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《东北大学》 2005年
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末端电磁搅拌磁场的数值模拟及应用

王金辉  
【摘要】:随着用户对钢材质量要求的日益提高,连铸电磁搅拌技术在世界范围内已得到较为广泛的应用。但在高碳钢连铸中,往往容易产生中心偏析、V形偏析、中心疏松等问题。末端电磁搅拌(Final Electromagnetic Stirring,FEMS)技术是改善铸坯质量的一种比较有效的方法,通过这样的设备可以很好地解决钢铁连铸中的高碳钢中心缺陷问题。 本课题从南钢电炉厂安装使用末端电磁搅拌设备出发,以方坯连铸末端电磁搅拌器为对象,研究电磁参数对铸坯质量的影响规律。为此,本文从理论解析、数学模型、计算机模拟、现场测试和运行等方面对电磁搅拌过程进行了研究。 在方坯连铸电磁搅拌过程的理论解析方面,作者运用雷诺数(Re)、磁雷诺数(Re_m)、哈特曼数(Ha)和磁相互作用参数(N)等无量纲参数来解释对电磁搅拌研究所做假设条件的合理性,利用假设条件可以使电磁搅拌过程的分析和计算得到简化。电磁过程的理论解析可为分析连铸电磁场分布与电磁力的特征提供了理论依据。 在计算机模拟方面,由于现有软件都不能很好的解决耦合场问题的局限性,作者自己编制模拟软件,作为电磁场模拟计算的工具。利用有限元理论,建立了连铸电磁搅拌过程电磁场的有限元计算模型。似FORTRAN90作为编程语言,编制了三维电磁场计算程序,计算了不同电磁参数条件下的电磁场和电磁力分布。并由简化的模型计算由此引起的凝固前沿钢液的最大流速。 在现场测试方面,为探索电磁参数与磁场分布特征的关系,寻求最佳搅拌参数,对方坯凝固末端电磁搅拌器内旋转磁场分布进行了测量。测量结果表明,计算与测量得到的磁感应强度分布规律基本一致,这证明了模拟计算的合理性。利用数值模拟的方法分析了电磁搅拌参数(即电流强度和频率)对铸坯内未凝固钢水的流动影响规律,寻求较佳的电磁搅拌的电流强度、频率范围。为连铸电磁搅拌生产参数的选择提供了理论依据。利用数值模拟和现场测量分析结果相结合,调
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TF777

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