金属液面变形和波动行为的电磁控制实验和模拟研究
发布时间：2022-01-24 03:47
在连铸过程中,结晶器内钢液表面的稳定程度是决定铸坯质量的重要因素。在电磁连铸过程中,交变磁场产生的电磁力也会引起液面的波动,因而如何对液面的波动和变形行为进行电磁控制是提高铸坯质量的关键。为了高效合理的控制液面的变形和波动行为,本文通过实验和数值模拟的方法研究了电磁控制下液面鼓包的变形及波动规律。设计了不同形式的磁场发生器,用低熔点Ga-In-Sn合金模拟钢液,采用“电磁感应法”测量了磁场发生器所产生的交变磁场,获得了不同参数下的磁场分布规律;采用激光位移传感器测得不同参数下合金液面的变形及波动情况;采用流场—磁场双向耦合算法分析了三维模型下流动钢液的液面变形规律等。实验发现:液态金属的流股冲击液面,在液面形成鼓包变形。当对液面进行电磁控制后,液面鼓包高度明显降低,波动也有一定程度的减弱。随着磁场发生器线圈电流强度增加,电磁控制的效果更加明显,液面变形高度随之减小,液面波动也进一步减弱。磁场发生器与液面的距离对电磁控制的效果有一定的影响。距离越近,液面变形高度越小,波动越弱。模拟研究了液面磁感应强度对液面变形的影响。增加磁场发生器的电流和减小磁场发生器与液面的距离,液面磁感应强度增加,...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４电磁制动技术的原理??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＥＭＢＲ??１．４电磁ｆｉｄ制下金属液面波动和变形彳Ｔ为的研咒现状??
表面变形进行了观察和研宄。ＫＰｅｒｉｃｌｅｏｕｓ等人将钛铝合金（ＴｉＡｌ）放在由铜材料制成??的水冷坩埚内，想利用电磁力来提高其铸造质量。结果表明液态金属的表面变形和波??动跟所加磁场的磁感应强度和电流频率有一定关系，实验装置及液面变形情况如图１．５??所示［３２］。??ＰＨ??懸??图】．５钛铝液态合金自由液面在磁场中的变化??Ｆｉｇ．?１．５?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｌｉｑｕｉｄ?ａｌｌｏｙ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??１．４．１．１液态金属表面在低频磁场下的波动和变形行为??戀塵??图１．６低频磁场下水银液面的波动情况??Ｆｉｇ．?１．６?Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｌｅｖｅｌ?ｉｎ?ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．６为液面在低频磁场下的波动和变形情况。在磁感应强度较小时，金属液面会??产生对称波动。当磁场频率比较低的时候，液面波动的大小与所在磁场内的磁感应强??？?９?？??
东北大学硕士学位论文?第１章绪论??度关系密切［３３］。从图１．７可以看出，当磁感应强度增大时，金属液表面波动变强，并且??波动频率增加。??－?圓??图１．７水银液面在电磁力作用下的剧烈波动??Ｆｉｇ．?１．７?Ｔｈｅ?ｖｉｏｌｅｎｔ?ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ??Ｇａｌｐｉｎ等人研宄表明，在频率比较低的情况下，电磁力的时间均项是基本可以忽??略不计的，振动项会使液态金属内的磁压力产生改变，引起了液面的振动［３４］。??ＹＦａｕｔｒｄｌｅ等人将水银作为实验材料，改变磁感应强度和磁场频率，观察该参数对??液面变形行为的影响［３５］。图１．８为磁感应强度特别小的情况下液滴表面的形状，图１．９??是增加一定磁感应强度后的液滴形状。实验表明，在磁感应强度较小的情况下，液滴??表面变形是对称的；增加一定的磁感应强度时，液滴的变形仍然规则，但是液滴表面??波动幵始不对称。在实验中还发现，改变磁场频率，液面波动频率会发生变化，其频??率大小与磁场的频率大小基一致
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁连铸技术的应用及发展[J]. 陈伟,王琛. 河北理工大学学报(自然科学版). 2011(04)
[2]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[J]. 邓安元,王恩刚,徐永义,张兴武,赫冀成. 金属学报. 2010(08)
[3]交变磁场作用下金属液面的变形和波动行为[J]. 邓安元,徐永义,王恩刚,张兴武,赫冀成. 中国有色金属学报. 2010(04)
[4]电磁搅拌技术的发展[J]. 吴存有,周月明,侯晓光. 世界钢铁. 2010(02)
[5]连铸坯表面振痕形成机理研究[J]. 王贺利,雷作胜. 连铸. 2009(05)
[6]电磁连铸冶金技术及应用现状[J]. 金百刚,王强,田勇,王军,陈明,王文仲,赫冀成. 冶金设备. 2009(02)
[7]电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用[J]. 倪升起,彭世恒,仇圣桃,郭上型. 连铸. 2009(01)
[8]高频调幅磁场分布和液面波动行为研究[J]. 王宏明,柏立庆,李桂荣,夏小江,戴起勋,任忠鸣,邓康,雷作胜. 特种铸造及有色合金. 2006(08)
[9]高频电磁场作用下矩形软接触结晶器内金属液面行为的实验研究[J]. 王恩刚,邓安元,赫冀成. 金属学报. 2006(04)
[10]结晶器电磁搅拌技术的应用实践[J]. 黄社清,茆勇,龚志翔. 安徽冶金科技职业学院学报. 2005(04)
博士论文
[1]钢电磁连续铸造技术的研究[D]. 张志峰.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]磁约束作用下金属液面变形和波动行为的模拟研究[D]. 李阳.东北大学 2015
[2]基于激光位移传感器的工件角度测量系统的研究[D]. 孙冶.长春理工大学 2010
[3]方坯连铸机拉速优化与控制研究[D]. 王煜.东北大学 2009
[4]电磁铸造中电磁压力的数值模拟[D]. 曲方懿.大连理工大学 2002
[5]电磁场作用下液体金属液面运动及控制规律的研究[D]. 张斌.大连理工大学 2002
本文编号：3605783
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．４电磁制动技术的原理??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＥＭＢＲ??１．４电磁ｆｉｄ制下金属液面波动和变形彳Ｔ为的研咒现状??
