第6期 魏宁等：大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟 ·707· 图9电流频率对磁力线的影响.(a)1.5Hz,250A:(b)6.0Hz,250A Fig.9 Effect of frequency on magnetic flux lines:(a)1.5 Hz,250 A:(b)6.0 Hz,250 A 晶区域显著扩大，有利于细化凝固组织.实验还发 3冶金效果分析 现，电流频率对等轴晶率的影响较小，频率由2Hz 以数模理论为指导，对杭钢45"钢进行了电磁 增加到3.5Hz,等轴晶比例差值最大不超过6.0%， 搅拌实验.图10为固定电流频率f=2.5Hz,45钢 可以认为该组参数下电磁搅拌强度相同，其治金效 电流强度对铸坯低倍组织的影响.可以看出，电流 果也相当.这表明，低频条件下，电流频率对铸坯质 强度大(350A)所获得的宏观结果明显优于当前工 量的影响较小，这与数模研究得到低频条件下，频率 艺参数250A所生产的铸坯，中心疏松和缩孔明显 对电磁力的影响较小是一致的（钢厂目前MEMS 改善.当电流强度由250A增大到350A时，等轴晶 实际可调频率范围为1.5~3.5Hz) 率由45.63%提高到60.45%，增加了约15%，等轴 图10电流强度对铸坯低倍组织的影响.(a)I=250A:(b)I=350A Fig.10 Effect of current intensity on macrostructure defects for steel blooms:(a)/=250 A:(b)/=350 A 采用原位统计分布技术可以直观的得到铸坯横 表征. 剖面上任何位置的含量及各成分的偏析情况，准确 由铸坯二维等高图可知，电流强度增大，则碳元 性较高.图11为采用原位分析方法得到的C的二 素分布更加均匀，偏析程度明显减轻.最大偏析度 维分布图，红色区域为C成分偏析区域.采用最大 减小了0.26，统计偏析度由0.1835减小至0.1021， 偏析度、统计偏析度等指标对偏析程度进行定量 统计疏松度由0.1125减小至0.0752，致密程度明 10m 20b 9.6 6 7.2 4.8 2 24 0091827364554637281 0%91827364554637281 图11不同电流强度下铸坯横剖面C的二维等高图（单位：mm).(a)1=250A：(b)1=350A Fig.11 Carbon distribution in the cross section of the casting bloom at different current intensities (unit:mm):(a)/=250 A:(b)/=350 A第 6 期 魏 宁等: 大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟 图 9 电流频率对磁力线的影响． ( a) 1. 5 Hz，250 A; ( b) 6. 0 Hz，250 A Fig． 9 Effect of frequency on magnetic flux lines: ( a) 1. 5 Hz，250 A; ( b) 6. 0 Hz，250 A 3 冶金效果分析 以数模理论为指导，对杭钢 45# 钢进行了电磁 搅拌实验． 图 10 为固定电流频率 f = 2. 5 Hz，45# 钢 电流强度对铸坯低倍组织的影响． 可以看出，电流 强度大( 350 A) 所获得的宏观结果明显优于当前工 艺参数 250 A 所生产的铸坯，中心疏松和缩孔明显 改善． 当电流强度由 250 A 增大到 350 A 时，等轴晶 率由 45. 63% 提高到 60. 45% ，增加了约 15% ，等轴 晶区域显著扩大，有利于细化凝固组织． 实验还发 现，电流频率对等轴晶率的影响较小，频率由 2 Hz 增加到 3. 5 Hz，等轴晶比例差值最大不超过 6. 0% ， 可以认为该组参数下电磁搅拌强度相同，其冶金效 果也相当． 这表明，低频条件下，电流频率对铸坯质 量的影响较小，这与数模研究得到低频条件下，频率 对电磁力的影响较小是一致的( 钢厂目前 M-EMS 实际可调频率范围为 1. 5 ～ 3. 5 Hz) 图 10 电流强度对铸坯低倍组织的影响． ( a) I = 250 A; ( b) I = 350 A Fig． 10 Effect of current intensity on macrostructure defects for steel blooms: ( a) I = 250 A; ( b) I = 350 A 图 11 不同电流强度下铸坯横剖面 C 的二维等高图( 单位: mm) ． ( a) I = 250 A; ( b) I = 350 A Fig． 11 Carbon distribution in the cross section of the casting bloom at different current intensities ( unit: mm) : ( a) I = 250 A; ( b) I = 350 A 采用原位统计分布技术可以直观的得到铸坯横 剖面上任何位置的含量及各成分的偏析情况，准确 性较高． 图 11 为采用原位分析方法得到的 C 的二 维分布图，红色区域为 C 成分偏析区域． 采用最大 偏析度、统计偏析度等指标对偏析程度进行定量 表征． 由铸坯二维等高图可知，电流强度增大，则碳元 素分布更加均匀，偏析程度明显减轻． 最大偏析度 减小了 0. 26，统计偏析度由 0. 183 5 减小至 0. 102 1， 统计疏松度由 0. 112 5 减小至 0. 075 2，致密程度明 ·707·