磁场作用下金属的射流行为和钢/渣界面的波动行为

论文摘要

电磁流动控制是板坯特别是薄板坯连铸生产中的必要手段,在该工艺中水口出流射流和钢/渣界面行为与铸坯质量密切相关。本文采用ANSYS CFX软件,运用VOF模型,通过数值模拟的方法研究了流动控制结晶器内的射流行为特征以及射流特征对射流冲击壁面和渣金界面的影响规律。无磁场时,金属射流的射程长,靠近结晶器窄面的射流宽度大；电磁制动后,金属射流的射程短,靠近结晶器窄面的射流宽度小,渣金界面存在明显的分层,波谷特征明显,可分为三个分区。增加磁感应强度后,结晶器窄面上的壁面切应力值减小,金属射流对结晶器窄面冲击的范围变小,冲击位置上移,射流对结晶器宽面的冲击强度增加；控制合理的磁感应强度,可避免射流扩张对宽面的过大冲击；只有在一定磁感应强度下,才能获得变形较小的钢渣界面,抑制液面卷渣。水平条形磁场位置降低时,金属射流对结晶器宽面的冲刷强度和范围变大；竖直条形磁场能显著减弱射流对结晶器窄面的冲刷,加大结晶器两侧宽面壁面的冲刷；磁场形式应综合考虑对窄面和宽面的冲刷强度来确定。钢／渣界面与流场的特征相一致,不合适的磁体位置反而会增加液面卷渣的可能性。射流角度增加,金属射流对结晶器两侧宽面壁面的冲刷范围减小,冲刷强度值变大。适当调整射流角度,不仅要考虑射流对结晶器窄面上的冲刷强度,也要考虑对结晶器两侧宽面壁面的冲刷强度；随着射流角度的增加,结晶器流场不稳定程度增强,界面不稳定性也增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 连铸技术的发展历程及连铸技术在生产流程中的作用
• 1.1.1 连铸技术的发展历程
• 1.1.2 连铸技术在生产流程中的作用
• 1.2 连铸关键技术及连铸现代应用技术简介
• 1.2.1 连铸关键技术
• 1.2.2 现代连铸应用技术简介
• 1.3 电磁制动结晶器内流场和磁场行为的研究现状
• 1.4 本论文主要内容和创新点
• 第2章 磁场作用下金属射流行为的数学模型及模拟研究
• 2.1 电磁制动下钢液射流行为模拟基本方程
• 2.1.1 电磁制动下钢液在结晶器内的流场基本方程式
• 2.1.2 电磁制动下钢液在结晶器内的电磁场基本方程式
• 2.2 三维模型的计算网格和边界条件
• 2.2.1 计算网格及模型
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 数值模拟计算参数
• 2.3 电磁制动下钢液射流特性分析
• 2.3.1 电磁制动结晶器内射流的基本流动特性
• 2.3.2 磁感应强度对结晶器内金属射流行为的影响
• 2.3.3 磁场位置对结晶器内金属射流的影响
• 2.3.4 拉速对结晶器内金属射流的影响
• 2.3.5 射流角度对结晶器内金属射流的影响
• 2.3.6 板坯厚度对金属射流的影响
• 2.4 电磁制动下钢液射流对结晶器壁面冲刷分析
• 2.4.1 磁感应强度对射流冲击结晶器壁面的影响
• 2.4.2 磁场位置对射流冲击结晶器壁面的影响
• 2.4.3 拉速对射流冲击结晶器壁面的影响
• 2.4.4 射流角度对射流冲击结晶器壁面的影响
• 2.4.5 板坯厚度对射流冲击结晶器壁面的影响
• 2.5 电磁制动下钢液射流对自由液面的影响
• 2.5.1 磁感应强度对自由液面的影响
• 2.5.2 磁场位置对自由液面的影响
• 2.5.3 拉速对自由液面的影响
• 2.5.4 射流角度对自由液面的影响
• 2.5.5 板坯厚度对自由液面的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 磁场作用下钢/渣界面行为的数学模型及模拟研究
• 3.1 电磁制动下钢/渣界面行为的数学模型
• 3.1.1 电磁制动下的流场基本方程式
• 3.1.2 电磁制动下的电磁场基本方程式
• 3.1.3 VOF基本模型
• 3.2 模拟条件和参数
• 3.2.1 计算网格
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 数值模拟计算参数
• 3.2.4 方程求解的收敛方案
• 3.3 电磁制动下连铸结晶器内的流场特征和渣金界面行为
• 3.3.1 磁感应强度对结晶器内钢液流动和渣金界面的影响
• 3.3.2 磁场位置对结晶器内流动和渣金界面行为的影响
• 3.3.3 射流角度对结晶器内流动和渣金界面行为的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