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(hù)渣、氣體保護(hù)等措施，使得鑄坯質(zhì)量得到很大改善，但是，直到采用了電磁攪拌技術(shù)，才可能對(duì)鑄坯組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。擴(kuò)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(shù)在連鑄生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的重要原因。
　　本文以國(guó)內(nèi)某大型鋼企電爐圓坯連鑄機(jī)的旋轉(zhuǎn)型結(jié)晶器和凝固末端組合電磁攪拌器為研究對(duì)象，在ANSYS Workbench平臺(tái)下，采用ANSYS Maxwell和ANSYS F

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

3、磁力都增大;隨著勵(lì)磁頻率的增加鑄坯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度降低;在2～8Hz的勵(lì)磁頻率時(shí)鋼液所受切向電磁力隨勵(lì)磁頻率的增加而加大，在勵(lì)磁頻率超過(guò)9Hz后，隨著勵(lì)磁頻率的增加切向電磁力減小;勵(lì)磁頻率在2～8Hz范圍內(nèi)時(shí)，隨著勵(lì)磁頻率的升高，鋼液的周向流速越大，在電流強(qiáng)度在200～400A范圍內(nèi)，隨著電流強(qiáng)度的提高，鋼液的攪拌強(qiáng)度也越大。在攪拌器橫截面內(nèi)，從鑄坯中心向邊緣方向磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力都逐漸增大，電磁力呈周向分布，與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)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?gòu)蔫T坯中心向鑄坯邊緣不斷增大，在鑄坯邊緣處附近達(dá)到最大值，在勵(lì)磁頻率為8Hz，電流程度為400A時(shí)最大為0.25m/s，在結(jié)晶器壁面附近切向流速趨于0。由于切向電磁力導(dǎo)致鋼水的流動(dòng)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(shí)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(chǎng)強(qiáng)度隨勵(lì)磁頻率

5、的升高而小幅度降低，隨電流強(qiáng)度的增大近似線性增加，在勵(lì)磁頻率為12Hz，電流強(qiáng)度為600A時(shí)攪拌器中心鑄坯凝固前沿處磁感應(yīng)強(qiáng)度為900Gs;鋼液凝固前沿處電磁力在頻率為9～12Hz范圍內(nèi)隨勵(lì)磁頻率升高而增大，在12～20Hz范圍內(nèi)隨勵(lì)磁頻率升高而減小，在勵(lì)磁頻率為12Hz，電流強(qiáng)度為600A時(shí)達(dá)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(nèi)切向流速隨勵(lì)磁頻率升高而增大，在12～20Hz范圍內(nèi)切向流速隨勵(lì)磁頻率