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电磁软接触结晶器工业化关键问题研究

张永杰  
【摘要】:宝山钢铁集团公司、东北大学于1999年决定在材料电磁过程领域开展联合研究并确定软接触电磁连铸技术为联合研究的主要项目之一。目前,该项目己进入工业实验阶段。软接触电磁连铸工业实验的核心问题为工业用电磁软接触结晶器开发,本文以φ178圆坯结晶器为研究对象,开展电磁软接触结晶器工业化关键问题研究。电磁软接触结晶器工业化为综合冶金、电磁、力和温度等不同要求的多目标的复杂问题;因而,工业用电磁软接触结晶器的开发必须建立在各种物理场及其相互作用规律的系统研究基础上。 首先,本文应用等效电路和楞次定律分析法,首次揭示了钢液中动态电磁力与时均电磁力作用方向的差异及其对软接触电磁连铸冶金效果的影响。根据Young-Laplace方程,首次导出了电磁力作用下结晶器内弯月面形状变化规律的解析解。应用解析分析法还研究了电磁力作用下,振动周期内保护渣通道动压等传统冶金行为的变化及其对应的软接触电磁连铸冶金效果的获取机理。经过理论分析和推理,得出了贯穿结晶器结构设计、结晶器结构参数选择等电磁软接触结晶器工业化过程简洁、合理的若干准则和依据。根据解析结果,本文还在众多交叉耦合的参数中确定弯月面高度和形状为关键目标参数,磁感应强度为重要过程参数,结构参数、电参数为源参数,使后续研究层次变得十分清楚。 然后,在解析冶金行为基本问题的基础上开展电磁软接触结晶器工业化参数研究。为此,本文建立了基于数值模拟法、物理模型测试法和静态热模拟测试法相结合的电磁软接触连铸结晶器工业化参数综合系统研究方法,以期不同方法的相互补充和验证,实现结晶器参数的优化设计。数值模拟法从微分形式的Maxwell方程组出发,基于弱形式的修正磁矢量位方程,应用伽辽金方法建立有限元模型和方法,利用成熟的ANSYS商业软件开展了大量、系统的结晶器内谐波电磁场的数值分析计算研究。物理模型测试法以实际工业应用的φ178圆坯连铸铜管及不锈钢模拟物为研究对象,设计了基于感应电势法测量结晶器内磁感应强度的试验平台。静态热模拟法以实际工业应用的φ178圆坯连铸铜管及盛于坩埚内的锡液为研


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