸坯，有利于连铸连轧一体化的顺利实现，被认为是继连铸技术之后钢铁业的又一次重大变革，是21世纪金属成形的新方法，正吸引许多学者和技术人员加紧进行这一领域的研究工作。作者参与了国家自然科学基金重大项目“电磁场作用下金属熔体成形及凝固基础研究”和国家科技部重大基础研究课题“电磁力对连铸钢坯细化、均质化和洁净化的影响”两项研究课题，并以此为题完成了博士学位沦文。取得有意义的结果如下： 电磁成形系统是电磁连铸的关键设备，对其结构形状的设计，至今没有系统的理沦。因此，本文首先建立电磁连铸成形系统电磁场计算的数学模型，采用数值模拟和实验研究相结合的方法，研究了电磁成形系统中磁场频率、感应线圈电流和位置、结晶器开缝形式对磁场分布的影响规律，通过优化电磁成形系统结构，获得了最佳成形系统电磁场分布，提出了电磁结晶器的优化结构形式，为开展电磁连铸成形工艺实验捉供了理论依据； 弯月面运动行为与连铸坯质量关系非常人，有效控制弯月面波动是获得优质连铸坯的关键。本文采用电磁特性与钢接近而熔点低的伍德合金作为钢的模拟物，研究了在复合电磁场作用下连铸弯月面的运动变化规律。研究表明，施加复合电磁场能够有效控制山于结晶器内电磁搅拌(M-EMS)引起的弯月面变形；随着施加磁场频率和功率的改变，能够实现对弯月面形状的任意控制。解决了山结晶器内电磁搅拌(M-EMS)引起弯月面变形而产生的铸造技术难题； 低熔点锡铅合金电磁连铸模拟实验表明，施加高频电磁场能够消除表面振动痕等缺陷，但是凝固组织中还存在晶粒粗大的问题；为了获得内外质量高的连铸坯，本文提出了连铸结晶器外施加复合电磁场来改善连铸坯质量的复合电磁连铸新技术，采用该方法不仅能够消除振动痕等表面缺陷，而且能够获得晶粒明显细化、且均田细小等轴晶构成的凝固组织，该项技术已经申请了发明专利； 在模拟实验的基础上，对小型电磁连铸机进行合理放大，设计并制作出实验室规模的钢电磁连铸设备，进行了中碳钢电磁连铸成形实验。在国内首次成功铸造出内外质量较未施加电磁场明显改善的 100X 100连铸钢坯，获得了开展钢电磁连铸技术的工装设备和关键技术参数，添补了该项技术的国内空白。
郭鹏[3]2006年在《变形镁合金电磁连铸工艺过程的数值模拟》文中研究指明软接触结晶器电磁连铸方法是一项新的连续铸造技术，主要用于钢、铝的连续铸造过程，目前已取得了较快的进展。而将该技术应用于镁锭的连续铸造过程则是一个新的尝试，可以在保证较好地内部质量和表面质量的情况下，进一步提高铸造速度，较之电磁铸造更易实现工业化。本文针对镁合金圆锭电磁连铸过程进行了以下实验和模拟研究： 测量了电磁连铸结晶器内的磁感应强度分布。 较系统地研究了镁合金圆锭电磁连铸过程的工艺参数对铸锭表面质量的影响规律，确定了合理的液面位置、浇注温度、冷却水量和铸造速度等工艺参数。 利用冷态铸锭温升法测量了电磁连铸过程铸锭内部的感应热量值和分布，得到了沿结晶器水平方向、垂直方向不同条件下的感应热分布，并计算获得了该实验条件下的感应加热功率，在数值模拟时有效地合并到了温度场的数值计算模型中。 针对电磁连铸过程建立了温度场数值模拟的计算模型，编制了考虑感应热分布的温度场模拟软件，并验证了模拟程序的准确性；在此基础上进行了各项工艺参数对凝固过程影响的模拟研究，为电磁铸造工艺参数的优化设计提供可靠的依据。 对添加悬浮剂条件下的软接触电磁连铸进行了模拟，为今后在此方向试验的开展提供了一个基础。
