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

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

2、備與工藝概況、綜述連鑄電磁攪拌模擬研究進展的基礎上，以結晶器電磁攪拌為研究對象，從理論分析、計算機模擬、試驗測定和生產(chǎn)中應用等角度對電磁攪拌過程的電磁場進行分析、探討和模擬，并以簡化的數(shù)學模型計算由不同的電流大小和頻率得到的不同情況的磁感應強度和電磁力的分布，取得了一些在實際生產(chǎn)應用中具有指導意義的結果。 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，分析結晶器內磁感應強度、感應電流和電磁力等分布規(guī)律的數(shù)學模

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算。作者以數(shù)學解析方法，推導連鑄結晶器內的磁場與電磁力解析模型。該模型表明磁場、電磁力與電流強度、頻率等參數(shù)有關，可為分析結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算的工具?；谝陨系睦碚摲治觯瑧肁NSYS程序設計語言，編制連鑄結晶器電磁攪拌過程的二維和三維電磁場計算

4、程序，計算不同電磁參數(shù)條件下的電磁場分布。計算結果表明：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果作為有鋼水時的近似估計，對實際應用具有指導意義。 為了探索攪拌器的結構與磁場分布特征的關系，尋求最佳電磁攪拌參數(shù)，作者在現(xiàn)場對結晶器電磁攪拌器內的磁場進行了測量。實驗結果表明：磁場的空間分布受到電流強度、頻率等因素影響。磁感應強度隨電流強度增大而增大、隨頻率增大而減小。在結晶器同一高度位置的斷面上，從中心到結

5、晶器壁面磁感應強度逐漸增加。在中心軸線方向上磁感應強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，取樣檢驗和比較表明，未經(jīng)過結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)過結晶器電磁攪拌后其等軸晶率由15％提高到了40