電磁連鑄過程磁場功能的模擬研究.pdf

1、東北大學博士學位論文電磁連鑄過程磁場功能的模擬研究姓名：黃軍濤申請學位級別：博士專業(yè)：熱能工程指導教師：赫冀成2001.3.1lI摘要規(guī)律。數(shù)值模擬結果表明，電磁力能有效地改變方坯結晶器內的流場和溫度場的分布，造成制動區(qū)域的下部呈現(xiàn)活塞流狀態(tài)，加強了高溫鋼液的橫向流動，降低了結晶器內高溫鋼液區(qū)域的溫度梯度，提高了彎月面附近鋼液的溫度，減薄了上部凝固殼厚度。電磁制動有利于方坯結晶器內非金屬夾雜物的上浮，縮短其運動路徑，擴大上浮區(qū)。在板坯或

2、方坯結晶器內，非金屬夾雜物的直徑及在入口處的位置、磁感應強度的大小及磁場的位置等操作參數(shù)和物性參數(shù)對電磁制動的冶金效果產生影響。根據(jù)正弦時變電磁場條件下的電磁流體力學基本理論及磁場邊界更新法，建立了方坯連鑄二冷區(qū)電磁旋轉攪拌的數(shù)學模型，并對電磁攪拌的機理和操作條件的影響作用進行了探討。數(shù)值模擬結果表明，外加水平行波磁場產生的電磁力，使鋼液在水平方向上產生旋轉流動，而在垂直方向上產生不均勻流動。在電磁攪拌區(qū)域，鋼液的對流明顯加強，有利于鋼

3、液凝固組織的控制。電源頻率和電流強度決定著旋轉攪拌的強度。將有限元、邊界元相結合的計算方法以及四面體網格的剖分法，應用于具有復雜結構的方坯軟接觸結晶器內正弦時變電磁場的計算。有限元和邊界元相結合的方法大大減少了計算工作量和計算時間：模型中采用四面體單元剖分線性單元網格，很好地避免了傳統(tǒng)方法中出現(xiàn)的準六面體畸形網格。通過數(shù)值模擬，研究了方坯軟接觸結晶器內磁場、渦電流和電磁力的分布規(guī)律以及彎月面的形狀，并對軟接觸的機理和彎月面的特性進行了解

4、釋和討論。研究結果表明：渦電流主要表現(xiàn)為沿結晶器邊緣作水平面上的周邊方向流動，并形成閉合回路。渦電流與垂直方向為主的磁場耦合作用，產生了作用在鋼液自由表面邊緣向里向下的電磁力，導致彎月面向內彎曲，擴大了保護渣通道。渦電流、磁場和電磁力在感應線圈中心附近較大，向高度方向的兩端衰減，由邊緣向中心衰減。結晶器的材質對彎月面的行為產生影響，與有切縫的銅結晶器相比，石英結晶器內彎月面受力均勻且向內彎曲幅度較大。感應器電流強度、電源頻率、感應器位置