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连铸结晶器电磁搅拌和水口结构对铸坯凝固过程的影响研究

吴会平  
【摘要】:随着结晶器电磁搅拌技术的广泛应用和水口形状的改进,许多冶金工作者对结晶器内流动和温度变化进行大量的研究,但对结晶器电磁搅拌作用下以及不同水口结构时二冷区钢液流动和凝固研究很少。因此,系统研究结晶器电磁搅拌和水口形状对整个凝固过程中磁场、流场、温度场影响,对优化连铸生产工艺和获得优良铸坯质量具有重要意义。本文以某钢厂Φ250mm的GCr15钢为研究对象,以连铸二冷区液穴凝固过程为主要内容,以金属凝固机理、传热和流动方程和麦克斯韦方程组为理论基础。采用数值模拟的方法,将电磁场、流场、温度场进行耦合,对结晶器电磁搅拌作用下和不同水口形状时圆坯二冷区凝固过程进行数值模拟,分析不同电磁搅拌电流强度和水口结构对铸坯温度场和流场分布规律的影响,根据坯壳厚度和弯月面波动情况确定合理的电磁搅拌电流强度和水口结构。研究结果表明:电磁力能改变结晶器内钢液流动形态,使结晶器内钢液传热速度加快,热区位置提高,二冷区出口凝固率增加。随着电流强度增大,二冷区铸坯温度降低,坯壳厚度增加。与直通水口对比,多孔水口能增强结晶器内旋涡流动,旋涡上移,弯月面温度提高,内部钢液向壁面传热加快,铸坯表面温度较高,中心钢液温度较低,二冷区出口凝固率较大。多孔水口对铸坯流场和温度场的改变与电磁搅拌对直通水口铸坯影响效果相似,多孔水口加入电磁力后,结晶器内钢液温度升高,没有凝固坯壳生成。研究结果表明,对本文所研究的圆坯连铸结晶器电磁搅拌,选择搅拌电流强度500A,对于多孔水口不应加结晶器电磁搅拌或施加较小强度电磁力。


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