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《上海大学》 2010年
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电磁场控制连铸结晶器内流动研究

于湛  
【摘要】: 结晶器是连铸机的心脏,结晶器内的冶金过程是改善连铸坯质量的关键环节。大量的研究表明:铸坯的质量与结晶器内钢液的流动密切相关。随着铸坯拉速的提高,水口出流的流量和流速增加,结晶器内的钢液流动加速,流动的稳定性变差;表面流速过大容易发生卷渣,引起液位波动加剧,使铸坯产生表面缺陷;钢液流速过大对初生坯壳的冲刷增强,坯壳厚度均匀性降低、表面振痕增加;钢液的冲击深度同时增加、夹杂物和气泡难以上浮,影响铸坯的内部质量。因此,研究和控制结晶器内钢液的流动具有重要的意义。为了解决高速连铸中出现的这些问题,电磁技术在连铸工艺中得到发展,例如电磁制动和电磁搅拌技术。本文对电磁场控制板坯、方坯和双辊薄带连铸结晶器内流动进行研究,并结合现场生产中出现的质量问题,分析了结晶器内流动对铸坯质量的影响。并根据三种不同连铸结晶器内钢液的流动特点,分别施加不同的电磁场,以改善结晶器内的钢液流动。研究的主要内容包括: 在高速板坯连铸方面:采用水银为介质,结合目前钢铁企业普遍使用的全幅一段和FC-Mold两种电磁制动技术,模拟结晶器内钢液的流动,使用超声波多普勒测速仪测量结晶器内液体的流速和液面的波动,分析磁场对流体流动的影响,研究磁感应强度和磁铁的位置对结晶器内金属液流动的影响。结果表明:施加磁场抑制了浸入式水口射流的运动,改变了结晶器内动能和湍流度的分布,结晶器内金属液流动的稳定性增强。全幅一段电磁制动的研究发现:当Bmax大于0.29T时,液面波动减弱,液面水平流动稳定,改善弯月面处的流动条件;金属液向下的冲击强度减弱,冲击深度减小;对结晶器壁的冲刷减弱。模型中Bmax=0.29T对应原型Bp=0.16T,所以在实际生产中,磁感应强度大于0.16T时,更有利于优化和控制结晶器内的流动,提高铸坯质量。磁铁靠近浸入式水口,有利于改善上部环流区的流动、液面的波动和流动的稳定性;磁铁下移远离浸入式水口有利于减小流体的冲击强度和冲击深度,因此,实际生产中则应考虑连铸工艺、设备等因素确定磁场的位置。与全幅一段电磁制动相比,FC-Mold更能有效地改善上部环流区的流动,减小液面的波动和液面处水平流速,提高液面的流动的稳定性;但对向下运动流股的冲击强度和冲击深度控制方面,全幅一段电磁制动的效果更好。实验结果表明,磁场不仅具有制动钢液流的作用,还具有改变流动方向,分配钢液流量的作用。因此,通过优化磁场可实现结晶器内钢液流场的优化。 在小方坯连铸方面:针对小方坯连铸的直通水口,开发了电磁旋流水口技术,并通过在浸入式水口内安装旋流转子模拟旋转电磁搅拌,运用水力学模拟结合数学模拟的方法,进行连铸结晶器内流动的研究。结果表明:旋流式水口有利于改善结晶器内的流动,加强了结晶器上部液体的流动,增大液流向弯月面区域的回流,使液面形成水平环流,进而提高液面的活跃度,并增强钢液表面熔渣效果;减弱了下部流动,有效降低冲击深度,使结晶器内横截面上的流动变得均匀;在旋流水口条件下,结晶器上部湍流度增大,下部湍流度减小,这样的流动有利于改善结晶器上部温度的分布,促进结晶器下部夹杂物和气泡的上浮;转子位置靠近水口出口,出流的冲击深度降低,液面流动增强,因此,理论上电磁搅拌器的位置越靠近水口出口其效果越好,而在实际生产中则应考虑连铸工艺、装备和操作性等因素确定搅拌器的位置。低熔点合金的试验表明:旋转磁场能够使浸入式水口的金属液产生旋转流动。对转子叶片角度的研究表明:当叶片的角度减小到某一值时,再减小其角度,水口出口的切向速度不再增大,旋转流动对浸入式水口内壁的冲刷增强;对无量纲旋度的研究表明:旋度大于0.5时,增大旋度,对冲击深度影响不大。在电磁搅拌条件下,电磁搅拌的强度决定水口出口的切向速度和旋度,可见,电磁搅拌的强度存在一个最佳值,因此,在实际生产中应该考虑拉速等连铸操作因素确定电磁搅拌的强度。 在双辊薄带连铸方面:采用静磁场耦合直流电对双辊薄带浸入式水口(布流器)内金属液的流动进行控制,利用水银模拟钢液,分别研究磁铁位置和电流强度对熔池内弯月面处流动以及自由液面波动的影响。结果表明:水口电磁制动技术有利于改善熔池内液面的流动,减小自由液面的波动,从而改善初始凝固的条件,有利于提高铸坯的质量,同时也为其他技术的应用提供良好的工作条件;磁体安放在距水口出口较近的位置有利于减小自由液面的波动;采用直流电耦合静磁场较只使用静磁场更有助于改善熔池内的流动,减小液面附近的流动和自由液面的波动。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TF777

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【引证文献】
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1 金小礼;连铸初始凝固过程若干动力学问题研究[D];上海大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于会香,张炯明,王万军,王新华,杨振亚,杨立新;板坯连铸浸入式水口出口速度对结晶器流场影响的数值模拟[J];北京科技大学学报;2002年05期
2 李伟;贺友多;;连铸结晶器内三维流场的研究[J];包头钢铁学院学报;1993年03期
