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板坯连铸辊式电磁搅拌的数值模拟

尹永昌  
【摘要】:本文以连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌器为研究对象。通过ANSYS有限元分析软件,首先对一组电磁搅拌辊在不同工艺参数(电流强度和电流频率)和搅拌器结构(磁屏蔽环材料和开口角度)分别对铸坯内磁感应强度、体积电磁力的影响进行分析。然后从实际使用角度出发,寻求最佳工艺参数和搅拌器结构,从而优化板坯连铸二冷区辊式电磁搅拌器的搅拌效果。最后分析了两组电磁搅拌辊在最佳搅拌参数条件下不同辊间距(1220mm、720mm和0mm)以及不同搅拌方式(三环式和双蝶式)对铸坯内流场分布的影响。 当电流频率为6Hz、电流强度为280~480A时,随着电流强度的增大,磁感应强度和体积电磁力逐渐增大,但是磁感应强度的增幅越来越小。电流强度为480A时,磁感应强度和体积电磁力分别达到0.0703T,12692N/m~3。 当电流强度为400A、电流频率为4~11Hz时,随着电流频率的增加,磁感应强度逐渐减小,但是体积电磁力逐渐增大并最终达到最大值12736N/m~3。 对分别由铜、铝、硅钢三种不同材料制成的磁屏蔽环及开口角度分别为90°、120°、150°和180°的磁屏蔽环进行分析。与无磁屏蔽环相比,采用硅钢制成的磁屏蔽环时,铸坯中心部位的体积电磁力明显下降,而采用铜和铝时体积电磁力分别提高了约677N/m~3和472N/m~3。磁屏蔽环开口角度为180°时,中心体积电磁力最小,约11510N/m~3;开口角度为120°时最大,约11756N/m~3。 当两组搅拌器间距为1220mm时,双蝶式搅拌形成了4个强度较小的环流,而三环式搅拌形成强有力的中部大环流,此时三环式搅拌方式优于双蝶式。当辊间距为0mm时,三环式搅拌只在中间形成一个较小的搅拌区域,搅拌强度明显减弱,但双蝶式搅拌形成了非常强的单蝶流场,此时双蝶式搅拌优于三环式搅拌。


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