复合磁场作用下金属液面行为的实验研究

论文摘要

在连铸结晶器内,金属液面的稳定性与铸坯表面质量直接相关。在电磁连铸中,交变电磁力引起的液面波动不可避免,因此如何控制液面波动是提高铸坯质量的关键。为合理控制液面的波动,本文实验研究了高频磁场、低频磁场和复合磁场作用下的弯月面变形和液面波动行为。采用低熔点合金Ga-In-Sn来模拟钢液；采用“小线圈法”和CT3特斯拉计分别测量了交变磁场和静磁场的磁感应强度,得到了不同参数下的磁场分布规律；采用高速摄像机测量了不同参数（液面相对位置、线圈电流强度、熔池形状和磁场频率等）下的弯月面变形；同时使用激光传感器测试了不同参数下的液面波动。实验表明：在高频电磁场作用下,合金液面发生凸起变形,自由表面在交变电磁力的作用下一直处于波动状态；随着交变电流增加,凸起高度增加波动加剧；初始液面位于线圈中心位置时,液面波动较剧烈,弯月面高度较大；在方形截面熔池中,在高频电磁场作用下,出现凸台形凸起,但液面波动会随着静磁场电流的增大而加剧；在低频电磁场作用下,液面产生网格状波动,并随着交变电流的增加,网状波动逐渐向条形波动转变；低频磁场频率越小波动越明显。复合施加静磁场后,弯月面沿垂直于磁力线方向有拉伸现象,液面出现规则层波,弯月面变形具有明显的不均匀性。静磁场能抑制由高频磁场引起的液面波动,且存在一个最佳的静磁场磁感应强度。本实验中,静磁场电流为1500A时弯月面的稳定性最好。静磁场并不能很好的抑制由低频磁场产生的液面波动,复合施加静磁场后,液而变形变得杂乱无序,波动变得更剧烈。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外连铸技术的发展及应用
• 1.2.1 国外连铸技术的发展及应用
• 1.2.2 我国连铸技术的发展及应用
• 1.3 电磁冶金技术在连铸过程中的发展及应用
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 电磁场在连铸生产中的应用
• 1.4 电磁连铸技术现状
• 1.4.1 电磁成型技术的研究
• 1.4.2 电磁搅拌技术的研究
• 1.4.3 电磁制动技术的研究
• 1.5 国外电磁力控制液态金属行为研究现状
• 1.5.1 低频磁场下的液面行为
• 1.5.2 中、高频磁场下的液面行为
• 1.5.3 直流磁场下的液而行为
• 1.6 本论文的研究目的和意义
• 第2章 实验设备和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 直流磁场发生装置
• 2.3 磁场测量装置
• 2.3.1 交变磁场的测量
• 2.3.2 静磁场的测量
• 2.4 高速摄像机拍摄装置
• 2.5 激光传感器测量装置
• 2.5.1 激光传感器基本原理
• 2.5.2 激光传感器测量装置
• 2.6 实验方法
• 第3章 高频和静磁场复合作用下的液面行为
• 3.1 高频交变磁场内磁场分布规律
• 3.2 高频交变磁场下的液面变形
• 3.2.1 线圈电流强度对液面变形的影响
• 3.2.2 液面与线圈相对位置对液面变形的影响
• 3.3 高频交变磁场下的液面波动
• 3.3.1 线圈电流强度对液面波动的影响
• 3.3.2 液面与线圈相对位置对液面波动的影响
• 3.4 复合磁场下的弯月面变形
• 3.4.1 静磁场磁感应强度的分布
• 3.4.2 复合磁场下的弯月面变形
• 3.4.3 复合磁场下的弯月面波动
• 3.5 方形石英容器复合磁场下的弯月面变形和波动
• 第4章 低频和静磁场复合作用-下的液面行为
• 4.1 低频交变磁场内磁场分布规律
• 4.2 低频交变磁场下合金液面的变形和波动
• 4.2.1 相同频率不同交变电流下的液面变形和波动
• 4.2.2 不同频率相同交变电流下的液面变形和波动
• 4.3 复合静磁场下合金液面的变形和波动
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介