[发明专利]一种降低铸坯C元素偏析程度的方法

摘要

本发明公开一种降低铸坯C元素偏析程度的方法，它的特点是采用改变频率的电磁搅拌方法，通过改变电磁搅拌频率，改变电磁场在铸坯中的渗透深度，同时改变电磁力的大小和分布，从而改善凝固末端钢水流动状态和凝固过程，达到降低C元素偏析程度的目的；同时，采用最佳搅拌频率还可以适当降低线圈输入电流，达到节能的目的，明显改善铸坯的内部质量，该方法还可以适当降低线圈输入电流的大小，降低能耗。

主权项

一种降低铸坯C元素偏析程度的方法，其特征在于，采用改变频率的电磁搅拌方法，通过改变电磁搅拌频率，改变电磁场在铸坯中的渗透深度，同时改变电磁力的大小和分布，从而改善凝固末端钢水流动状态和凝固过程，具体步骤如下：1)利用有限元软件建立电磁搅拌模拟模型，计算不同电磁搅拌电流和频率、不同坯壳厚度时液芯处电磁搅拌力的大小和分布；利用矢量势A和标量势φ来解电磁场，建立了以下方程：$B=\▿\×A---\left(1\right)$$E=-\▿\mathrm{\φ}---\left(2\right)$B和E分别是磁感应强度和电场强度，根据麦克斯韦方程，得到磁场和电场的偏微分，根据偏微分方程，求得电磁力F的计算方程如下：$F=J\×B=\frac{1}{\mathrm{\μ}}(B\·\▿)B-\frac{1}{2\mathrm{\μ}}\▿B^2---\left(3\right)$钢液中不同位置处的磁感应强度B_z用公式(4)进行计算，$B_z=B_0{e}^{-x\sqrt{\mathrm{\π}f\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}}---\left(4\right)$其中,B₀为钢液表面磁感应强度,σ为钢液电导率,f为电流频率，将公式(4)带入到公式(3)中,得到电磁力与频率之间的关系；2)根据步骤1)获得的电磁力的分布计算液芯的流速分布，对比不同参数条件时取得最大流速的条件，确定最佳搅拌频率；流场连续方程如下：$\frac{\∂\mathrm{\ρ}}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x_i}\left({\mathrm{\ρu}}_i\right)=0---\left(5\right)$在惯性坐标系中，在i方向的动量守恒方程为：$\frac{\∂}{\∂t}\left({\mathrm{\ρu}}_i\right)+\frac{\∂}{\∂x_j}\left({\mathrm{\ρu}}_i{u}_j\right)=-\frac{\∂p}{\∂x_i}+\frac{\∂{\mathrm{\τ}}_{ij}}{\∂x_j}+{\mathrm{\ρg}}_i+F_i---\left(6\right)$其中p为静压力，g_i为重力，F_i为i方向的电磁感应力,τ_ij为应力张量；3)通过实验分析铸坯C元素分布规律，修改验证最佳电磁搅拌频率，采用电磁搅拌器对钢液施加电磁搅拌。