磁导率. 中频电磁感应加热功率可近似表示为
2 () 2 P =J R 从式( ) 式中: 为管坯的等效电阻. 1 和式( ) 2 可知, R
在中频电磁场作用下, 空心管坯的初期凝固过程受 到两个方面的作用, 一个是电磁力的作用, 另一个是 感应热的作用. 电磁力包括搅拌力 f ( 1 中的 1 即式( ) ( #)/ ) 垂 直 于 金 属 液 侧 面 的 向 内 的 推 力 B B 和 1 中的# 2 2 ) B / . f( 2 即式( )
f 与f 之间的大小关系满足 1 2 | 1 f | δL f/ 2 $ / 式中: 为电磁场在熔体中的渗透深度; 为管坯特 L δ
征长度. 随着电磁场频率的增加δ 减小,f/ 2 也 % 1 f% 变小, 电磁力主要表现为非回转的电磁压力, 而当频 搅拌力作用明显. 率较低时 f/ 2 增大, % 1 f% 在空心铜管坯的初期凝固过程中, 一方面电磁 推力f 降低了管坯与结晶器的接触压力, 另一方面 2 改善了凝 在电磁搅拌力f 和感应热的共同作用下, 1 固前沿的温度分布, 坯壳初始凝固位置向外迁移, 凝 固坯壳均匀稳定地增厚, 强度增加, 反推过程使初始 凝固坯壳抵抗变形的能力增强, 这些因素有利于改 善空心管坯的外表面质量. 当施加一定功率的中频电磁场时, 在电磁搅拌 力的作用下, 金属熔体冲刷凝固前沿, 打碎枝晶, 并 使得熔体混合均匀, 在温度降至结晶温度下后同时 凝固, 组织得到细化. 当电磁功率较大时, 搅拌力增 强, 加强了过热熔体与液穴内熔体的对流与热交换, 再加上感应热的作用, 使管坯的初始凝固位置沿铸 造方向向外的迁移量增大, 导致施加电磁场的位置 可能完全处于液相区, 使得熔体过热度更大, 提高液 相熔体温度的作用更加明显, 凝固前沿熔体的温度 梯度显著提高, 形成了有利于柱状晶生长的条件, 从 而得到粗大的柱状晶组织, 导致管坯力学性能降低.
图4 电磁场功率对铜管坯力学性能的影响
3 讨论与分析
空心铜管坯水平电磁连铸的原理如图 5 所示. 在 外侧感应线圈产生的交变磁场作用下, 管坯结晶 器内的熔体中产生与感应器内电流方向相反的感应 电流J, 感应电流与交变磁场相互作用产生电磁力,
1 单位体积的电磁力为[]
1 F =J×B =- B × ( ×B) # () 1 B B B / = ( #)/ - # 2 2 式中: 为磁感应强度; 为哈密顿算子; 为金属 B #
4 结
论
() 1 在空心铜管坯水平连铸过程中施加频率为 可使空心铜管坯的外表面质 1k z的中频电磁场, H
10 06
西
安
交
通
大
学
学
报
第3 卷 9
量得到明显改善, 表面粗糙度降低约5 %. 0 () 2 电磁场的功率是影响水平连铸空心铜管坯 宏观凝固组织的重要因素: 当施加功率为 2 W 的 0k 电磁场时, 空心铜管坯的凝固组织明显细化, 力学性 能提高; 当施加功率为 3 W 的电磁场时, 组织反 0k 而粗化, 力学性能下降. 参考文献:
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