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圆坯连铸结晶器电磁搅拌磁场及流场的数值模拟

赵菲  
【摘要】:结晶器电磁搅拌技术通过电磁力来控制连铸过程中钢水的流动、传热甚至凝固,从而提高钢的洁净度,扩大铸坯的等轴晶区,降低成分偏析,减轻或消除中心疏松和中心缩孔,实现生产优质、高等钢材的目的。因此,深入研究电磁搅拌作用对结晶器内磁场、流场等影响,对提高铸坯品质,优化连铸生产工艺具有重要作用。本文以国内某厂圆坯连铸结晶器电磁搅拌为研究对象,考虑了结晶器弧度并采用双侧浸入式水口,根据实际生产做出必要简化,以麦克斯韦方程组为理论基础结合实际确立了电磁搅拌过程中结晶器内电磁场的数学模型,采用ANSYS电磁分析模块有限单元法对其进行数值模拟,系统讨论了电流强度、电流频率及结晶器厚度对电磁场分布影响。同时以流体动力学经典理论为基础,根据实际情况选用了低Re数湍流模型建立了结晶器内流场数学模型,利用顺序耦合的方法,提取时均电磁力作为后续流场分析外部载荷,采用CFX有限体积法研究了电磁搅拌作用下流场分布规律。分析对比各种条件下流场分布特点,从而确定最佳的电磁搅拌参数。具体内容如下:全面分析了磁感应强度和电磁力在结晶器内的分布规律,磁感应强度和电磁力随着电流强度的增大而增大,随着频率的增大,磁感应强度衰减而电磁力有所增大。电磁搅拌作用下,结晶器内钢液回流现象明显增强。改变电流强度和电流频率等搅拌参数时,结晶器内钢液流场分布状态有所改变。通过对比分析模拟结果,对于本文所研究的圆坯连铸结晶器电磁搅拌,最佳搅拌参数是电流强度为200A,频率为3Hz。


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