电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响

针对260 mm×300 mm大方坯结晶器,采用有限元和有限体积法相结合的方法研究了电磁搅拌对结晶器流场和液面波动的影响.磁场模拟结果与现场实测数据一致.电磁搅拌使结晶器内钢液在水平截面呈旋转流动,在纵截面上形成两对回流方向相反的环流区,最大切向速度随电流和频率的增加而增大,结晶器自由液面的波动随电流和频率的增加而加剧.对于260 mm×300 mm大方坯轴承钢连铸,合理的结晶器电磁搅拌电流和频率分别是300 A和3 Hz.     

电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性研究

液面波动是连铸过程的重要问题。推导了电磁搅拌作用下板坯连铸结晶器熔池液面稳定性指数(F)的函数表达式,分析了电磁场、结晶器、水口、浇铸速度等对F数的影响,评估了实际连铸系统工艺参数的稳定性。主要结果:(1)基于自由射流理论,建立了电磁搅拌下板坯连铸结晶器液面稳定性指数的理论公式;(2)各连铸参数按照影响液面稳定性由大到小排序依次是:磁感应强度、水口浸入深度、拉坯速度、板坯宽度、搅拌频率、水口倾角等;(3)对于厚度为230 mm的板坯连铸,现有各种板宽—拉速匹配下的F数均处于3~5之间,但在宽板宽—低拉速时参数优化的稳定性空间更大。     

连铸结晶器内液面波动行为的大涡模拟

构建一种描述连铸结晶器内自由液面波动行为的大涡模拟,验证数学模型预测流场的准确性,研究连铸结晶器内瞬态流场和自由液面波动,定量解析结晶器液面波动的波高、速度和湍动能。结果表明:连铸结晶器内流场具有非稳态特征,影响着自由液面瞬态波动。自由液面在SEN水口和窄壁面中间位置处波动剧烈,SEN水口两侧液面波动的波高和速度在时空范围上呈现非对称性分布特征。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以安钢宽板坯连铸为研究对象,采用大型商业软件ANSYSCFX10.0,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时,结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm;当宽度增至3250mm时,平均波高为7.08mm.     

静磁场控制板坯连铸结晶器液面波动

 用Pb Sn Bi低熔点合金进行了热模拟实验,研究了在静磁场作用下板坯连铸结晶器内的液面波动行为。实验结果表明可应用静磁场控制结晶器内金属液面的波动,且磁场对表面波动的抑制作用有一最佳值,即磁感应强度为05 T时液面平均波动最小。为此,为了减少由于液面波动引起的连铸板坯中的卷渣缺陷,有必要在一定的浇铸条件下优化磁感应强度。吹入氩气加剧了表面波动,且随着氩气流量的增加扰动加大。施加电磁制动能够使吹入氩气引起的液面波动受到显著的抑制。     

方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,利用有限元分析软件ANSYS对240 mm×280 mm方坯结晶器电磁搅拌的磁场进行数值模拟。分析电流强度、电流频率及结晶器铜管等对搅拌器内磁场分布的影响,得到了磁场特性与电磁搅拌参数的关系。研究结果表明:旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生旋转电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;磁感应强度随电流强度的增大呈线性递增;在低频搅拌条件下频率对电磁搅拌强度的影响较小,而铜管厚度对磁场强度影响较大;模拟结果与实测结果基本吻合。     

连铸结晶器电磁搅拌技术

闻述了连铸结晶器电磁搅拌的冶金功能、存在问题及相应地改进措施。在此基础上，提出了攀钢新建大方坯连铸机应采用结晶器 凝固末端电磁搅拌(M F—EMS)的复合型搅拌技术、开展结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究的建议。     

连铸结晶器液面波动的模拟

基于Fr-We相似特征数,通过相似比例为0.6的水模型实验,系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响.结果表明:结晶器液面波动是由于气泡的逸出、流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的;结晶器液面波随吹气量的增加而增大,拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈\     

小方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,对150mm×150mm小方坯连铸结晶器电磁搅拌在电流为150A,频率变化情况下的钢液内部磁感应强度和电磁力进行了数值分析,并分析了结晶器厚度对钢液内部磁场的影响以及不同时刻钢液内部电磁力的分布。模拟结果表明,在结晶器电磁搅拌时,同一个断面上,4个角部的磁感应强度最大;随着频率的增加,钢液内部磁感应强度降低,钢液边部电磁力在4~5Hz时最大;钢液内部的电磁力在1个周期的不同时刻,形成了同一个方向的力偶,在这个力偶的作用下,完成了对钢液的搅拌;结晶器厚度对钢液内部磁场影响很大,厚度增加,钢液内部磁感应强度降低。     

Physical modeling and numerical simulation of electromagnetic stirring in a slab continuous casting mold

Through physical modeling and numerical simulation,the flow field in a slab continuous casting mold with electromagnetic stirring is measured under different casting parameters and stirring currents. To qualitatively evaluate the flow field in the mold,two indexes,i. e.,mold flux entrapment and velocity uniformity,are proposed.Based on these two indexes,some optimized stirring parameters under different casting conditions can be determined.     

结晶器电磁搅拌在小方坯连铸上的应用

简要介绍了结晶器电磁搅拌在福建三钢炼钢厂5#小方坯连铸机上的应用.理论分析并结合福建三钢的冶炼条件选择结晶器电磁搅拌,在长期的生产实践过程中对结晶器电磁搅拌参数进行优化,实践表明对减轻品种钢的碳偏析以及减少中心疏松和提高产品的低倍质量均有明显的效果.为进一步发挥电磁搅拌在冶金生产中的作用,提出有必要在现有的结晶器电磁搅拌的基础上增加末端电磁搅拌系统.     

圆坯连铸结晶器电磁搅拌数学模拟

用数学模拟对马钢一钢厂圆坯连铸结晶器(断面尺寸为φ450mm)电磁搅拌过程进行了研究,找出变化规律,确定合理的工艺参数,优化结晶器流场．电磁搅拌过程的计算结果表明：磁场强度随搅拌频率减小、搅拌电流增大而增大;电流强度不改变磁场分布;在结晶器高度方向上磁场分布呈现中间大两端小的特征,流场在搅拌力作用下更趋于合理．最佳搅拌工艺参数为：搅拌电流350A,频率2Hz．     

基于紊流射流理论的连铸结晶器液面波动

 为研究结晶器内液面波动特性的规律,防止连铸坯卷渣,提高铸坯质量,利用紊流淹没射流理论建立了浇注过程中钢液流股撞击结晶器窄边速度和撞击点位置理论模型,推导出液面波动指数的解析公式;通过与试验结果对比,验证了该理论模型的预测结果;利用数值仿真模拟1 000 mm×130 mm板坯连铸结晶器在不同液面波动指数下的液面波动情况。计算结果表明,该理论模型结论与试验结论偏差为－4%～2.5%,可较好地评价结晶器内液面波动的剧烈程度,该型号板坯连铸结晶器最佳拉速为1.4 m/min。     

电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

 结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量,施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象,对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型,建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型,研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明,通过增大水口深度,能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象,减小水口附近的液面波动。     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.