曲若家[4]2004年在《热顶—电磁成型系统模拟与实验研究》文中进行了进一步梳理本文将热顶铸造的思想引入到电磁连铸中，即在结晶器上加热顶，可减小液面波动，稳定弯月面；适当减小结晶器的高度，可削弱结晶器对磁场的屏蔽作用，提高电源效率。本文针对热顶—电磁连铸过程进行了模拟与实验研究，测量了电磁连铸结晶器内的磁感应强度，找出其基本分布规律，并确定了电磁连铸的合理工艺参数；用有限元法进行了叁维电磁场数值模拟；计算了结晶器高度和线圈结构位置等对结晶器内部磁场的影响规律，结果表明：降低结晶器的高度可使结晶器内磁场分布略有提高，但是感应线圈的高度对磁场影响显着，20mm高线圈的磁感应强度较40mm的提高85％；将热顶引入电磁连铸技术上，模拟其对结晶器内部磁场的影响规律，模拟结果还显示热顶结构对磁场强度与分布影响不大。为热顶一电磁连铸系统设计提供了依据。 依据电磁场的实验和模拟结果设计了一套完整的热顶—电磁连铸成型系统。包括结晶器、感应器、冷却水套、热顶等的设计。应用设计的电磁连铸成型系统进行了大量工艺实验，确定了合理的液柱高度、浇注温度、冷却水量和铸造速度等工艺参数，并成功制取了表面较光亮的铝合金圆锭。
曲方懿[5]2002年在《电磁铸造中电磁压力的数值模拟》文中研究指明本文针对铝电磁铸造和钢坯的软接触电磁连铸系统，建立了电磁压力的数值计算模型，给出了计算电磁压力公式的修正系数，运用互感耦合模型，编制了计算软件，模拟了圆锭铝无模铸造和圆锭钢坯软接触电磁连铸中的电磁压力分布情况，其中还包括了空载时软接触结晶器内电磁场的分布情况，分别探讨了电源频率，输入功率，软接触结晶器开缝情况，线圈位置对电磁压力分布以及空载软接触结晶器内电磁场分布的影响。通过研究得到如下结果： 对于无模电磁铸造铝圆柱坯来说，电磁压力在轴向上呈现中间大两头小的分布，最大值出现在线圈所在位置上，在铸坯表面电磁压力最大值处，静压力值和电磁压力的值相一致，小于液柱高度的位置上，电磁压力均不同程度的大于静压力值，电磁压力在径向的分布上表现为表面电磁压力最大，向铸坯内部迅速衰减，电磁压力随着电源频率的增大而增大，随着电源功率的增加，铸坯表面电磁压力增加很快。 研究软接触电磁连铸钢圆柱坯表面电磁压力分布分为两个部分：空载软接触结晶器内电磁场分布模拟和实载软接触结晶器内电磁压力分布模拟。空载部分主要得到如下结论：增加开缝数提高了结晶器透磁性，增大了磁感应强度；磁感应强度随频率的增加而减小，随功率的增加而增大；磁感应强度最大值在轴线上随感应线圈位置上升而增大且位置上移，在结晶器附近随感应线圈与结晶器横向距离增大而减小。在实载的研究中有如下结论：结晶器开缝大幅度的增加了铸坯表面的电磁压力，且开缝数越多电磁压力越大，电源频率的增加引起铸坯表面的电磁压力的增大，电源功率提高可以使得铸坯表面的电磁压力得到明显的提高而分布不变，随着感应线圈与结晶器距离的减小，铸坯表面的电磁压力迅速增大。
罗宁[6]2006年在《电磁铸造复合感应器系统研究》文中研究说明钢的无模电磁铸造不需要振动和润滑系统,可减少设备投资,如果钢的电磁铸造能够实现,将带来巨大的经济和社会效益。钢与铝相比具有密度大、电导率小、趋肤深度大等物理特性,钢的电磁铸造需要强大的磁场支持,悬浮钢液所需的磁通密度是铝液的约4.4倍。在不增加电源功率消耗的情况下,本文选用在普通感应器的基础上增设磁性材料来制作复合感应器系统,用以增强磁场强度。 复合线圈宜选用软磁材料制作,根据复合感应器的特点,本文选用在电源变压器中有着广泛应用,并且工艺比较成熟的冷轧取向硅钢片制造复合感应线圈。硅钢片的迭片方式及片间的绝缘对磁场增强有较大的影响。 利用电磁场的镜像理论分别对单、双和叁复合界面感应器系统增强磁场的原理进行了理论解析,并以此为依据设计复合感应器系统及参数优化。 用小线圈法对复合感应器内的磁场强度和分布进行测量,对不同条件下磁场分布进行分析。结果表明单、双和叁复合界面感应器系统分别比普通感应器磁场强度增强1.5、1.9和2.2倍。 由电磁场理论分析及磁场强度实测得到复合感应器系统的参数:感应器选用斜边结构,复合线圈硅钢片的迭片要使轧制方向与磁力线平行,复合线圈与感应线圈的间隙要尽量最小,复合线圈的高度20mm,且复合线圈的截面积尽量大,复合线圈探入感应线圈的深度大约5mm为宜。 复合感应器系统基本能适用于钢电磁铸造,且若将复合感应器系统应用于铝等轻金属的电磁铸造上,可减少能源消耗,带来可观的经济效益。
