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结晶器电磁搅拌钢液磁场和流场的数值模拟研究

王琛  
【摘要】:随着高速连铸技术的不断发展以及用户对钢材质量要求的不断提高,人们对连铸坯质量的要求也越来越高。结晶器电磁搅拌能够有效去除钢液中的夹杂物,减少铸坯表面、内部缺陷,优化铸坯内部组织结构,因此得到了普遍的应用和研究。 依据麦克斯韦电磁理论,以有限元法为基础,利用ANSYS12.0软件对165mm方坯结晶器电磁搅拌钢液内的磁场进行了模拟分析,系统研究了磁场和电磁力的分布特征以及搅拌参数对二者的影响规律。结果表明,旋转磁场的周期和搅拌电流的周期相同,电磁力的变化周期是电流周期的一半;在结晶器高度方向上磁场和电磁力的分布呈中间大两端小的特征,径向上电磁力从边缘向中心递减,中心位置电磁力几乎为0;在所研究的参数范围内磁场和电磁力随电流的增大而增大,电磁力随着频率的增大而增大;结晶器铜管对磁场有较大的屏蔽作用,铜管越厚屏蔽作用越强;搅拌线圈和铸坯距离增大磁场会衰减,但电磁力的分布得到优化,具体搅拌效果如何有待进一步的研究论证。 进一步建立了结晶器内钢液流场和温度场的三维模型,并施加磁场模拟得到的电磁力,以分析电磁搅拌对钢液流场和温度场的影响。研究表明,施加电磁搅拌后钢液在结晶器纵截面形成上下两对回流,在搅拌影响区的横截面上产生旋转流动,从而使水口流出的钢液冲击深度变浅,流股向四周扩散,轴向温度降低,凝固前沿温度梯度增大,有利于传热,使温度场分布明显更为均匀,能促进凝固坯壳的均匀生长,有利于夹杂物的上浮。在研究的参数范围内,钢液的旋转流速随着搅拌电流和频率的增大而增大。


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