3 黄军涛,赫冀成;方坯结晶器电磁制动夹杂物运动轨迹的数值模拟[J];东北大学学报;2000年01期
4 李宝宽,赫冀成;电磁制动法缩短钢坯过渡段的数值模拟[J];东北大学学报;1997年05期
5 沈巧珍;严友梅;;小方坯连铸结晶器内钢液三维流场的计算[J];钢铁;1990年09期
6 雷洪,许海虹,朱苗勇,干勇,刘新,倪满森,刘家奇;高速连铸结晶器内卷渣机理及其控制研究[J];钢铁;1999年08期
7 汪洪峰,郭振和;结晶器电磁制动技术在高效连铸中的应用[J];钢铁研究;2003年06期
8 王东;胡坤太;仇圣桃;李宝宽;;方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场的数值模拟[J];钢铁研究学报;2006年04期
9 李宝宽,赫冀成,贾光霖,高允彦;薄板坯连铸结晶器内钢液流场电磁制动的模拟研究[J];金属学报;1997年11期
10 邓康,任忠鸣,蒋国昌;软接触电磁连铸的数值模拟和实验分析[J];金属学报;1999年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何达;毛斌;荣陞;;板坯连铸结晶器全幅二段和全幅三段电磁制动钢水流动的数值模拟[A];1999中国钢铁年会论文集(上)[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 雷作胜;连铸坯表面振痕形成机理及其电磁控制技术[D];上海大学;2004年
2 刘光穆;EMBr对CSP结晶器内冶金过程和铸坯质量的影响[D];上海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 祝明妹;双辊薄带连铸熔池布流系统的数理模拟研究[D];重庆大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座(待续)──第三讲 连铸坯凝固过程中传输现象的研究概况(上)[J];鞍钢技术;1997年08期
2 许庆太,张楠,王英林;连铸板坯表面纵向裂纹缺陷的检验与分析[J];鞍钢技术;2002年06期
3 朱万彤,王阳;鞍钢1700mm中薄板坯连铸机二冷工艺的理论分析[J];鞍钢技术;2003年03期
4 许庆太,张楠,王宏明,宁东;20号钢连铸方坯粘结漏钢的检验和分析[J];鞍钢技术;2004年02期
5 佟新,李蓉;板坯中间裂纹产生的原因及预防措施[J];鞍钢技术;2005年03期
6 郭大勇;关勇;贾洪明;张晓光;齐兵;;厚板坯连铸结晶器流场数值模拟[J];鞍钢技术;2006年01期
7 贺道中;;湘钢提高连铸方坯质量的措施[J];鞍钢技术;2006年05期
8 郭大勇;耿继双;马成;张晓军;徐光;曹亚丹;王秉喜;;有限元数值模拟在连铸中间包操作中的应用[J];鞍钢技术;2007年01期
9 王向辉;温铁光;傅刚;廖相巍;;降低冷轧薄板钢中夹杂物的实践[J];鞍钢技术;2008年02期
10 高文涛;时捷;;连铸高性能中厚板产品性能分析[J];鞍钢技术;2008年05期
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1 宋亚楠;;板坯连铸机扇形段对中台的设计与制造[A];“豫兴热风炉杯”2011曹妃甸绿色钢铁高峰论坛暨冶金设备管理经验交流会论文集会刊[C];2011年
2 杜建良;周学禹;徐立山;李兆远;赵颖;;V、Ti微合金钢连铸工艺优化[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
3 余作朋;王艳华;;板坯宽度控制讨论及实践[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
4 包阔;张俊粉;尹志尧;胡心光;;承钢钒微合金化C610L连铸坯高温热塑性行为研究[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
5 王建忠;;提高结晶器寿命的探索与实践[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
6 王一洲;王阳;郝良慧;李太全;;板坯角裂成因分析及预防措施[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
7 田章福;曾新吾;;谐振式声波发生器实验研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
8 朱苗勇;;高效连铸结晶器冶金过程控制关键技术探讨[A];2011年第九届全国连铸学术会议论文集[C];2011年
9 张瑞合;;首钢京唐连铸机结晶器振动技术运用[A];2011年第九届全国连铸学术会议论文集[C];2011年
10 陈光友;冯文圣;李小明;赵中福;陈迪庆;;重轨钢连铸工艺优化[A];2011年第九届全国连铸学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 顾璇;近地/海运动过程中的空气动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 闫华;铜合金表面激光复合耐磨层及界面特性研究[D];华中科技大学;2010年
5 朱小林;胶粘物盘式热分散机理与能耗建模研究[D];华南理工大学;2010年
