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摆动触发的连铸结晶器非正弦振动系统及工艺参数研究

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振动与冲击 2023年第14期42卷 147-153页

作者：周超李凤丽张兴中王芳河北农业大学海洋学院河北秦皇岛066003 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 河北省高端装备产业技术研究院河北秦皇岛066004 燕山大学理学院河北秦皇岛066004

通过控制电机的角速度实现非正弦振动各种参数的在线调节,提出一种摆动触发的对置伺服电机驱动结晶器振动装置。首先,阐述振动装置的工作原理,并建立其三维模型;其次,基于整体函数非正弦振动波形,给出实现该波形的伺服电机角速度曲线及... 详细信息

通过控制电机的角速度实现非正弦振动各种参数的在线调节,提出一种摆动触发的对置伺服电机驱动结晶器振动装置。首先,阐述振动装置的工作原理,并建立其三维模型;其次,基于整体函数非正弦振动波形,给出实现该波形的伺服电机角速度曲线及工艺参数的计算方法;最后,绘制多工艺参数等值曲线,根据某钢厂连铸机的振动工艺参数,确定出非正弦振动合理的拉坯速度与频率和振幅的同步控制模型。研究表明,理论计算的非正弦振动工艺参数满足取值限度要求,对于进一步减小铸坯振痕深度、改善铸坯与结晶器之间的润滑、提高拉坯速度和铸坯表面质量,具有重要的参考价值。

关键词：连铸结晶器振动系统工艺参数

结晶器电磁搅拌对方坯中非金属夹杂物去除的影响研究

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钢铁钒钛 2022年第1期43卷 131-134,151页

作者：王勇四川机电职业技术学院材料工程系四川攀枝花617000

电磁力影响金属熔体中非金属夹杂物的分布及颗粒的传输速度,根据这一原理,进行了结晶器电磁搅拌对方坯中非金属夹杂物去除影响的试验研究。采用200、250 A和300 A这3种不同的EMS电流对方坯坯料进行了夹杂物分离和去除的试验,并采集样品... 详细信息

电磁力影响金属熔体中非金属夹杂物的分布及颗粒的传输速度,根据这一原理,进行了结晶器电磁搅拌对方坯中非金属夹杂物去除影响的试验研究。采用200、250 A和300 A这3种不同的EMS电流对方坯坯料进行了夹杂物分离和去除的试验,并采集样品进行能谱分析。结果表明,当结晶器的电磁搅拌参数为300 A电流和3 Hz频率时,铸坯中的非金属夹杂物控制效果最佳,比不采用电磁搅拌减少了35%。

关键词：连铸结晶器电磁搅拌非金属夹杂物

结晶器弯月面区域液态保护渣初始下渣行为研究

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结晶器弯月面区域液态保护渣初始下渣行为研究

作者：黄思思武汉科技大学

学位级别：硕士

结晶器弯月面区域液态保护渣的周向下渣行为与连铸工艺参数密切相关,不合理的下渣行为会造成结晶器内初始凝固坯壳厚度周向不均匀,铸坯产生表面纵裂纹等缺陷,甚至造成漏钢事故发生,严重影响铸坯质量和生产顺行。本文以钢液-保护渣-结晶... 详细信息

结晶器弯月面区域液态保护渣的周向下渣行为与连铸工艺参数密切相关,不合理的下渣行为会造成结晶器内初始凝固坯壳厚度周向不均匀,铸坯产生表面纵裂纹等缺陷,甚至造成漏钢事故发生,严重影响铸坯质量和生产顺行。本文以钢液-保护渣-结晶器铜板为研究对象,考虑结晶器振动,建立耦合钢渣两相流动、传热和凝固的三维瞬态数学模型,利用水模型实验对钢液流动和保护渣初始下渣行为进行验证。研究了连铸结晶器内弯月面区域液渣迁移行为及液渣物性、拉坯速度和水口浸入深度等参数对液渣下渣行为的影响,论文主要结论如下:（1）结晶器上部钢液内存在一个大环流区和靠近窄面弯月面下方的小环流区;钢液面上方的液渣层内也存在一大一小两个流动方向相反的环流区,小环流位于窄面弯月面上方;在渣道入口处液渣内有一局部小环流区。（2）同一结晶器高度上,从结晶器宽面中心和窄面中心到角部位置处,渣道内保护渣温度逐渐降低、下渣速度逐渐减小;宽面中心处渣膜厚度均大于宽面1/4处,结晶器宽面处下渣量略高于窄面处,角部位置保护渣下渣质量流量最大。（3）增大拉坯速度,钢渣界面波动加剧、流速增大;渣道入口处局部小环流范围减小;渣道内保护渣温度和平均下渣速度增大;宽面处液态渣膜厚度增加,窄面和角部液态渣膜厚度减小,渣道内保护渣下渣质量流量总体增大。（4）增大水口浸入深度,钢渣界面波动、流速均减小,窄面附近低温区范围增大;渣道入口处局部小环流范围先增大后减小;宽面中心区域液态渣膜厚度减小,窄面和角部区域液态渣膜厚度增大;渣道内保护渣下渣质量流量总体减小。（5）增大保护渣黏度,宽面附近弯月面区域钢渣界面速度增大,温度略有升高;渣道入口处局部小环流范围逐渐增大;整体上看,保护渣黏度对结晶器周向方向上的液态渣膜厚度和下渣量的影响较小。

