新型连铸电磁制动结晶器内磁场与流场的数值模拟

论文摘要

电磁制动技术作为高拉速连铸生产的重要手段之一,可以控制连铸结晶器内水口出流的流动行为,抑制钢液对结晶器窄面的冲击,防止漏钢,同时,减小钢液的冲击深度,有利于夹杂物上浮,提高铸坯质量。该技术已经在生产中得到应用。如何进一步优化电磁制动器的结构、电磁参数和工艺参数,获得更好的冶金效果,是当今电磁冶金领域的重要研究课题。本文提出一种新型结构的电磁制动器,并采用数值模拟方法研究了新型电磁制动器作用下连铸结晶器内磁场和流场特征,主要完成以下方面工作：利用ANSYS软件建立了描述新型电磁制动器磁场的三维数学模型,并对其磁场进行了数值计算。数值模拟结果表明,磁场沿着磁路形成基本封闭的回路,磁感应强度在结晶器内的宽度、厚度和高度方向上分布均匀,仅在结晶器高度方向的磁极边缘略有减小；新型电磁制动器的磁场特性能够满足连铸电磁制动对磁场的要求。以稳恒磁场理论、电磁流体力学理论为基础,利用Fluent软件建立了恒稳磁场作用下连铸结晶器内钢液流动的三维数学模型,并对新型电磁制动结晶器内的流场和磁场进行了耦合计算,研究了工艺参数(拉坯速度、水口浸入深度、磁感应强度)对电磁流动控制效果的影响。数值模拟结果表明：结晶器水口出流流股被电磁力制动,自由表面速度、湍动能明显降低,有利于减小了卷渣现象；同时,钢液冲击窄面的速度明显减小,减弱了水口出流对窄面的冲刷,有利于夹杂物的上浮分离。对于常规的板坯连铸工艺,磁感应强度为0.3T时的电磁制动效果较好,钢液表面流速降低明显并且流速减小的范围加大；而当磁感应强度小于0.3T时,钢液表面流速却有所增加。新型电磁制动器在选择适当的磁场参数时,能够较好的控制钢液对结晶器窄面的冲击和自由液面的扰动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 电磁冶金技术的发展应用概况
• 1.1.1 电磁冶金技术的发展
• 1.1.2 电磁冶金技术的应用
• 1.2 电磁制动技术
• 1.2.1 电磁制动技术研发背景与工作原理
• 1.2.2 电磁制动技术发展历程及研究现状
• 1.2.3 电磁制动的新用途
• 1.3 电磁制动技术在冶金应用上的效果
• 1.4 连铸过程流场的数值模拟
• 1.4.1 流场数值模拟的发展
• 1.4.2 流场的数值模拟计算方法
• 1.5 本论文研究的内容及意义
• 第二章 数学模型及控制方程
• 2.1 前言
• 2.2 控制方程
• 2.2.1 磁场计算控制方程
• 2.2.2 磁场与流场耦合控制方程
• 2.3 数学模型的建立
• 2.3.1 磁场计算区域和边界条件
• 2.3.2 流场计算边界条件
• 2.3.3 基本假设条件
• 2.3.4 计算参数
• 第三章 新型电磁制动器磁场的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 新型电磁制动器的结构特点
• 3.3 新型电磁制动器冶金效果
• 3.4 新型电磁制动器磁场的数值模拟结果
• 3.4.1 新型电磁制动器内磁场分布
• 3.4.2 连铸结晶器内的磁场分布
• 3.5 本章小结
• 第四章 新型电磁制动结晶器内三维流场的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 结晶器内三维流场的数值模拟结果与分析
• 4.2.1 无磁场时板坯连铸结晶器内钢液的流动特性
• 4.2.1.1 不同水口浸入深度下结晶器内的钢液流动
• 4.2.1.2 不同拉坯速度下结晶器内的钢液流动
• 4.2.2 施加磁场时板坯连铸结晶器内钢液的流动特性
• 4.2.2.1 不同磁感应强度下结晶器内的钢液流动
• 4.2.2.2 不同拉坯速度下结晶器内的钢液流动
• 4.2.2.3 不同浸入深度下结晶器内的钢液流动
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介