【摘 要】
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电磁控流技术是一种非接触式控流技术,广泛应用于钢铁行业中控制连铸结晶器内钢液的流动。本文提出一种同时使用电磁制动和电磁搅拌的复合磁场对板坯连铸结晶器内流场进行优
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电磁控流技术是一种非接触式控流技术,广泛应用于钢铁行业中控制连铸结晶器内钢液的流动。本文提出一种同时使用电磁制动和电磁搅拌的复合磁场对板坯连铸结晶器内流场进行优化的方法,即在弯月面附近施加线性电磁搅拌旋转加速弯月面,在水口出口附近采用条形电磁制动抑制主流股流动。通过调节搅拌位置和相关操作参数改变复合磁场大小及分布,达到上部活跃弯月面,同时下部抑制主流股的目的。整个模拟计算过程按照磁场、纯流场(不施加磁场)、单独电磁制动和电磁搅拌、复合磁场的顺序,先建立电磁装置和结晶器的三维模型,使用有限元软件ANSYS计算并获取磁场数据,用Excel和Matlab处理并转换数据,然后通过Fluent中的MHD模块将磁场导入流场进行计算,最后用Tecplot和Origin取图分析。计算参数有:铸坯宽度、电流(包括制动电流和搅拌电流)、频率、拉速、电磁搅拌的位置。磁场计算表明:铁芯联通时制动区导入到搅拌区的静磁场B静比较大,干扰弯月面钢液流动,而搅拌区导入到制动区的行波磁场量级很小,影响较弱。搅拌区电磁力量级比较结果显示F移和F移×静较另外两个力F静和F静×移大很多,其中F移×静最大,这样的电磁力分布不利于结晶器弯月面流场的电磁控制。因此断开联通铁芯,极大地减小B静,从而减小了F移×静,降低了对搅拌区的干扰,并且在相位角U=0°时搅拌最理想。流场计算结果表明:(1)拉坯速度1.0m/min～1.4m/min时,复合磁场控流效果较好,拉坯速度1.8m/min时控制效果不理想,弯月面接近卷渣临界速度。(2)拉坯速度1.0m/min时,搅拌位置一和位置二控流效果较好,拉速1.4m/min时,位置一最佳。(3)制动电流增加,对主流股流速和湍动能及冲击窄面强度抑制效果越大,下返流减弱,上返流先增强后抑制。拉坯速度1.0m/min,制动电流应大于600A,拉坯速度1.4m/min,制动电流应大于850A。(4)频率越高,磁场穿透深度越弱,顺流侧速度越大,本文频率2Hz效果较好。(5)搅拌电流越高,逆流区域沿窄边向顺流区域扩张,搅拌漩涡增大,搅拌作用会抑制主流股冲击窄面高度。综上所述,拉坯速度1.0m/min时选择最优参数:制动电流大于600A,搅拌电流500A,频率2Hz,搅拌选取位置一或位置二;拉坯速度1.4m/min时选择较优参数:制动电流大于850A,搅拌电流700A,频率2Hz,搅拌选取位置一。
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