6 闫洁;三维气固两相平板间射流中相间耦合作用的直接数值模拟[D];浙江大学;2009年
7 朱登亮;槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化[D];华东理工大学;2011年
8 起华荣;A356合金熔体调控对流动性的影响机理研究[D];昆明理工大学;2009年
9 王春建;Mg-Al系合金晶粒细化机理研究[D];昆明理工大学;2010年
10 金玉珍;激励喷嘴作用下纱线—气流场特性研究[D];浙江大学;2010年
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1 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
2 郭强;水下超声速准二维垂直气体射流研究[D];浙江理工大学;2010年
3 胡海燕;等离子体喷涂射流的数值模拟[D];浙江理工大学;2010年
4 李楠松;基于PIV测量的噪声分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张哲衡;高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 朱江波;基于Multigen Vega的某舰快速性运动仿真演示研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张宝岭;AMTEC多级毛细泵数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 周国成;管束流致振动与噪声特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 刘显龙;水下拖曳体外形设计及其水动力学性能分析[D];大连理工大学;2010年
10 尹亮亮;煤层割缝防治冲击地压的机理及数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于会香,朱国森,王新华,张炯明,王万军;连铸板坯结晶器内钢液吹氩行为的数值模拟[J];北京科技大学学报;2003年03期
2 卢金雄;王文科;张炯明;王新华;王万军;郄芳;;板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响[J];北京科技大学学报;2006年01期
3 王昌绪,王新华,王万军,张立;提高连铸结晶器振动频率、减少振幅改善铸坯质量的研究[J];钢铁;2003年01期
4 王庆祥,吴雄,喻承欢,陈清泉,李具中,吴永生;浸入式水口堵塞的机理及其改善措施[J];钢铁;2005年02期
5 干勇,陈栋梁,杨文改;结晶器非正弦振动理论的研究[J];钢铁;1999年05期
6 李会雄,杨冬,陈听宽,罗毓珊,汤敏;Level Set方法及其在两相流数值模拟研究中的应用[J];工程热物理学报;2001年02期
7 荆德君,刘中柱,蔡开科;包晶相变对连铸坯初生坯壳凝固收缩的影响[J];钢铁研究学报;1999年03期
8 李向阳;王跃发;禹耕之;杨超;毛在砂;;改进水平集法模拟不可压缩两相流动时质量守恒的体积校正法[J];中国科学(B辑:化学);2008年07期
9 于光伟,贾光霖,王恩刚,赫冀成,张永杰,陈兆平;方坯软接触电磁连铸初始凝固区高频磁场的分布[J];金属学报;2002年02期
10 雷作胜,任忠鸣,张邦文,邓 康;连铸结晶器振动下弯月面处温度波动的模拟实验[J];金属学报;2002年08期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白丙中;世界带钢连铸技术的最新进展[J];鞍钢技术;1996年08期
2 张凤禄,蒋智;连铸结晶器熔池内三维流场的研究[J];北京钢铁学院学报;1985年03期
3 李冀英;韩传基;蔡开科;杨素波;严学模;;连铸结晶器液面波动的模拟[J];北京科技大学学报;1998年03期
4 包燕平,朱建强,蒋伟,张涛,田乃媛,徐宝美;薄板坯连铸结晶器内流场的三维数值模拟[J];北京科技大学学报;2000年05期
5 朱志远,王新华,王万军,张炯明;板坯连铸结晶器内坯壳厚度及枝晶间距[J];北京科技大学学报;2000年06期
6 包燕平,田乃媛,徐保美;薄板坯连铸机新型浸入式水口[J];北京科技大学学报;2002年03期
7 薛凌;薄板坯连铸连轧技术的进展[J];北京科技大学学报;2003年03期
8 曹建刚,王权,王宝峰,麻永林,赵莉萍,丁国;包钢大方坯电磁搅拌器磁场特性测试分析[J];包头钢铁学院学报;2001年04期
9 梁小平,潘复生,丁培道,徐楚韶;近终形连铸技术的现状及发展趋势[J];材料导报;1996年04期
10 杨春楣,周守则,丁培道;双辊连铸硅钢薄带研究现状[J];材料导报;1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 文光华;祝明妹;何俊范;丁培道;王纪元;;双辊薄带连铸熔池液面波动及流体混合特征模拟研究[A];2001中国钢铁年会论文集(上卷)[C];2001年
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1 谢茂恩;毛斌;叶枫;;结晶器电磁搅拌技术在特钢连铸上的实践[J];连铸;2005年03期