关键词：连铸结晶器弯月面液态保护渣初始下渣行为

超大圆坯浸入式水口优化的1∶1结晶器水模拟

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钢铁 2024年第4期59卷 85-95,115页

作者：陈希青白云王璞王鹏肖红沈毓张家泉北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 江阴兴澄特种钢铁有限公司江苏江阴214429 湖南中科电气股份有限公司湖南岳阳414000

为了优化超大圆坯连铸结晶器的冶金效果,搭建了1∶1的超大圆坯(≥φ800 mm)结晶器水模拟平台。通过观测液面波高、监测表面平均流速、墨汁显示流场试验、水油模拟卷渣试验等手段,对不同浸入式水口结构和工艺参数导致的结晶器内流场和液... 详细信息

为了优化超大圆坯连铸结晶器的冶金效果,搭建了1∶1的超大圆坯(≥φ800 mm)结晶器水模拟平台。通过观测液面波高、监测表面平均流速、墨汁显示流场试验、水油模拟卷渣试验等手段,对不同浸入式水口结构和工艺参数导致的结晶器内流场和液面行为进行定量和定性评估。结果表明,随着水口侧孔倾角不断向下,自由液面流速逐渐减小,模拟卷渣情况也逐渐减轻,但侧孔倾角向下15°时自由液面过于平静。当侧孔倾角向上15°时,在结晶器中部到结晶器壁区域内的液面均较为活跃,同时也伴随着较为严重的液面裸露及卷渣状况。对侧孔跑道形、圆形、倒梯形和矩形外扩型对比分析可知,圆形侧孔会使流股集中导致自由液面流速和波高远大于其他侧孔形状的水口,也会导致十分严重的卷渣以及液面裸露现象,其卷渣时长所占比例可高达98%。而矩形外扩型侧孔使得流股较为发散,令自由液面流速较小且结晶器中部区域波高较高,可以使自由液面在较大区域内波动活跃同时不会出现液面裸露状况,其卷渣时长所占比例仅为27%。同时矩形外扩型水口的液面流速随着拉速的增大变化不明显。五孔矩形外扩型侧孔向上15°对于超大圆坯结晶器内的钢液流动状态控制效果远优于当前使用的五孔侧孔跑道形向上15°水口,更有利于铸坯的表面质量和内部质量控制。

关键词：超大圆坯水模拟平台侧孔角度侧孔形状流动状态卷渣结晶器

GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

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钢铁研究学报 2023年第1期35卷 60-70页

作者：程鸣飞王敏姚骋包燕平北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320 mm×280 mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶... 详细信息

为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320 mm×280 mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320 mm×280 mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300 A/2 Hz调整到350 A/3 Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350 A/3 Hz。

关键词：大方坯结晶器电磁搅拌数值模拟电流强度频率

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板坯连铸过程结晶器水口优化数值模拟

连铸 2024年第1期 18-25页

作者：陆靖洲潘伟明窦坤王万林周乐君中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083 湘江实验室湖南长沙410205

为了优化板坯连铸过程结晶器水口以抑制卷渣的发生,利用ProCAST有限元软件建立不锈钢板坯连铸结晶器三维模型来研究结晶器水口优化方法。通过实验室黏度仪测量保护渣性能参数带入卷渣临界表面流速经验公式,得到易发生卷渣的钢液临界表... 详细信息

为了优化板坯连铸过程结晶器水口以抑制卷渣的发生,利用ProCAST有限元软件建立不锈钢板坯连铸结晶器三维模型来研究结晶器水口优化方法。通过实验室黏度仪测量保护渣性能参数带入卷渣临界表面流速经验公式,得到易发生卷渣的钢液临界表面流速。数值模拟计算优化前与优化后的钢液临界表面流速以及结晶器流场、温度场。钢液卷渣临界表面流速理论值为0.35 m/s。数值模拟结果表明,中孔直径从55 mm增大到60 mm,侧孔倾角从8°降低到6°,四尺铸坯钢液临界表面流速值从0.347 m/s降低到0.296 m/s,五尺铸坯从0.351 m/s降低到0.323 m/s。优化参数下的钢液上表面流速适宜,结晶器流场和温度场合理,利于保护渣熔化,坯壳润滑效果好,能有效抑制卷渣发生。因此板坯连铸结晶器水口可按此参数优化。

