多模式電磁攪拌板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)電磁場與鋼液流動數(shù)值模擬.pdf

1、多模式電磁攪拌(MM-EMS)是一種可以有效控制板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動的技術(shù)手段，其目的是根據(jù)不同的澆鑄條件，通過選擇和調(diào)節(jié)施加于從浸入式水口(SEN)吐出的鋼液流股上的水平電磁力的方向和大小，使結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動特別是彎月面附近的流動控制在一個最佳范圍內(nèi)，從而使鑄坯表面和皮下夾雜物含量大大減少，改善操作工藝和提高鑄坯質(zhì)量。本文以板坯連鑄結(jié)晶器為研究對象，對MM-EMS下結(jié)晶器內(nèi)的電磁場和鋼液流場特征進行了數(shù)值模擬研究。主要的研究內(nèi)容

2、和結(jié)果如下：
　　 首先，根據(jù)具體的連鑄工藝，建立了描述板坯結(jié)晶器MM-EMS條件下的三維電磁場數(shù)學(xué)模型，并利用有限元分析軟件ANSYS11.0進行了數(shù)值模擬，研究了結(jié)晶器內(nèi)的電磁場分布特征，考察了勵磁電流強度和頻率對電磁場的影響規(guī)律。結(jié)果表明：電磁水平穩(wěn)定器(EMLS)和電磁水平加速器(EMLA)下板坯結(jié)晶器橫縱截面內(nèi)的電磁場分布規(guī)律相似，磁感應(yīng)強度和電磁力沿板坯寬度方向呈中心對稱的拋物線分布，在拉坯方向上有“中間大，兩頭小”

3、的分布規(guī)律，在板坯厚度方向上由邊緣向中心對稱衰減。電流強度由800A增至1000A時，EMLS條件下，磁感應(yīng)強度由0.0956T增至0.1195T，電流強度每增加50A，磁感應(yīng)強度相應(yīng)增加約0.006T，電磁力由1520N/m3增至2370N/m3；EMLA條件下，磁感應(yīng)強度由0.0975T增至0.1219T，電流強度每增加50A，磁感應(yīng)強度相應(yīng)增加約0.0061T，電磁力由1560N/m3增至2440N/m3。頻率由2Hz增至14Hz

4、時，EMLS和EMLA條件下磁感應(yīng)強度均隨頻率的增加而減小，且呈近似線性遞減關(guān)系；電磁力則隨頻率的增加先增大后減小，在9.0Hz時達到最大值，EMLS條件下電磁力由頻率2Hz時的1350N/m3增至9Hz時的3340N/m3，EMLA條件下電磁力則由1980N/m3增至5010N/m3。
　　 在電磁場求解的基礎(chǔ)上，結(jié)合電磁場與流場耦合理論，建立了描述板坯結(jié)晶器多模式電磁攪拌過程鋼液流動的三維有限體積數(shù)學(xué)模型，利用CFX軟件結(jié)合

5、自編程序進行了數(shù)值模擬，研究了板坯結(jié)晶器多模式電磁攪拌條件下的鋼液流場分布特征，分析了勵磁電流強度和頻率及拉速對鋼液流場的影響。模擬結(jié)果表明：EMLS能有效減小從SEN吐出的鋼液主流股動量，降低彎月面附近的鋼液流速，從而減少保護渣的卷吸，同時使鋼液流股的沖擊深度變淺，有利于夾雜物的上浮去除；EMLA能使從SEN吐出的鋼液主流股被加速，沿窄面向上回流的鋼液流速增大，過熱鋼液向彎月面補充熱量增多，保護渣熔融充分，提高了保護渣吸收夾雜物的能力

6、。電流強度由800A增至1000A時，EMLS條件下，自由液面最大流速由沒加磁場時的0.515m/s分別降至0.155m/s和0.12m/s；EMLA條件下，最大速度由沒加磁場時的0.274m/s分別增至0.376m/s和0.46m/s。頻率由2Hz增至6Hz時，EMLS條件下，自由液面最大流速由0.177m/s降為0.101m/s；EMLA條件下，自由液面最大流速由0.376m/s增至0.483m/s。EMLS可以有效抑制高拉速下結(jié)晶