方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌磁場數(shù)值仿真與工藝參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、連鑄結(jié)晶器具有凈化、凝固、換熱和化學(xué)反應(yīng)等多種功能，是控制鑄坯質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是影響鋼水流動和凝固傳熱的關(guān)鍵部位，因此被稱為連鑄機(jī)的“心臟”。電磁攪拌技術(shù)具有高能量密度、非接觸性和易于自動控制等優(yōu)點(diǎn)，在連鑄生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)晶器電磁攪拌改善鑄坯質(zhì)量的機(jī)理是借助感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動鋼水流動、傳熱等過程，因此電磁攪拌磁場和電磁力的分布是分析結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動和傳熱過程的基礎(chǔ)。 本文在調(diào)研了福建三明鋼鐵公司煉鋼廠5＃方坯連鑄設(shè)

2、備與工藝概況、綜述連鑄電磁攪拌模擬研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以結(jié)晶器電磁攪拌為研究對象，從理論分析、計(jì)算機(jī)模擬、試驗(yàn)測定和生產(chǎn)中應(yīng)用等角度對電磁攪拌過程的電磁場進(jìn)行分析、探討和模擬，并以簡化的數(shù)學(xué)模型計(jì)算由不同的電流大小和頻率得到的不同情況的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力的分布，取得了一些在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中具有指導(dǎo)意義的結(jié)果。 在方坯連鑄電磁攪拌過程的理論解析方面，作者以麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)，分析結(jié)晶器內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度、感應(yīng)電流和電磁力等分布規(guī)律的數(shù)學(xué)模

3、型。本文指出在低頻磁場的電磁攪拌過程中，可以忽略鋼水流動對電磁場的影響，簡化電磁攪拌過程的分析與計(jì)算。作者以數(shù)學(xué)解析方法，推導(dǎo)連鑄結(jié)晶器內(nèi)的磁場與電磁力解析模型。該模型表明磁場、電磁力與電流強(qiáng)度、頻率等參數(shù)有關(guān)，可為分析結(jié)晶器電磁攪拌電磁場與電磁力的分布特征提供了理論依據(jù)。 作者選用ANSYS有限元軟件作為電磁攪拌過程模擬計(jì)算的工具。基于以上的理論分析，應(yīng)用ANSYS程序設(shè)計(jì)語言，編制連鑄結(jié)晶器電磁攪拌過程的二維和三維電磁場計(jì)算

4、程序，計(jì)算不同電磁參數(shù)條件下的電磁場分布。計(jì)算結(jié)果表明：在低頻條件下，鋼水對磁場的分布影響較小，因而可以用空載時測量的結(jié)果作為有鋼水時的近似估計(jì)，對實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。 為了探索攪拌器的結(jié)構(gòu)與磁場分布特征的關(guān)系，尋求最佳電磁攪拌參數(shù)，作者在現(xiàn)場對結(jié)晶器電磁攪拌器內(nèi)的磁場進(jìn)行了測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磁場的空間分布受到電流強(qiáng)度、頻率等因素影響。磁感應(yīng)強(qiáng)度隨電流強(qiáng)度增大而增大、隨頻率增大而減小。在結(jié)晶器同一高度位置的斷面上，從中心到結(jié)

5、晶器壁面磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增加。在中心軸線方向上磁感應(yīng)強(qiáng)度在攪拌器中心位置處有最大值，呈現(xiàn)了“中間大、兩端小”的分布規(guī)律。通過近半年時間的現(xiàn)場生產(chǎn)使用，取樣檢驗(yàn)和比較表明，未經(jīng)過結(jié)晶器電磁攪拌的試樣等軸晶率偏小，夾雜物分布不均勻。經(jīng)過結(jié)晶器電磁攪拌的試樣等軸晶率有了明顯的提高，夾雜物的級別由3-5級下降到1-2級。65＃鋼種經(jīng)過結(jié)晶器電磁攪拌后等軸晶率由15％提高到了45％。ML08A1鋼種經(jīng)過結(jié)晶器電磁攪拌后其等軸晶率由15％提高到了40