张斌[7]2002年在《电磁场作用下液体金属液面运动及控制规律的研究》文中进行了进一步梳理随着磁流体力学理论在冶金工业中的应用和不断发展，在传统铸造过程中越来越多的利用各种形式的电磁场来改善铸坯的质量。其中，电磁成形技术(电磁铸造与电磁连铸)和电磁搅拌技术是电磁场在冶金中应用的典型例子。在铸造过程中液体金属的液面运动行为对铸坯的质量具有极为重要的意义，本文系统研究了电磁成形与电磁搅拌技术中所用电磁场的分布规律和不同电磁场作用下液体金属液面的运动行为，以获得液体金属液面运动的电磁控制规律。 本文使用激光测量传感器测量了液体金属液面运动和液面波动规律；使用小线圈法测量了不同实验条件下的电磁场分布。主要结论如下： 感应器通入高频电流和中频电流两种情况下，感应器内部的磁场分布趋势相同，感应器内部的磁感应强度沿感应器高度中心对称，半径越大的位置，磁感应强度越强。在电源频率一定的情况下，当金属液面与线圈上平面平齐时，液面波动平缓，在施加相同功率的交变电磁场条件下所得液面形状凸起越高，是电磁铸造所要求的液面状态。 变化电源功率，仅改变磁感应强度的大小，磁场的分布趋势不变；施加功率越大，磁感应强度越大。因此在电源频率一定的情况下，施加功率越大，液面凸起越高，但是液面波动也越剧烈；从连铸中液面的稳定性考虑应当选择恰当加载功率，使液面有一定凸起，同时使液面波动不至于太剧烈。 施加相同电源功率情况下感应器内通入中频电流时可以获得更大的磁感应强度。因此在相同功率下，f=2.5kHz液面凸起较f=30kHz时大，在电磁铸造中能达到更好的电磁成形效果。 有载条件下存在集肤效应，在金属内部磁感应强度基本为零；在集肤层，磁场分布规律与空载条件下的磁场分布规律基本一致，且越靠近液体表面的地方，磁感应强度越大；在电源频率和功率一定的情况下，不同半径处金属液面上各点波动规律基本相似，波动频率和振幅相近。 在相同电源功率下，f=5Hz的磁感应强度较f=10Hz大，电源电流相同时f=5Hz较f=10Hz下的搅拌强度大；电源功率越大，磁感应强度越大，磁场频率一定时，施加功率越大，金属液面漩涡深度越大。
王辉[8]2004年在《圆锭电磁铸造电磁力数值计算及金属电磁成型性研究》文中提出电磁铸造技术是建立在电磁流体力学基础上,并与冶金工程相结合的先进材料加工方法。由于生产的铸锭具有表面光亮、缺陷少、组织致密、机械性能好等优点,电磁铸造技术已成为铝合金生产的主要方法。随着铝合金电磁铸造技术的日益完善,以及电磁铸造生产的铸锭的优越性,钢、铜及镁合金都已成为电磁铸造实验与研究的对象。电磁铸造的关键技术在于金属熔体在电磁场作用下的无接触立柱成型。由于不同金属具有不同的物性参数,因而电磁成型可行性及难易程度各不相同。本文以获得不同金属电磁铸造成型实验参数为着眼点,采用数值计算、数学分析以及实验研究相结合的方法对不同金属的电磁铸造成型可行性及难易程度进行了研究。论文主要包括以下内容:从电磁铸造基本原理出发,建立了圆锭电磁铸造电磁力数值计算模型,该计算模型在计算电磁力时考虑了磁场分布梯度对电磁力大小及分布的影响。采用互感耦合模型对不同金属熔体内磁场分布以及感应器倾角、感应器电流及频率对磁场分布的影响进行了数值计算研究;并在电磁场计算结果基础上,采用电磁力计算模型计算研究了不同条件下金属熔体内电磁力分布规律。通过研究不同条件下熔体内电磁压力与液柱静压力的平衡关系,对铝、铜、钢及镁铝合金电磁铸造成型的实验条件进行研究,计算得到了铝、铜、钢及镁铝合金实现电磁铸造成型所需的磁感应强度。以金属电磁铸造成型基本条件为依据,提出了判定不同金属电磁铸造成型可行性与难易程度的无量纲判据。利用该判据对不同条件下金属的电磁成型可行性进行分析,得到了不同金属电磁成型所需磁感应强度,所得结果与电磁力数值计算方法所得结果基本吻合。实验研究了铝、锡铅合金的电磁约束成型可行性,实验结果与计算结果基本吻合,从而验证了电磁成型无量纲判据的实用性。