电渣重熔过程中电磁搅拌的磁场与电磁力计算

摘要

采用带有外加电磁搅拌的电渣重熔生产工艺制备颗粒增强钢基复合材料是一种非常独特新颖的方法。经实验在该工艺中电磁搅拌对产品的性能质量有较大影响，但该搅拌技术的作用机理却不太明确。因此本文以某铸造公司采用电渣重熔工艺生产颗粒增强钢基复合材料轧辊的项目为背景，对带有外加磁场电磁搅拌的电渣重熔体系进行了系统的研究。 本文建立了包括电渣重熔电流自感磁场和外加搅拌线圈产生磁场的模型，并使用大型通用有限元软件Ansys9.0作为工具，对给定模型下电渣重熔体系电磁搅拌的磁场和电磁力作了模拟和计算。分别计算了重熔电流自身磁场、外加搅拌线圈磁场以及外加搅拌线圈对重熔体系的影响。 计算了电渣重熔体系重熔电流所产生的磁场强度和分布规律以及对渣池的作用力。在给定的重熔条件下，在整个渣池内，磁感应强度的值约在6.18x10-4T到1.2635x10-2T的范围内。在金属熔池和铸锭区域内，磁感应强度的值约在4.38x10-4T到1.0348x10-2T的范围内。重熔电流自感产生的电磁力的轴向分力对渣池有搅拌作用。平均电磁力为412.165N/m3。 计算了不同频率和电流强度下结晶器外加搅拌线圈所产生的磁场以及自感电磁力。结果表明400A，20Hz条件下磁感应强度和穿透深度结合得比较好。 耦合计算了外加搅拌线圈所产生的磁场与重熔电流感应产生的力。这个力将驱动渣池和金属熔液旋转，从而抵消杂散磁场所产生的不规则搅拌所造成的不利影响，起到有益的搅拌作用。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1电渣重熔工艺及发展概况

1.1.1电渣重熔工艺

1.1.2发展概况

1.2电磁搅拌技术

1.2.1电磁搅拌技术简介

1.2.2电渣重熔生产工艺中的电磁搅拌技术

1.3课题的提出

1.3.1颗粒增强钢基复合材料概述

1.3.2颗粒增强钢基复合材料的性能特点

1.3.3颗粒增强钢基复合材料主要生产工艺

1.4本课题的意义

1.5研究方法

第二章电磁场理论与数值计算

2.1电磁场基本理论

2.1.1麦克斯韦方程组

2.1.2一般形式的电磁场微分方程

2.1.3电磁场中常见边界条件

2.2电磁场求解的有限元法

2.2.1有限元法求解电磁场简介

2.2.2电磁场有限元法的基本原理和实施

2.3利用Ansys软件分析计算电磁场

第三章重熔电流自感产生的磁场计算

3.1数学模型的建立

3.2计算结果及分析

3.2.1结晶器内电流分布

3.2.2磁场分布

3.2.3自感磁场对渣池的作用力

第四章外加搅拌线圈产生的磁场

4.1数学模型的建立

4.2计算结果及分析

4.2.1电流频率的影响

4.2.2电流强度的影响

第五章外加搅拌线圈对重熔体系的影响

5.1数学模型的建立

5.2计算结果及分析

5.2.1电磁力

5.2.2电渣重熔生产颗粒增强复合材料电磁搅拌的理论分析

第六章结论

参考文献

致谢