大方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌三維電磁場與流場的數(shù)值模擬-任兵芝

1、1大方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌三維電磁場與流場的數(shù)值模擬大方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌三維電磁場與流場的數(shù)值模擬任兵芝1)，朱苗勇1)，王宏丹1)，陳永12)1)東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，沈陽1100042)攀枝花鋼鐵研究院，攀枝花617000摘要:本文建立了描述大方坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌過程的電磁場和流場三維數(shù)學(xué)模型，并分別用有限元、有限體積法進(jìn)行數(shù)值求解，對電磁場計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)測檢驗(yàn)。結(jié)果表明，電磁力在水平面上呈周向分布，鑄坯邊緣上的切向電磁力

2、在攪拌器中心橫截面上最大，在結(jié)晶器出口處有一峰值。鋼液在橫截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動，而在縱截面內(nèi)，形成四個(gè)旋渦。在鑄坯內(nèi)，從水口向下吐出的鋼水與向上回流的鋼水流股相沖突，使流股浸入深度變淺，同時(shí)使流股向四周發(fā)散，從而有利于傳熱。勵(lì)磁電流強(qiáng)度與頻率對電磁力和流場均有影響。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:大方坯連鑄，結(jié)晶器電磁攪拌，電磁場，流場，數(shù)值模擬NUMERICALSIMULATIONOFELECTROMAGICFIELDFLOWFIELDINBLOOMCONT

3、INUOUSCASTINGMOLDWITHELECTROMAGICSTIRRINGRENBingzhi1)ZHUMiaoyong1)WANGHongdan1)CHENYong12)1)SchoolofMaterials&MetallurgyNtheasternUniversityShenyang1100042)PanzhihuaIronSteelResearchInstitutePanzhihua617000ABSTRACT:Athre

4、edimensionalmathematicalmodeltorepresentelectromagicfieldflowfieldinbloomcontinuouscastingmoldwithelectromagicstirringwasestablisheditwassolvedbythefiniteelementmethodfinitevolumemethodrespectively.Thepredictedelectromag

5、icfieldresultswereverifiedbymeasuredones.Theresultsshowthattheelectromagicfcedistributescircumferentiallyathizontalplanethetangentialelectromagicfceofstredgeisthebiggestatthecenterhizontalplaneofstirrerinadditionthereisa

6、peakvalueattheexitofmold.Moltensteelrecirculatesatthecrosssectionofthemoldtherearefourrecirculationsfminginlongitudinalsectionofthemold.Inthestrmoltensteelflowingfromsubmergedentrynozzlecollideswiththeupwardrecirculation

7、flowtheimmergeddepthofthestreamreducesthatwillbebenefitfheattransferofmoltensteelinmold.Thedistributionsofelectromagicfieldflowfieldwereaffectedbytheintensityfrequencyofexcitingcurrent.KEYWDS:bloomcontinuouscastingmoldel

8、ectromagicstirringelectromagicfieldflowfieldnumericalsimulation符號說明符號說明B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；B——B的共軛復(fù)數(shù)，T；E——電場強(qiáng)度，Vm；F——時(shí)均電磁力，Nm3Fz——時(shí)均電磁力在Z軸方向上分量，Nm3f——?jiǎng)?lì)磁電流頻率，HzH——磁場強(qiáng)度，Am；I——?jiǎng)?lì)磁電流強(qiáng)度，AJ——電流密度，Am2；p——壓力，Pa注：此文已被金屬學(xué)報(bào)接受，待發(fā)表。3Fig.1Model

9、geometry(a)thefiniteelementmesh(b)ofMEMS表1結(jié)晶器電磁攪拌幾何尺寸及工藝參數(shù)Table1GeometryprocessconditionofMEMSParametersValuesMoldsizemm450360Moldlengthmm820Copperplatethicknessmm40EMSinnerdiametermm1280EMSlengthmm360Castingspeedmmin0.6

10、Nozzlediametermm50Nozzlesubmergencedepthmm100ExcitingcurrentintensityA300~600FrequenciesHz2~82數(shù)學(xué)模型與求解數(shù)學(xué)模型與求解鑒于結(jié)晶器電磁攪拌過程中，電磁場、流場耦合問題的復(fù)雜性，因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，為了使問題易于處理而又不失其意義，做如下假設(shè)：（1）電磁攪拌所用的交變磁場頻率一般在1到10Hz，屬于磁準(zhǔn)靜態(tài)場，忽略位移電流。（2）電磁攪拌過程

11、中，磁雷諾數(shù)很小，文獻(xiàn)[9]估計(jì)大約為0.01，忽略鋼液運(yùn)動對電磁場的影響。（3）假設(shè)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動為穩(wěn)態(tài)不可壓縮流動，將時(shí)變的電磁力用時(shí)均值代替。（4）忽略已凝固坯殼及兩相區(qū)，將整個(gè)鑄坯均視為液態(tài)。2.1電磁場模型與求解電磁場模型與求解結(jié)晶器電磁攪拌的電磁場控制方程由Maxwall方程組(式1~3)以及兩個(gè)本構(gòu)關(guān)系(式4~5)組成：(1)???HJ(2)t??????BE(3)0???B(4)??BH(5)??JE計(jì)算過程中，電磁力