重鋼方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌數(shù)值模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、電磁攪拌是對金屬凝固過程進(jìn)行控制的一種有效手段，有著廣泛的應(yīng)用和深厚的工業(yè)基礎(chǔ)。方坯結(jié)晶器電磁攪拌通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量無接觸轉(zhuǎn)換，將電磁能轉(zhuǎn)換為鋼水的旋轉(zhuǎn)動力，推動鋼水旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，改善鋼水凝固組織及連鑄坯內(nèi)部結(jié)晶狀態(tài)，從而提高連鑄坯質(zhì)量。 重鋼煉鋼廠在1＃、5＃方坯連鑄機(jī)上雖已實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器電磁攪拌工藝技術(shù)，但隨著1＃、5＃鑄機(jī)品種數(shù)量增加，產(chǎn)量擴(kuò)大，拉速進(jìn)一步提高，電磁攪拌強(qiáng)度如何與連鑄工藝參數(shù)配合，更好地滿足鑄坯質(zhì)量要求，都有待

2、進(jìn)一步研究。該項(xiàng)目的研究將為重鋼結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)的合理應(yīng)用提供理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。 為研究結(jié)晶器電磁攪拌磁場的分布特征，理論計(jì)算最佳攪拌電流頻率，利用Kanetec TM-601高斯計(jì)對重鋼斷面為150mm×150mm與150mm×210mm的方坯結(jié)晶器電磁攪拌磁場進(jìn)行了測試與分析。測試結(jié)果表明，在結(jié)晶器銅套材質(zhì)與壁厚、電磁攪拌器與及其安裝位置選定時(shí)，磁場的空間分布與攪拌電流、頻率、結(jié)晶器斷面等因素有關(guān)系。在結(jié)晶器軸向方向，磁感應(yīng)

3、強(qiáng)度有中間大，兩頭小的規(guī)律。兩個(gè)斷面的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值均位于H=500mm位置附近，即攪拌器中心位置。在結(jié)晶器兩端及磁感應(yīng)強(qiáng)度較弱的區(qū)域，壁面處磁感應(yīng)強(qiáng)度值與中心處的值幾乎相等。在磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)的軸向中心區(qū)域壁面處磁感應(yīng)強(qiáng)度值比對應(yīng)中心處的值略大，且隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大，壁面與中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的差值也在增大。對于150mm×150mm及150mm×210mm斷面，獲得最大電磁力的頻率為4Hz。測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果對于研究結(jié)晶器電磁攪拌裝置的磁場

4、分布、電磁攪拌力、鋼液的旋轉(zhuǎn)、流動和攪拌工藝制定都具有指導(dǎo)意義。 本文基于Maxwell電磁場理論，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對方坯結(jié)晶器電磁攪拌流場進(jìn)行模擬研究。根據(jù)麥克斯韋爾方程得到了電磁力的解析形式，應(yīng)用納維爾-斯托克斯方程描述了金屬熔體的速度場，并應(yīng)用FLUENT軟件來進(jìn)行數(shù)值模擬。通過模擬得到了電磁力場作用下流體速度場的分布。 為分析結(jié)晶器電磁攪拌對連鑄坯質(zhì)量的影響，在重鋼現(xiàn)場進(jìn)行了工廠試驗(yàn)．對不同鋼種在