圓坯連鑄電磁攪拌的模擬與工藝研究.pdf

1、現(xiàn)代連鑄工藝雖然采用了浸入式水口、保護渣、氣體保護等措施，使得鑄坯質量得到很大改善，但是，直到采用了電磁攪拌技術，才可能對鑄坯組織結構進行控制。擴大鑄坯的等軸晶區(qū)，減輕鑄坯的中心疏松、中心偏析和中心縮孔，是連鑄電磁攪拌技術在連鑄生產中得到廣泛應用的重要原因。
　　本文以國內某大型鋼企電爐圓坯連鑄機的旋轉型結晶器和凝固末端組合電磁攪拌器為研究對象，在ANSYS Workbench平臺下，采用ANSYS Maxwell和ANSYS F

2、luent對結晶器電磁攪拌和凝固末端電磁攪拌分別建立了數學模型并進行研究計算，揭示了結晶器內鋼液和凝固末端液芯的磁場、流場分布規(guī)律。
　　在結晶器電磁攪拌(M-EMS)條件下，磁場以與勵磁電流相同的頻率繞軸線旋轉，鋼液所受電磁力以2倍于勵磁頻率的變化率旋轉。在鑄坯軸向方向上，從鋼液面處向攪拌器中心鑄坯內的磁感應強度和電磁力逐漸增大，從攪拌器中心向結晶器出口方向磁感應強度和電磁力逐漸減小。隨著電流強度的增大鑄坯內的磁感應強度和切向電

3、磁力都增大;隨著勵磁頻率的增加鑄坯內的磁感應強度降低;在2～8Hz的勵磁頻率時鋼液所受切向電磁力隨勵磁頻率的增加而加大，在勵磁頻率超過9Hz后，隨著勵磁頻率的增加切向電磁力減小;勵磁頻率在2～8Hz范圍內時，隨著勵磁頻率的升高，鋼液的周向流速越大，在電流強度在200～400A范圍內，隨著電流強度的提高，鋼液的攪拌強度也越大。在攪拌器橫截面內，從鑄坯中心向邊緣方向磁感應強度和電磁力都逐漸增大，電磁力呈周向分布，與磁場旋轉方向一致，鑄坯中心

4、處切向電磁力幾乎為0;鋼液的周向流速從鑄坯中心向鑄坯邊緣不斷增大，在鑄坯邊緣處附近達到最大值，在勵磁頻率為8Hz，電流程度為400A時最大為0.25m/s，在結晶器壁面附近切向流速趨于0。由于切向電磁力導致鋼水的流動方向由向下改變?yōu)閮A斜向鑄坯邊緣，使從水口流出的高溫鋼水的沖擊深度變淺，從而提高溫區(qū)，同時使徑向溫度提高，減小凝固前沿的溫度梯度，有利于傳熱。
　　在凝固末端電磁攪拌(F-EMS)條件下，鋼液凝固前沿處磁場強度隨勵磁頻率

5、的升高而小幅度降低，隨電流強度的增大近似線性增加，在勵磁頻率為12Hz，電流強度為600A時攪拌器中心鑄坯凝固前沿處磁感應強度為900Gs;鋼液凝固前沿處電磁力在頻率為9～12Hz范圍內隨勵磁頻率升高而增大，在12～20Hz范圍內隨勵磁頻率升高而減小，在勵磁頻率為12Hz，電流強度為600A時達到最大值630N/m3;鋼液凝固前沿最大周向速度在頻率為9～12Hz范圍內切向流速隨勵磁頻率升高而增大，在12～20Hz范圍內切向流速隨勵磁頻率