【摘 要】
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电磁搅拌被广泛的在连铸生产中应用,是改善铸坯凝固组织,提高熔体中的形核率,促进CET(柱状晶向等轴晶)转变和减小宏观偏析的一项非常有效的凝固控制技术。研究电磁搅拌作用下合金液的电磁场特性、合金液的流动及凝固过程,可以获得最佳的工艺参数和搅拌参数。在合理的工艺参数下,电磁搅拌能够细化晶粒,提高铸坯质量。本文以实验室自制单侧凝固装置为模型,Inconel 625合金为研究对象,建立了线性电磁搅拌电磁场
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电磁搅拌被广泛的在连铸生产中应用,是改善铸坯凝固组织,提高熔体中的形核率,促进CET(柱状晶向等轴晶)转变和减小宏观偏析的一项非常有效的凝固控制技术。研究电磁搅拌作用下合金液的电磁场特性、合金液的流动及凝固过程,可以获得最佳的工艺参数和搅拌参数。在合理的工艺参数下,电磁搅拌能够细化晶粒,提高铸坯质量。本文以实验室自制单侧凝固装置为模型,Inconel 625合金为研究对象,建立了线性电磁搅拌电磁场的数学模型以及描述合金液流动和凝固的耦合模型,分别描述铸坯内电磁场的分布规律及铸坯内合金液的流动和凝固过程。同时,考察了不同电流强度、不同过热度、电磁搅拌作用时间和线性电磁搅拌器放置的位置对合金液流动和凝固过程的影响;进一步分析电磁搅拌对CET转变的影响;从而证明了单侧凝固装置模拟实际连铸过程的可行性。电磁场的测试和数值模拟研究结果表明:磁感应强度在靠近冷却铜板一端较大,并能够有效贯穿整个铸坯;电磁力在铸坯中心横截面上以铸坯中心为圆心呈周向分布;在铸坯内,当电流强度增大时,同一位置处的磁感应强度和电磁力均相应增大;而电流频率增大时,同一位置处的电磁力反而减小。在线性电磁搅拌作用下,合金液在铸坯中心横截面上的流动呈漩涡状;随着电流强度的增加,合金液的流速增加,冷却速度加大,铸坯的凝固过程加快,凝固坯壳形状发生变化,二次枝晶臂间距变小,说明提高电磁搅拌的电流强度会进一步加快凝固过程。当线性电磁搅拌通入电流强度为450A时,中心轴线上最大流动速度达到0.16 m/s,二次枝晶臂间距更小。在线性电磁搅拌作用下,当线性电磁搅拌作用时间增加到90s后,坯壳形状变化越大,液芯位置偏转越明显,在同一位置处,距离冷却铜板0.0 3m~0.08 m处的二次枝晶臂间距最小。当线性电磁搅拌器位于EMS2处后,合金液在铸坯横截面上的流动仍成漩涡状,但速度提高到0.25 m/s,二次枝晶臂间距更小;综合考虑线性电磁搅拌器放置于EMS2处更优。由于电磁搅拌促进过热度的消散,过热度为30℃的液相率较高,使得中心轴线上的合金旋转速度达到0.156m/s,二次枝晶臂间距反而减小。研究结果表明,自制的单侧凝固装置在X方向为0.02m~0.06m,Y方向为0~0.04 m和Z方向为0.02 m~0.12 m范围内的铸坯凝固规律与实际连铸坯凝固过程相符合。在单侧凝固装置实验建议采用以下参数:电流强度为450 A和电磁搅拌器放置于EMS2处。
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