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大方坯结晶器流场优化及电磁搅拌过程的研究

李熠  
【摘要】:本文以国内某厂大方坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用物理模拟和数值模拟相结合的方式研究结晶器内钢液流场。通过水模实验,定性分析不同水口结构对液面速度、侧壁冲击压和冲击深度的影响。通过结晶器电磁搅拌器的数值模拟,分析了电磁搅拌工艺参数对结晶器内电磁场的影响。在此基础上利用UDF编程导入电磁力到无电磁搅拌的结晶器数学模型中,研究分析了电磁搅拌下不同水口结构对结晶器流场的影响,提出了最佳的水口结构,并讨论了不同电磁搅拌参数对结晶器液面波动的影响。研究表明: (1)在无电磁搅拌下,通过结晶器流场的物理模拟和数值模拟可以看出:两孔水口、四孔水口随着倾斜角的增大,钢液的冲击深度均增大;适当增大扩张角可以减小注流对侧壁的冲击,减小液面波动;四孔水口增大一定的安装角可以减小注流对宽面的冲击,有利于宽面坯壳的均匀形成。 (2)在电磁搅拌下,结晶器内轴向的磁感应强度和电磁力都呈“中间大,两端小”的分布。在结晶器的横截面,沿径向距离的磁感应强度和电磁力均呈对称分布,边部最大,由边部沿中心逐渐衰减。(3)电流由450A增大到600A,搅拌器中心磁感应强度呈线性递增;频率由1.5HZ增 大到2.5HZ,磁感应强度相应减小;随着电流强度、电流频率的增大,钢液受到的电磁力均相应增大;在冶炼U71Mn,U75V重轨钢中,设定600A,2Hz满足生产要求,参数设定合理。(4)由于电磁力起主导作用,改变水口结构对侧壁冲击压影响不大,主要影响液面速 度;电磁搅拌下,钢液在横截面呈旋转运动,四孔水口对角安装可以明显减小液面速度,倾斜角15°,安装角10°的四孔水口最佳。(5)在最佳水口结构下,研究了电流强度(450A~600A)、频率(1.5HZ~2.5HZ)对液面 波动的影响,研究表明:液面波动的最大值均出现在宽面水口附近。随着电流强度和频率的增大,液面波动均相应增大。


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