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本文应用大型通用有限元分析软件ANSYS对H65黄铜板坯软接触电磁连铸结晶器内三维磁场分布进行了数值模拟,研究了结晶器的厚度、电流频率、电流强度以及切缝宽度、切缝距离和切缝条数对磁场分布的影响。通过对模拟结果的分析,设计了切缝式结晶器和感应线圈等实验装置。通过实测值与模拟值对比验证,得出如下结论:
(1)铜质结晶器在不开缝的情况下,不能实现H65黄铜的软接触电磁连铸。
(2)结晶器切缝可大幅度提高熔体表面的磁感应强度和电磁压力,综合考虑磁场的强度和均匀性,确定的切缝式结晶器的最佳电流频率为30~50Hz。
(3)随切缝宽度和切缝数的增加,熔体表面的磁场强度增加,分布趋于均匀。综合考虑结晶器的刚度和冷却水回路的设计,确定50mm×150mm坯料结晶器的切缝宽度为1mm,大面切缝数为14,小面切缝数为6。
(4)线圈距结晶器底面的位置越高,所能支撑的液柱高度越小,当电流频率为50Hz,电流强度为40000At、线圈高度和结晶器液面高度为100mm条件下,线圈中心截面设置在距结晶器底面75mm高时,可实现软接触电磁铸造。
(5)实测值与模拟结果符合较好。