連鑄過(guò)程中金屬液流動(dòng)的電磁控制.pdf

1、近十年來(lái),隨著材料電磁加工技術(shù)的發(fā)展,電磁場(chǎng)的應(yīng)用范圍和途徑不斷地?cái)U(kuò)大.該文提出了一種新型的利用電磁制動(dòng)制備兩面具有不同性能的復(fù)層材料的方法,為了分析此技術(shù)的可行性,選擇合理的鑄造工藝,用自編的SIMPLE程序,對(duì)電磁控制下鑄型內(nèi)金屬液的流動(dòng)進(jìn)行了模擬;還提出了直澆道電磁攪拌技術(shù),用有限元分析軟件ANSYS研究了電磁攪拌對(duì)直澆道內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響,并選用Sn-3.5﹪Pb進(jìn)行了連鑄模擬實(shí)驗(yàn).依據(jù)磁流體動(dòng)力學(xué)理論,建立了電磁控制下鑄型內(nèi)

2、金屬液流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,使用交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)和塊修正的行迭代方法,用VC++6.0編制了流場(chǎng)計(jì)算的SIMPLE程序,研究了水平電磁場(chǎng)對(duì)金屬液流動(dòng)的影響.結(jié)果表明:在鑄型寬度方向上施加的水平電磁場(chǎng),不僅可以有效抑制出水口的流速,減少其射流深度,還可以減小鑄型中心處出現(xiàn)的回流區(qū);當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B≥0.2T時(shí),控制效果明顯;為了避免施加電磁制動(dòng)后在液面出現(xiàn)的橫向流動(dòng),可設(shè)置高度20mm-30mm的擋板;均勻的速度分布還導(dǎo)致了鑄型內(nèi)均勻的溫度分布;拉坯

3、速度快時(shí),電磁場(chǎng)對(duì)鑄型水口區(qū)域流場(chǎng)控制效果好,所以電磁控制更適合于高速連鑄的場(chǎng)合.因此,在鑄型寬度方向施加水平電磁場(chǎng),從兩個(gè)浸入式澆口同時(shí)澆注成分不同的合金液,通過(guò)電磁力控制鑄型內(nèi)金屬液的流動(dòng),使兩種金屬液體流動(dòng)平穩(wěn),不發(fā)生混流,可以生產(chǎn)出兩面具有不同性能的復(fù)層梯度功能材料.施加直澆道電磁攪拌可以使連鑄坯的凝固組織變得細(xì)小而均勻,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得:施加電磁攪拌后,鑄坯的晶粒細(xì)化,等軸晶區(qū)擴(kuò)大,柱狀晶區(qū)減小;在降低過(guò)熱度的情況下,施加電

4、磁攪拌,可避免直澆道堵塞,保證澆注順利進(jìn)行,而且鑄坯的凝固組織更加細(xì)小.為了探討直澆道電磁攪拌細(xì)化連鑄坯凝固組織的機(jī)理,使用商用軟件ANSYS 5.6模擬了直澆道內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng),得出以下結(jié)論:施加電磁攪拌后,直澆道內(nèi)金屬液的軸向速度基本不變,而周向速度發(fā)生顯著變化,即金屬液體產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);在相同的澆注溫度下,施加電磁攪拌后,澆道內(nèi)的溫度分布比未施加攪拌時(shí)變得均勻,降低了直澆道堵塞的可能性,從而可以實(shí)施低溫澆注.所以,施加直澆道電磁攪