電磁攪拌圓坯連鑄結晶器電磁場與流場的數值模擬研究.pdf

1、連鑄電磁攪拌技術是改善鑄坯質量的重要技術手段。它是借助在鑄坯液相穴內感生的電磁力強化液相穴內鋼水的運動，從而控制鑄坯的凝固過程。連鑄電磁攪拌能夠促進凝固前沿冷熱鋼水混合，降低溫度梯度，改善鑄坯的凝固組織，提高鋼液的潔凈度，擴大等軸晶區(qū)，減少成分偏析，減輕或消除中心疏松和中心縮孔等。對電磁攪拌作用的基礎理論研究主要是通過理論解析和數值模擬的方法。由于進行理論解析是非常困難的，因此，對其進行數值模擬計算就顯得非常必要。
　　本課題以某

2、廠圓坯連鑄結晶器電磁攪拌器為研究對象，利用ANSYS軟件建立電磁攪拌圓坯結晶器電磁場的計算模型，求解獲得電磁場的分布規(guī)律以及不同工藝參數對其的影響機理，并通過現(xiàn)場實測數據驗證模型的準確性。結果表明:(1)所建立的模型是合理的。(2)磁感應強度在軸線方向上由攪拌器中心向兩頭逐漸減小，在水平方向上由圓心向邊緣逐漸增大。切向電磁力在攪拌器中心取得最大值，在結晶器出口處由于沒有了銅管的屏蔽作用而出現(xiàn)回增現(xiàn)象;在水平方向上隨著距圓心距離的增加而增

3、大。(3)磁感應強度與電流強度為線性增加關系。當電流頻率為2.5Hz時，電流強度每增加100A，攪拌器中心位置的磁感應強度約增加12mT。切向電磁力與電流強度為近似拋物線增加關系。(4)磁感應強度與電流頻率為線性減小關系。當電流強度為400A時，電流頻率每增加1Hz，攪拌器中心位置的磁感應強度約減小6.8mT。切向電磁力隨著電流頻率的增加呈先增大后減小的趨勢，在頻率為8.0Hz時達到最大值。
　　利用CFX軟件建立電磁攪拌圓坯結晶

4、器流場的計算模型，將電磁場模擬得到的電磁力的時均值作為方程式源項加入到動量方程中，求解獲得流場的分布規(guī)律以及不同工藝參數對其的影響機理。結果表明:(1)無電磁攪拌時，鋼液在水平方向上流速很小，攪拌器中心水平面的最大流速僅為0.010m/s。在軸線方向上，形成簡單的一次流模式。(2)有電磁攪拌時，鋼液在水平方向上呈漩渦狀流動，切向速度在距圓心135mm位置處達到最大，而后由于壁面效應迅速減小，當電流強度為400A、電流頻率為2.5Hz時，

5、切向速度的最大值為0.560m/s。在軸線方向上，則形成一個特殊的二次流模式。(3)隨著電流強度的增加，切向速度增大，主環(huán)流區(qū)位置提高，下環(huán)流區(qū)域的范圍增大;隨著電流頻率的增加，流場的變化規(guī)律與電流強度增加時相同;拉速對切向速度的影響較小，但提高拉速會使鋼液的初始速度增大，主環(huán)流區(qū)位置下降，下環(huán)流區(qū)域的范圍縮小。
　　根據數值模擬得到的合理工藝參數的范圍，在目前現(xiàn)有工藝條件的基礎上，針對工業(yè)現(xiàn)場結晶器電磁攪拌的工藝參數進行優(yōu)化試驗

6、，并對不同試驗參數下圓坯的低倍質量進行檢測，結果表明:(1)與電流頻率相比，電流強度對中心等軸晶率的影響更加顯著。當電流強度為380A時，中心等軸晶率已基本飽和，最大值達到38.4％，此時繼續(xù)增加電流強度對提高圓坯等軸晶率意義不大。(2)綜合考慮不同試驗參數下的中心等軸晶率和低倍缺陷評級結果，獲得本課題所研究的結晶器電磁攪拌的最優(yōu)工藝參數為:電流強度為400A、電流頻率為2Hz。在最優(yōu)工藝參數下，中心等軸晶率為38.2％，中心疏松的平均