电磁搅拌技术的基础研究.pptVIP

电磁搅拌技术的发展历史 1932年，布劳贝克发现旋转磁场能使金属液旋转。 1965年，前苏联发明铝的电磁铸造技术。 70年代，麻省理工学院的Fleming发明搅动铸造技术，即Stircasting。 电磁搅拌的目的 获得均匀温度、均匀化学成分，改善坯质量、产量和品种。 减少表面裂纹、中间裂纹等。 增加等轴晶结构，减少中心线偏析、疏松和裂纹。 电磁搅拌形式 1) 结晶器电磁搅拌主要针对凝固壳阶段，主要改善表面及亚表面质量。主要采用旋转型电磁搅拌器。如果弯月面旋转速度过高，可能导致将保护渣卷入钢水中，这是限定电磁搅拌强度的一个因素。 2) 二冷区电磁搅拌主要改进坯中部裂纹等缺陷，一般采用线性电磁搅拌器。 3) 末端电磁搅拌主要改善坯中心部分的质量，旋转型和线性电磁搅拌方式均有采用。 4) 总体组合搅拌。 * * 电磁搅拌技术的基础研究 李宝宽 东北大学 工作原理 在凝固前沿，电磁力驱动的垂直于柱状晶的流动可以均匀凝固前沿的温度，促进凝固前沿的夹杂物和气泡的运动。最重要的是打坏或折弯柱状枝晶，并将富积于凝固前沿的溶质分布于溶体中。这些被打碎的枝晶碎片进入溶体后成为新的结晶核，这样将导致等轴晶数量的增加。 电磁搅拌依据搅拌器安装位置不同可分为三种形式：结晶器电磁搅拌、二冷区电磁搅拌、末端电磁搅拌。 早期研究 英国：Hughes和Young：线形旅行磁场驱动流动 日本：Asai和Muchi：层流一维流 德国：Dubke 和Spitzer等：二维线性驱动流和旋转流动 近期研究 日本：藤键彦，结晶器线性搅拌 美国：Natarajan，三维有限元流场 韩国：浦相Kim Hoyoung，旋转与线性组合，大方坯 中国：张宏丽：线性搅拌，提高等轴晶粒 先前研究集中在磁场、电磁力场和流场三场研究 没有耦合或涉足温度场（凝固）和浓度场（偏析） Formulation Boundary conditions and solution method 流场 磁感应强度 固体壁面：第一类边界条件 出口：质量流动条件，进出口质量平衡 入口：由拉速折算，湍动能和耗散率依据文献给出 根据似稳边界更新法；场量与场源同步 按照（biot-Savart）毕奥-萨法定理计算。 垂直搅拌与水平搅拌 搅拌器输出磁场鉴定 德国 韩国 冶金长度模型 混相理论 假定： (1) 稳态问题。 流动不可压缩 牛顿流体流动； (2) 介质为二元的Fe-C合金； (3) 凝固过程中保持局部的 热动态平衡； (4) 忽略溶质变化铸坯形变； (5) 假定为柱状枝晶凝固。 数学模型 从机理模型到控制模型 机理模型 控制模型 （三大守恒定律） 机理模型出发 黑箱模型出发 李宝宽 黑箱模型特点及问题 特点：操作参数之间关系简单，计算量小，响应快。 问题：因素之间的内在关系不清楚，当改变操作参数时 控制模型必修重新确定。而对于进一步改进控制 难于确定参数调节方向。 机理模型用作控制模型面临的问题: 机理模型因素之间内在关系十分复杂，模型求解 计算量庞大。 机理模型简化过程主次因素的判定 机理模型简化后的误差修正。 机理模型计算量的最小化。 工作内容 1）继续深入地发展机理模型：建立电磁搅拌对温度场影响的数学模型，研究电磁搅拌对凝固过程的影响。建立电磁搅拌对浓度场影响的数学模型，研究电磁搅拌对偏析过程的影响。 （发表论文） 2）从机理模型出发，建立过程控制模型。为实际生产操作提供 控制模型 （项目内容） * *