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中频矩形结晶器内部磁场分布的实验研究

作　者: 郑培良
导　师: 汪琦
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 结晶器特厚板磁感应强度磁轭
分类号: TF341
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢的凝固往往发生在结晶器或铸模内，为实现凝固可控这一目的，经常在钢的凝固过程中引入电磁场，然而结晶器多为铜质，其透磁问题成为实现电磁控制凝固过程的瓶颈。为解决此问题，多在结晶器铜板上开不同形式的切缝，或引入硅钢片磁轭，然而改变结晶器和感应器结构以后，其内部磁场分布也随之发生变化。因此，有必要研究中频感应结晶器内部磁场分布规律，目的在于为感应器优化设计以及结晶器结构参数的优化设计提供一定的理论依据。电磁场控制凝固过程中，感应线圈产生的磁场是在液态金属内部产生的感应热和电磁力的根本原因。本实验采用铝质结晶器代替铜质结晶器对其内部磁场进行测量。实验时改变电源的功率频率以及感应器和结晶器的结构，应用数字特斯拉仪对各个实验条件之下结晶器内部的磁感应强度进行了测量，试验获得如下结果：(1)矩形感应器内部磁场分布不均匀，矩形感应器夹角处磁感应强度最大，中心轴线处最小，实验条件下夹角处磁感应强度比中心轴线处大多达10倍；两处磁感应强度分布规律也不相同。(2)电源功率增大，结晶器内部磁场增强，功率由80W增为240W时，测试点位(6,3,250)处磁感应强度由3.93mT增大为6.17mT，增大了约50%。(3)电源频率增大，结晶器内部磁场减弱。(4)硅钢片所制的磁轭可以增加结晶器内部磁感应强度，实验条件下置磁轭后测试点位(6,0,150)处磁感应强度由9.72mT增加为10.64mT，增大了约10%。(5)结晶器对磁场具有明显的屏蔽作用，通过对结晶器开缝的方法可以改善其内部磁感应强度，开缝宽度对结晶器内部磁感应强度影响不明显，增加开缝长度和开缝条数利于磁场的透入。通过如上实验结果可以得出以下结论：通过给感应器合理布置磁轭，可以使结晶器内部磁感应强度加强，并使得周向磁场分布均匀；为了获得更大的磁透率，保证结晶器刚度的前提下应该给结晶器开长缝，多开缝。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
1. 绪论  10-24
  1.1 电磁冶金工艺发展概况  10-11
  1.2 电磁冶炼  11-12
  1.3 用于冶金工业的电磁无损检测  12-13
    1.3.1 显微组织结构无损检测  12
    1.3.2 晶粒度无损检测  12-13
    1.3.3 化学成分无损检测  13
    1.3.4 缺陷无损检测  13
    1.3.5 应力无损检测  13
  1.4 电磁搅拌冶金  13-17
    1.4.1 电磁搅拌在国内外的发展  14-15
    1.4.2 电磁搅拌技术的简介  15-16
    1.4.3 我国电磁搅拌技术的发展  16-17
  1.5 电磁制动冶金  17-19
    1.5.1 电磁制动技术的产生与发展  17-18
    1.5.2 电磁制动技术简介  18-19
  1.6 软接触电磁连铸  19-21
    1.6.1 电磁连铸技术的起源与发展  19-20
    1.6.2 电磁软接触连铸与常规连铸的比较  20-21
    1.6.3 软接触电磁连铸实现存在的难点  21
  1.7 特厚板的应用现状与生产方法  21-22
    1.7.1 特厚板的应用现状  21
    1.7.2 特厚板的生产方法  21-22
  1.8 课题研究的背景、内容以及目的  22-24
    1.8.1 课题研究背景  22-23
    1.8.2 课题研究内容  23
    1.8.3 课题研究的意义  23-24
2. 电磁场理论基础  24-35
  2.1 电磁场分析基本理论  24-29
    2.1.1 麦克斯韦方程组  24-25
    2.1.2 比奥-萨法尔定律  25-26
    2.1.3 磁流体力学（MHD）基本方程  26-29
  2.2 霍尔效应法测量磁感应强度原理  29-31
    2.2.1 磁感应强度的测量方法  29
    2.2.2 霍尔效应原理简介  29-31
  2.3 圆形感应线圈与矩形感应线圈内部磁场分布的比较  31-33
    2.3.1 载流圆线圈内部磁场分布  31-32
    2.3.2 载流矩形线圈内部磁场分布  32-33
    2.3.3 二者的比较  33
  2.4 集肤效应和结晶器对磁场的屏蔽作用的讨论  33-35
3. 中频矩形结晶器内部磁场分布的实验研究  35-43
  3.1 实验方案  35-37
  3.2 实验装置与方法  37-41
  3.3 磁轭的引入  41-42
  3.4 试验中遇到的问题及解决方法  42-43
4. 实验结果分析与讨论  43-60
  4.1 矩形感应器内部磁场分布  43-46
  4.2 电参数对矩形感应器内部磁场分布的影响  46-50
    4.2.1 电源频率的影响  46-47
    4.2.2 电源功率的影响  47-50
  4.3 磁轭对感应器及结晶器内部磁场分布的影响  50-53
    4.3.1 磁轭对 Z 轴方向磁场分布的影响  50-51
    4.3.2 磁轭对 X 方向上磁场分布的影响  51-53
  4.4 结晶器对其内部磁场分布的影响  53-55
    4.4.1 铝质结晶器对其内部磁场分布的影响  53-55
  4.5 切缝参数对矩形结晶器内部磁场分布的影响  55-60
    4.5.1 开缝宽度对矩形结晶器内部磁场分布的影响  55-57
    4.5.2 开缝长度对矩形结晶器内部磁场分布的影响  57-58
    4.5.3 开缝条数对磁感应强度的影响  58-60
5. 结论  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66
作者简介  66-67

中频矩形结晶器内部磁场分布的实验研究

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