大方坯結晶器電磁攪拌電磁場的數值模擬.pdf

1、連鑄結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，開展電磁攪拌下結晶器內的過程研究具有十分重要的意義。由于電磁攪拌問題的復雜性，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雜工程問題的有效手段。 本文以國內某廠大方坯連鑄機結晶器旋轉電磁攪拌為研究對象，采用數值模擬的方法，以電磁場基本理論為基礎，建立了旋轉電磁攪拌作用下鑄坯內電磁場的三維有限元數學模型。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值模擬，分析了電流強度、電流頻率、結晶器銅管厚度與電磁攪拌器內的磁場分布、磁感應強度、電磁攪拌力的之間關系，同時也得到了感應電流在鑄坯中產生的焦耳熱的分布情況。并結合連鑄電磁攪拌現場實際測定的磁場數據對模型的準確性進行了驗證。在此基礎上分析了電磁攪拌參數對鑄坯質量的影響，最后確定了實際使用情況下的最佳電磁攪拌參數，為進一步提高連鑄大方坯質量提供了基礎。 通過對

3、結晶器電磁場的模擬分析，得到了以下主要結果： (1) 電磁攪拌器中橫截面中心的磁感應強度最小，而在軸向上，磁感應強度成兩端小，中間大的分布。磁感應強度最大值出現在距結晶器上口500mm處。 (2) 由于結晶器銅板的屏蔽作用，隨著結晶器銅板的厚度的增加結晶器內的磁感應強度和電磁力都減小，厚度每增加2mm，結晶器內磁感應強度和電磁力分別減小5Gs和75N/m<'3>。 (3) 磁感應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，鑄坯中心的磁感應強度減小15 Gs。 (4) 鑄坯內產生的電磁力對金屬熔體產生一個旋轉力矩，將使金屬熔體做水平旋轉運動。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電流密度分布基本一致，最大值出現在鑄坯表面，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