連鑄過程中金屬液流動的電磁控制.pdf

1、近十年來,隨著材料電磁加工技術的發(fā)展,電磁場的應用范圍和途徑不斷地擴大.該文提出了一種新型的利用電磁制動制備兩面具有不同性能的復層材料的方法,為了分析此技術的可行性,選擇合理的鑄造工藝,用自編的SIMPLE程序,對電磁控制下鑄型內金屬液的流動進行了模擬;還提出了直澆道電磁攪拌技術,用有限元分析軟件ANSYS研究了電磁攪拌對直澆道內流場和溫度場的影響,并選用Sn-3.5﹪Pb進行了連鑄模擬實驗.依據(jù)磁流體動力學理論,建立了電磁控制下鑄型內

2、金屬液流動的數(shù)學模型,使用交錯網格技術和塊修正的行迭代方法,用VC++6.0編制了流場計算的SIMPLE程序,研究了水平電磁場對金屬液流動的影響.結果表明:在鑄型寬度方向上施加的水平電磁場,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);當磁感應強度B≥0.2T時,控制效果明顯;為了避免施加電磁制動后在液面出現(xiàn)的橫向流動,可設置高度20mm-30mm的擋板;均勻的速度分布還導致了鑄型內均勻的溫度分布;拉坯

3、速度快時,電磁場對鑄型水口區(qū)域流場控制效果好,所以電磁控制更適合于高速連鑄的場合.因此,在鑄型寬度方向施加水平電磁場,從兩個浸入式澆口同時澆注成分不同的合金液,通過電磁力控制鑄型內金屬液的流動,使兩種金屬液體流動平穩(wěn),不發(fā)生混流,可以生產出兩面具有不同性能的復層梯度功能材料.施加直澆道電磁攪拌可以使連鑄坯的凝固組織變得細小而均勻,從實驗結果分析可得:施加電磁攪拌后,鑄坯的晶粒細化,等軸晶區(qū)擴大,柱狀晶區(qū)減小;在降低過熱度的情況下,施加電

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