電磁連鑄過程磁場功能的模擬研究.pdf

1、東北大學(xué)博士學(xué)位論文電磁連鑄過程磁場功能的模擬研究姓名：黃軍濤申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：熱能工程指導(dǎo)教師：赫冀成2001.3.1lI摘要規(guī)律。數(shù)值模擬結(jié)果表明，電磁力能有效地改變方坯結(jié)晶器內(nèi)的流場和溫度場的分布，造成制動區(qū)域的下部呈現(xiàn)活塞流狀態(tài)，加強(qiáng)了高溫鋼液的橫向流動，降低了結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼液區(qū)域的溫度梯度，提高了彎月面附近鋼液的溫度，減薄了上部凝固殼厚度。電磁制動有利于方坯結(jié)晶器內(nèi)非金屬夾雜物的上浮，縮短其運(yùn)動路徑，擴(kuò)大上浮區(qū)。在板坯或

2、方坯結(jié)晶器內(nèi)，非金屬夾雜物的直徑及在入口處的位置、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及磁場的位置等操作參數(shù)和物性參數(shù)對電磁制動的冶金效果產(chǎn)生影響。根據(jù)正弦時(shí)變電磁場條件下的電磁流體力學(xué)基本理論及磁場邊界更新法，建立了方坯連鑄二冷區(qū)電磁旋轉(zhuǎn)攪拌的數(shù)學(xué)模型，并對電磁攪拌的機(jī)理和操作條件的影響作用進(jìn)行了探討。數(shù)值模擬結(jié)果表明，外加水平行波磁場產(chǎn)生的電磁力，使鋼液在水平方向上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動，而在垂直方向上產(chǎn)生不均勻流動。在電磁攪拌區(qū)域，鋼液的對流明顯加強(qiáng)，有利于鋼

3、液凝固組織的控制。電源頻率和電流強(qiáng)度決定著旋轉(zhuǎn)攪拌的強(qiáng)度。將有限元、邊界元相結(jié)合的計(jì)算方法以及四面體網(wǎng)格的剖分法，應(yīng)用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方坯軟接觸結(jié)晶器內(nèi)正弦時(shí)變電磁場的計(jì)算。有限元和邊界元相結(jié)合的方法大大減少了計(jì)算工作量和計(jì)算時(shí)間：模型中采用四面體單元剖分線性單元網(wǎng)格，很好地避免了傳統(tǒng)方法中出現(xiàn)的準(zhǔn)六面體畸形網(wǎng)格。通過數(shù)值模擬，研究了方坯軟接觸結(jié)晶器內(nèi)磁場、渦電流和電磁力的分布規(guī)律以及彎月面的形狀，并對軟接觸的機(jī)理和彎月面的特性進(jìn)行了解

4、釋和討論。研究結(jié)果表明：渦電流主要表現(xiàn)為沿結(jié)晶器邊緣作水平面上的周邊方向流動，并形成閉合回路。渦電流與垂直方向?yàn)橹鞯拇艌鲴詈献饔?，產(chǎn)生了作用在鋼液自由表面邊緣向里向下的電磁力，導(dǎo)致彎月面向內(nèi)彎曲，擴(kuò)大了保護(hù)渣通道。渦電流、磁場和電磁力在感應(yīng)線圈中心附近較大，向高度方向的兩端衰減，由邊緣向中心衰減。結(jié)晶器的材質(zhì)對彎月面的行為產(chǎn)生影響，與有切縫的銅結(jié)晶器相比，石英結(jié)晶器內(nèi)彎月面受力均勻且向內(nèi)彎曲幅度較大。感應(yīng)器電流強(qiáng)度、電源頻率、感應(yīng)器位置