板坯连铸结晶器电磁制动技术及其应用

叙述了板坯连铸结晶器中应用电磁制动技术的发展、研究状况。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动，减少结晶器保护渣的卷渣，有利于结晶器内夹杂物的去除，从而提高铸坯质量，并有利于提高铸坯拉速。研究结果表明电磁制动特性取决于板坯宽度、浇铸速度、氩气流速和浸入式水口(SEN)形状等浇铸参数，介绍了各种浇铸参数对电磁制动效果的影响。     

电磁场作用下板坯连铸结晶器内的弯月面行为

用Pb-Sn-Bi低熔点合金进行了热模拟实验.从液面波动人手,研究了在单条形电磁场作用下板坯连铸结晶器内的弯月面行为.实验结果表明可应用磁场控制结晶器内金属液面的波动.当水口角度为向下30°时,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,液面较稳定.施加磁场使弯月面处温度明显提高,使水口出流的向下冲击深度受到抑制,这有利于夹杂物的上浮分离,达到提高板坯内部质量的目的.     

薄板坯连铸结晶器内涡流及卷渣行为的研究

利用1／4水模型对薄板坯连铸结晶器内的涡流及卷渣行为进行观察研究。在实验中考察了水口形状、水口浸入深度和浇铸速度等对漩涡及卷渣行为的影响,并考察了偏流以及在水口与结晶器宽面之问加翼片,阻止结晶器表面流股相互流动的漩涡（卷渣）现象。     

板坯连铸机内钢液流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法研究了板坯连铸机内钢液流动和夹杂物传输行为。数值结果表明，由于夹杂物的上浮速度远小于钢液流速，因此钢水的流动直接影响着结晶器内夹杂物分布。夹杂物具有与钢液流场相似的上下两个回流区的结构；在液面处，大粒径夹杂物的浓度较大；在窄面处，小粒径夹杂物的浓度较大。     

湍流模型对结晶器内流场数值模拟结果的影响

以Fluent 6.3为计算平台,采用数值模拟的方法研究了5种常用湍流模型对电磁制动下连铸板坯结晶器内钢液流动计算结果的影响,并与水模型和实测结果进行了对比.结果表明:标准κ-ε和低雷诺数κ-ε模型的计算结果与实际流场较为接近,而重整化群κ-ε和剪切应力输运κ-ω模型与实际流场相差较远.不同湍流模型计算得到的弯月面形状大致相同,但标准κ-ε模型与实测结果更为接近.Spalan-Allmaras 模型所需内存最小,花费时间最短;剪切应力输运κ-ω模型花费时间最长,其他模型所需内存大致相当.     

有限差分法求解一维不稳定态变物性热传导问题

应用有限差分法，选用控制容积积分法推导出离散化方程组，对一维不稳定态变物性热传导问题进行求解，计算出钢包在预热过程中包衬的温度分布．在计算程序中编有温度分布曲线描绘程序，在输出各点温度值的同时打印出温度分布曲线，使计算结果直观、明了．     

连铸结晶器内钢液流动、凝固和夹杂物的分布

 建立并求解动量、热量和质量传输耦合模型,研究了连铸结晶器内钢液流动、传热、凝固、溶质输送和夹杂碰撞长大行为。数值结果表明,受钢液流动的影响,在连铸机内钢液温度、碳浓度和夹杂物的空间分布与钢水流动特征相似,也可分为上下两个循环区。但是其分布具有各自的特点。在涡心处,钢液温度较低,碳浓度较高,夹杂物体积浓度和数量密度较低。在弯月面处,钢液温度较低,碳浓度较高,夹杂物的体积浓度和数量密度较低。在结晶器出口处的凝固坯壳内,夹杂物的浓度和数量密度分布极不均匀,存在阶跃现象,这与冲击点处凝固坯壳的重熔有关。     

电磁制动下结晶器内流体流动行为的数值研究

 数值模拟了在电磁制动作用下结晶器内金属液的流动行为,并研究了诸如磁感应强度,水口出口角度和磁场位置等各种操作条件对电磁制动效果的影响。数值模拟结果表明：应用电磁制动使结晶器内的流场有很大的改变。施加0.5 T的磁场使结晶器内金属液的表面流速最小,这一计算结果与实验结果十分吻合。为此,应用磁场对结晶器内的流场进行控制,有必要在一定的浇注条件下优化磁感应强度的大小。当磁感应强度、拉坯速度和水口出口角度一定时,磁场位置与水口浸入深度之比有一最佳值,可达到理想的电磁制动效果。     

静磁场对吹氩结晶器内弯月面行为的影响

用Pb-Sn-Bi液态合金模拟了吹氩和施加静磁场时结晶器内弯月面处的流动现象,观察磁场对吹氩引起的弯月面失稳的抑制作用.结果表明,施加磁场改变了Ar气泡通过弯月面的漂浮分布规律,加强了气泡在水口和窄面之间的漂浮,使Ar气泡在结晶器宽度方向上漂浮分布更均匀,减小了水口附近由于大量气泡上浮对液面的扰动.施加0.5 T磁场能对水口出流以及吹氩所产生的液面波动产生抑制作用.由相似准则推得,应用在实际连铸机上抑制吹氩板坯连铸结晶器内液面波动的合适磁场强度为0.36 T.     

行波磁场下吹Ar过程中结晶器内气泡行为的研究

采用Pb-Sn-Bi合金进行模拟实验.研究了吹Ar过程中施加低频行波磁场时结晶器内气泡的运动和分布.用电阻探针法测量了结晶器内金属液面下及液相深处的气泡分布,考察了磁感应强度、拉速和吹气量对结晶器内气泡运动、数量和分布的影响.结果表明,吹气量和拉速的增加使结晶器窄面附近的气泡数量增多;施加行波磁场使液相深处窄面附近的气泡数量减少,减少了气泡破凝固坯壳捕获的可能性,并且抑制了高浇速时沿结晶器宽度方向气泡上浮不均匀的现象,可避免局部气泡上浮数量过多而对液面扰动过大.通过对大气泡分布规律的研究发现施加行波磁场使气泡聚合现象增强,促进了气泡的上浮,且当磁感应强度增加到0.12 T时大气泡在结晶器宽度方向上浮更均匀.