2 陈建国;江国利;庞永刚;;结晶器电磁搅拌在小方坯连铸上的应用[J];北京科技大学学报;2007年S1期
3 周健;;连铸采用结晶器电磁搅拌法获新成果[J];湖南冶金;1985年01期
4 顾兆祖;;方坯结晶器内置式电磁搅拌的应用[J];酒钢科技;2012年03期
5 于艳,刘俊江,徐海澄;结晶器电磁搅拌对连铸坯质量的影响[J];钢铁;2005年02期
6 丁国;李建超;王宝峰;麻永林;;小方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流场的耦合分析[J];包头钢铁学院学报;2006年03期
7 魏宁;包燕平;吴华杰;王国新;留津津;;方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟[J];钢铁钒钛;2010年04期
8 李建超;吉利宏;王宝峰;;方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场与流场数值模拟[J];铸造技术;2010年11期
9 廖亚莉;姚宇峰;;鞍钢结晶器电磁搅拌技术应用分析[J];铸造技术;2013年06期
10 I.Hoshikawa;傅丹齐;;神户钢铁公司结晶器电磁搅拌技术的开发[J];武钢技术;1992年02期
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1 李爱武;杨立军;易兵;朱晶亮;张怀远;;关于结晶器电磁搅拌在特种不锈钢连铸上的应用[A];2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集[C];2011年
2 王琪;张兴利;梁新维;赵彻;栗金刚;;方坯连铸结晶器电磁搅拌的研究与应用[A];河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集(上)[C];2010年
3 周亮;唐萍;文光华;李永祥;周远华;;重钢150mm×150mm方坯结晶器电磁搅拌磁场测试与参数优化研究[A];第八届全国连铸学术会议论文集[C];2007年
4 张长利;陈永;沈厚发;柳百成;;大方坯结晶器电磁搅拌流场的数值模拟[A];第八届全国连铸学术会议论文集[C];2007年
5 周亮;唐萍;李永祥;;重钢小方坯结晶器电磁搅拌磁场测试分析研究[A];2006中国金属学会青年学术年会论文集[C];2006年
6 毛斌;陶金明;;方坯连铸结晶器电磁搅拌技术的优化[A];第五期连铸电磁搅拌技术学习研讨班论文集[C];2008年
7 陈修君;;结晶器电磁搅拌强度对含硫易切钢铸坯质量的影响[A];2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集[C];2011年
8 董大西;郝彦英;孙玉春;;石钢大方坯连铸结晶器电磁搅拌应用实践[A];河北省冶金学会炼钢连铸技术与学术交流会论文集[C];2006年
9 康建国;徐国栋;;宝钢板坯连铸结晶器高速调宽技术的应用[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
10 刘泳;王恭亮;刘瑞宁;;结晶器电磁搅拌对轴承钢小方坯碳偏析影响[A];河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集(上)[C];2010年
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1 记者 郭霞 通讯员 邱云龙 胡福才;宣钢炼钢厂系统改造年创效88万[N];张家口日报;2010年
2 ;达涅利罗特菜克设计制造最大结晶器电磁搅拌装置[N];世界金属导报;2013年
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1 张永杰;电磁软接触结晶器工业化关键问题研究[D];东北大学;2005年
2 尹合壁;圆坯连铸结晶器内热—力学行为的分析[D];大连理工大学;2006年
3 于湛;电磁场控制连铸结晶器内流动研究[D];上海大学;2010年
4 崔小朝;结晶器内钢水搅拌液固温耦合数值模拟与实验研究[D];燕山大学;2001年
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1 周亮;重钢方坯连铸结晶器电磁搅拌数值模拟及应用研究[D];重庆大学;2007年
2 李永祥;重钢结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究[D];重庆大学;2008年
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4 李宏旭;小方坯连铸机结晶器结构参数与拉坯速度的研究[D];辽宁科技大学;2012年
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7 张振山;沟槽内壁结晶器初生坯壳的数学模型[D];辽宁科技大学;2008年
8 张立夫;沟槽结晶器内初生坯壳热力耦合模拟研究[D];辽宁科技大学;2006年
9 李伶;大方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流动凝固数值模拟[D];东北大学;2009年
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