关键词：板坯卷渣结晶器数值模拟流场

连铸结晶器的双源复合激振原理及振动同步控制模型

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第5期52卷 1465-1472页

作者：刘大伟李明明吕晨燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

针对目前结晶器电动激振系统的性能缺陷,提出一种新型双源复合电动激振器。首先阐明双源复合激振器的机构原理,建立结晶器振动系统的运动模型;基于傅里叶级数建立偏心轴式激振器周期速度的表达式,给出结晶器振幅、振频和波形偏斜率的调... 详细信息

针对目前结晶器电动激振系统的性能缺陷,提出一种新型双源复合电动激振器。首先阐明双源复合激振器的机构原理,建立结晶器振动系统的运动模型;基于傅里叶级数建立偏心轴式激振器周期速度的表达式,给出结晶器振幅、振频和波形偏斜率的调控方法,并结合双源激振器驱动方式,提出基于双源激振器基本运动参数的工艺同步控制模型;最后以某钢厂板坯连铸机为例,计算双源激振器驱动下板坯结晶器的振动参数和工艺参数。研究结果表明:双源激振方式不仅可实现结晶器全部振动参数的独立控制,而且基于驱动系统运动参数建立的同步控制模型可以实现稳定的工艺控制。

关键词：结晶器非正弦振动电动激振工艺参数控制模型

基于亥姆霍兹线圈电磁制动装置的结晶器内冶金行为研究

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武汉科技大学学报 2023年第1期46卷 10-17页

作者：高全杰李威陈环程管武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

为解决连铸过程中钢液在结晶器内不合理的自由液面流速所导致的板坯表面缺陷问题,根据现有电磁制动装置特点,提出一种新型的基于亥姆霍兹线圈的电磁制动装置,建立了板坯结晶器三维数学模型,研究了磁感应强度对结晶器内流场和温度场的影... 详细信息

为解决连铸过程中钢液在结晶器内不合理的自由液面流速所导致的板坯表面缺陷问题,根据现有电磁制动装置特点,提出一种新型的基于亥姆霍兹线圈的电磁制动装置,建立了板坯结晶器三维数学模型,研究了磁感应强度对结晶器内流场和温度场的影响以及拉坯速度与电磁制动效率之间的关系。结果表明,亥姆霍兹线圈能在覆盖区域形成均匀稳定的磁场,有效抑制射流冲击深度,降低钢液自由液面流速并使其控制在合理范围。同时,磁场的存在消除了结晶器下回流低温区,使得结晶器内温度分布更均匀。数值模拟结果所表征的冶金效果符合电磁制动装置的设计意图,能达到实时控制结晶器自由液面流速的效果。

关键词：连铸结晶器电磁制动亥姆霍兹线圈自由液面流速分布磁感应强度

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矩形坯高拉速连铸结晶器开发与应用

炼钢 2023年第5期39卷 48-56页

作者：聂荣恩么旭林崔猛天津市新天钢联合特钢有限公司天津301500

均匀传热是高拉速连铸结晶器的基本要求。采用数值模拟方法,建立了某钢厂1号矩形坯连铸机结晶器内坯壳凝固热-力耦合有限元模型,研究分析了原窄面平面型结晶器内坯壳凝固传热行为规律,在此基础上设计开发了新型曲面结构结晶器,对比分析... 详细信息

均匀传热是高拉速连铸结晶器的基本要求。采用数值模拟方法,建立了某钢厂1号矩形坯连铸机结晶器内坯壳凝固热-力耦合有限元模型,研究分析了原窄面平面型结晶器内坯壳凝固传热行为规律,在此基础上设计开发了新型曲面结构结晶器,对比分析了结晶器内坯壳凝固变形、气隙与保护渣膜、铸坯表面温度分布等演变。结果表明,传统窄面平面型结晶器易引发铸坯角部附近区域生成厚气隙与保护渣膜,阻碍坯壳偏离角区高效传热,从而引发高拉速连铸下铸坯宽面偏离角区显著凹陷缺陷。采用新型曲面结晶器,可大幅减少铸坯角部与偏离角区的气隙及保护渣膜厚度,促进结晶器内坯壳均匀化传热,消除高拉速连铸生产条件下铸坯偏离角凹陷,并提升结晶器使用寿命80%。

关键词：连铸高拉速结晶器凝固