表面变形进行了观察和研宄。ＫＰｅｒｉｃｌｅｏｕｓ等人将钛铝合金（ＴｉＡｌ）放在由铜材料制成??的水冷坩埚内，想利用电磁力来提高其铸造质量。结果表明液态金属的表面变形和波??动跟所加磁场的磁感应强度和电流频率有一定关系，实验装置及液面变形情况如图１．５??所示［３２］。??ＰＨ??懸??图】．５钛铝液态合金自由液面在磁场中的变化??Ｆｉｇ．?１．５?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｌｉｑｕｉｄ?ａｌｌｏｙ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??１．４．１．１液态金属表面在低频磁场下的波动和变形行为??戀塵??图１．６低频磁场下水银液面的波动情况??Ｆｉｇ．?１．６?Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｌｅｖｅｌ?ｉｎ?ｌｏｗ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ??图１．６为液面在低频磁场下的波动和变形情况。在磁感应强度较小时，金属液面会??产生对称波动。当磁场频率比较低的时候，液面波动的大小与所在磁场内的磁感应强??？?９?？??
东北大学硕士学位论文?第１章绪论??度关系密切［３３］。从图１．７可以看出，当磁感应强度增大时，金属液表面波动变强，并且??波动频率增加。??－?圓??图１．７水银液面在电磁力作用下的剧烈波动??Ｆｉｇ．?１．７?Ｔｈｅ?ｖｉｏｌｅｎｔ?ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｏｒｃｅ??Ｇａｌｐｉｎ等人研宄表明，在频率比较低的情况下，电磁力的时间均项是基本可以忽??略不计的，振动项会使液态金属内的磁压力产生改变，引起了液面的振动［３４］。??ＹＦａｕｔｒｄｌｅ等人将水银作为实验材料，改变磁感应强度和磁场频率，观察该参数对??液面变形行为的影响［３５］。图１．８为磁感应强度特别小的情况下液滴表面的形状，图１．９??是增加一定磁感应强度后的液滴形状。实验表明，在磁感应强度较小的情况下，液滴??表面变形是对称的；增加一定的磁感应强度时，液滴的变形仍然规则，但是液滴表面??波动幵始不对称。在实验中还发现，改变磁场频率，液面波动频率会发生变化，其频??率大小与磁场的频率大小基一致
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁连铸技术的应用及发展[J]. 陈伟,王琛. 河北理工大学学报(自然科学版). 2011(04)
[2]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[J]. 邓安元,王恩刚,徐永义,张兴武,赫冀成. 金属学报. 2010(08)
[3]交变磁场作用下金属液面的变形和波动行为[J]. 邓安元,徐永义,王恩刚,张兴武,赫冀成. 中国有色金属学报. 2010(04)
[4]电磁搅拌技术的发展[J]. 吴存有,周月明,侯晓光. 世界钢铁. 2010(02)
[5]连铸坯表面振痕形成机理研究[J]. 王贺利,雷作胜. 连铸. 2009(05)
[6]电磁连铸冶金技术及应用现状[J]. 金百刚,王强,田勇,王军,陈明,王文仲,赫冀成. 冶金设备. 2009(02)
[7]电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用[J]. 倪升起,彭世恒,仇圣桃,郭上型. 连铸. 2009(01)
[8]高频调幅磁场分布和液面波动行为研究[J]. 王宏明,柏立庆,李桂荣,夏小江,戴起勋,任忠鸣,邓康,雷作胜. 特种铸造及有色合金. 2006(08)
[9]高频电磁场作用下矩形软接触结晶器内金属液面行为的实验研究[J]. 王恩刚,邓安元,赫冀成. 金属学报. 2006(04)
[10]结晶器电磁搅拌技术的应用实践[J]. 黄社清,茆勇,龚志翔. 安徽冶金科技职业学院学报. 2005(04)
博士论文
[1]钢电磁连续铸造技术的研究[D]. 张志峰.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]磁约束作用下金属液面变形和波动行为的模拟研究[D]. 李阳.东北大学 2015
[2]基于激光位移传感器的工件角度测量系统的研究[D]. 孙冶.长春理工大学 2010
[3]方坯连铸机拉速优化与控制研究[D]. 王煜.东北大学 2009
[4]电磁铸造中电磁压力的数值模拟[D]. 曲方懿.大连理工大学 2002
[5]电磁场作用下液体金属液面运动及控制规律的研究[D]. 张斌.大连理工大学 2002
本文编号：3605783
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