电磁成型无量纲判据及电磁力数值计算结果指出,不同金属电磁铸造成型时所需磁感应强度不同:以50mm高的液柱为标准,铝电磁成型所需磁感应强度为0. 045-0. 05T;而钢的约为0. 08-0. 085T,铜的约为0. 094-0. 099T;而镁铝合金则较小,约为0. 038-0. 043T;研究表明,金属电磁铸造所需感应器电流及磁感应强度大小取决于金属的密度,而金属的电导率的大小则决定了电源频率的选择。电磁铸造成型无量纲判据的建立及电磁力计算程序的编制,为不同金属电磁铸造感应器的设计及铸造工艺参数的选择提供了依据。
李廷举, 金俊泽[9]2000年在《改进铸坯表面质量的电磁连续铸造研究进展》文中进行了进一步梳理导出了钢电磁铸造的理论基础 ,综述了国外此课题的研究现状 ;发现在铸型外侧施加电磁场抑制了液体金属弯月面的变形 ,改变了金属液的初期凝固状态 ,改善了铸坯的表面质量 .金属液的缓冷却凝固和润滑剂流路动压的降低被认为是改善连铸坯表面质量的主要原因 .采用改变铸型结构和施加电磁场的方法 ,可望实现此铸造方法的工业应用
温长飞[10]2009年在《复合磁场作用下金属液面行为的实验研究》文中研究指明在连铸结晶器内,金属液面的稳定性与铸坯表面质量直接相关。在电磁连铸中,交变电磁力引起的液面波动不可避免,因此如何控制液面波动是提高铸坯质量的关键。为合理控制液面的波动,本文实验研究了高频磁场、低频磁场和复合磁场作用下的弯月面变形和液面波动行为。采用低熔点合金Ga-In-Sn来模拟钢液；采用“小线圈法”和CT3特斯拉计分别测量了交变磁场和静磁场的磁感应强度,得到了不同参数下的磁场分布规律；采用高速摄像机测量了不同参数(液面相对位置、线圈电流强度、熔池形状和磁场频率等)下的弯月面变形；同时使用激光传感器测试了不同参数下的液面波动。实验表明：在高频电磁场作用下,合金液面发生凸起变形,自由表面在交变电磁力的作用下一直处于波动状态；随着交变电流增加,凸起高度增加波动加剧；初始液面位于线圈中心位置时,液面波动较剧烈,弯月面高度较大；在方形截面熔池中,在高频电磁场作用下,出现凸台形凸起,但液面波动会随着静磁场电流的增大而加剧；在低频电磁场作用下,液面产生网格状波动,并随着交变电流的增加,网状波动逐渐向条形波动转变；低频磁场频率越小波动越明显。复合施加静磁场后,弯月面沿垂直于磁力线方向有拉伸现象,液面出现规则层波,弯月面变形具有明显的不均匀性。静磁场能抑制由高频磁场引起的液面波动,且存在一个最佳的静磁场磁感应强度。本实验中,静磁场电流为1500A时弯月面的稳定性最好。静磁场并不能很好的抑制由低频磁场产生的液面波动,复合施加静磁场后,液而变形变得杂乱无序,波动变得更剧烈。
参考文献：
[1]. 电磁铸造技术的研究[D]. 张兴国. 大连理工大学. 2001
[2]. 钢电磁连续铸造技术的研究[D]. 张志峰. 大连理工大学. 2001
[3]. 变形镁合金电磁连铸工艺过程的数值模拟[D]. 郭鹏. 大连理工大学. 2006
[4]. 热顶—电磁成型系统模拟与实验研究[D]. 曲若家. 大连理工大学. 2004
[5]. 电磁铸造中电磁压力的数值模拟[D]. 曲方懿. 大连理工大学. 2002
[6]. 电磁铸造复合感应器系统研究[D]. 罗宁. 大连理工大学. 2006
[7]. 电磁场作用下液体金属液面运动及控制规律的研究[D]. 张斌. 大连理工大学. 2002
[8]. 圆锭电磁铸造电磁力数值计算及金属电磁成型性研究[D]. 王辉. 大连理工大学. 2004
[9]. 改进铸坯表面质量的电磁连续铸造研究进展[J]. 李廷举, 金俊泽. 大连理工大学学报. 2000
[10]. 复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[D]. 温长飞. 东北大学. 2009