大方坯結(jié)晶器電磁攪拌電磁場的數(shù)值模擬.pdf

1、連鑄結(jié)晶器的電磁攪拌正成為控制鑄坯的凝固過程、改善凝固組織、提高鑄坯質(zhì)量的有效手段。因此針對具體的連鑄工藝，開展電磁攪拌下結(jié)晶器內(nèi)的過程研究具有十分重要的意義。由于電磁攪拌問題的復(fù)雜性，用傳統(tǒng)的解析方法分析十分困難，而仿真計算已成為解決復(fù)雜工程問題的有效手段。 本文以國內(nèi)某廠大方坯連鑄機結(jié)晶器旋轉(zhuǎn)電磁攪拌為研究對象，采用數(shù)值模擬的方法，以電磁場基本理論為基礎(chǔ)，建立了旋轉(zhuǎn)電磁攪拌作用下鑄坯內(nèi)電磁場的三維有限元數(shù)學(xué)模型。利用該模型，

2、通過使用有限元分析軟件ANSYS，對電磁攪拌過程三維電磁場行為進行了數(shù)值模擬，分析了電流強度、電流頻率、結(jié)晶器銅管厚度與電磁攪拌器內(nèi)的磁場分布、磁感應(yīng)強度、電磁攪拌力的之間關(guān)系，同時也得到了感應(yīng)電流在鑄坯中產(chǎn)生的焦耳熱的分布情況。并結(jié)合連鑄電磁攪拌現(xiàn)場實際測定的磁場數(shù)據(jù)對模型的準確性進行了驗證。在此基礎(chǔ)上分析了電磁攪拌參數(shù)對鑄坯質(zhì)量的影響，最后確定了實際使用情況下的最佳電磁攪拌參數(shù)，為進一步提高連鑄大方坯質(zhì)量提供了基礎(chǔ)。 通過對

3、結(jié)晶器電磁場的模擬分析，得到了以下主要結(jié)果： (1) 電磁攪拌器中橫截面中心的磁感應(yīng)強度最小，而在軸向上，磁感應(yīng)強度成兩端小，中間大的分布。磁感應(yīng)強度最大值出現(xiàn)在距結(jié)晶器上口500mm處。 (2) 由于結(jié)晶器銅板的屏蔽作用，隨著結(jié)晶器銅板的厚度的增加結(jié)晶器內(nèi)的磁感應(yīng)強度和電磁力都減小，厚度每增加2mm，結(jié)晶器內(nèi)磁感應(yīng)強度和電磁力分別減小5Gs和75N/m<'3>。 (3) 磁感應(yīng)強度隨著電流強度的增大呈線性遞增變

4、化，而隨著電流頻率的增大而減小。電流強度由250A開始至500A每增加50A，鑄坯中心的磁感應(yīng)強度增大38Gs；電流頻率由2.0Hz開始至3.0Hz每增加0.5Hz，鑄坯中心的磁感應(yīng)強度減小15 Gs。 (4) 鑄坯內(nèi)產(chǎn)生的電磁力對金屬熔體產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩，將使金屬熔體做水平旋轉(zhuǎn)運動。電磁力隨著電流強度、電流頻率的增大而增大，電磁力隨著電流強度近似呈拋物線變化。頻率固定在2.5Hz，攪拌電流由250A、300A、400A至500

5、A時，鑄坯表面的電磁力分別為100 N/m<'3>、145N/m<'3>、257N/m<'3>、403 N/m<'3>。當(dāng)電流固定在400A時，頻率由2.0Hz增至3.0Hz，鑄坯表面的電磁力由373 N/m<'3>增至523 N/m<'3>。 (5) 焦耳熱的分布和感應(yīng)電流密度分布基本一致，最大值出現(xiàn)在鑄坯表面，隨著向鑄坯心部的靠近逐漸減少，并且隨著電流和頻率的增大而增大。頻率固定在2.5Hz，攪拌電流由250A、300A、4