旋流水口浇注结晶器内钢水流场温度场耦合数值模拟

【摘要】： 电磁搅拌是对金属流动、传热凝固过程进行控制的一种有效手段,有着广泛的工业应用基础。电磁搅拌通过电磁感应实现能量无接触转换,将电磁能转换为钢水的旋转动能,推动钢水旋转运动,改善铸坯凝固组织及结晶状态,从而提高连铸坯质量。国内外学者对结晶器电磁搅拌进行了充分的研究,但针对浸入式水口电磁搅拌研究比较少。 本文基于Maxwell电磁搅拌理论,依据麦克斯韦尔方程得到了电磁力的解析形式,通过自行编写的UDF程序,借助于流体力学分析软件Fluent,将电磁力施加到浸入式水口的钢液体上,继而研究了该电磁力搅拌对圆坯连铸结晶器内流场、温度场的影响。 同时对另一种搅拌方式即x型浸入式水口进行了数值模拟,研究了在x型浸入式水口旋流浇注下结晶器内流体的速度场、温度场及凝固场的分布规律。与电磁搅拌达到的效果基本一致。 不同搅拌方式下得到的耦合数值模拟的结果表明:旋流水口有利于结晶器内流体流速的充分混合,水平方向旋流的动能使得液体在垂直方向上所具有的动能减小,垂直流速较之普通水口浇注衰减加剧,并使垂直流速在整个结晶器断面上迅速趋于均匀,冲击深度降低,起到了流体制动的作用。同时,旋流出流使得铸坯内温度场分布均匀。