论文摘要
中心偏析和疏松是影响铸坯内部质量的主要因素,连铸末端电磁搅拌是解决这一问题的方法之一。通过感应电磁力强化凝固铸坯内液固两相区的钢液流动,从而实现温度和成分的均匀。因此,针对不同的连铸工艺参数,研究电磁搅拌工艺对铸坯质量的影响具有重要的意义。由于连铸坯内两相区钢液流动的不可测性和传统解析方法的局限性,数值模拟已成为解决这一问题的有效手段。本文根据国内某钢厂的160mm×160mm方坯连铸机及凝固末端电磁搅拌工艺条件,利用ANSYS13.0软件分别建立凝固传热模型、电磁场模型和流场模型,通过数值计算获得了末端搅拌器处温度场、电磁场以及流场的分布,并通过工业实验分析,考察了电磁参数和连铸工艺参数对铸坯内部质量的影响规律。本文得到主要结论如下：(1)拉速从18m/min增加到2Om/min,连铸坯的液相线和固相线消失位置分别向后推移0.99m和1.37m,空冷区出口中心温度由1026.4℃增加到1078.4℃；过热度从10℃增加到30℃,铸坯的液相线和固相线消失位置分别推迟0.19m和0.24m,空冷区出口中心温度由1012.9℃升至1026.4℃。(2)连铸坯凝固末端电磁搅拌器磁感强度沿轴线方向基本呈抛物线分布,在搅拌器中心附近最大,向两端逐渐递减；电磁力在横截面为周向分布,电磁力大小与距中心距离成正比；电磁力随着电流强度的增加而增大,频率为6Hz时,电流每增大50A,最大电磁力约增加1043N/m3；电流为300A时,电流频率从5Hz增加到8Hz时,电磁力从2611N/m3增加到4155N/m3。(3)电磁搅拌作用下,连铸坯液固两相区横截面呈漩涡状流动,并在搅拌器中心达到最大。搅拌强度随电流强度和频率的增加而增大,当电流频率为6Hz时,最大搅拌速度由300A的11.2cm/s增大到400A的18.2cm/s；电流强度为320A时,电流频率增加1Hz,最大搅拌增加1.7cm/s。(4)工业实验表明：拉速为1.9m/min,二冷水的比水量为1.057L/kg,最佳凝固末端电磁参数为380A和6Hz,两相区的最大搅拌速度为16.7cm/s,此时中心偏析基本可以控制在1.05以下。