连铸方坯旋转电磁搅拌器磁场模拟与优化

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在钢的连铸工艺中,电磁搅拌技术作为一种可以有效的改善铸坯组织形态的技术手段已受到广泛的关注和应用。在钢的连铸过程中电磁搅拌能够使钢液产生强制流动,使铸坯的高温区与低温区混合,过热度尽快消失,固液相温度梯度减小,并折断树枝晶,增加结晶核心及等轴晶数量,从而可以控制铸坯的凝固过程,改善凝固组织、提高铸坯质量。如今,随着连铸品种增加和对铸坯质量要求的提高,电磁搅拌技术得到了系统和深入的研究。但是,由于连铸生产中的结晶器电磁搅拌过程是一个复杂的传热、流动以及存在相变的冶金过程,在电磁搅拌过程中电磁场、温度场、流场相互耦合,单纯利用理论解析的方法对电磁搅拌过程中的物理化学现象进行分析十分困难。而随着计算方法和计算机软硬件的发展,利用计算机对冶金过程中的物理化学问题进行模拟仿真计算已成为解决复杂工程问题的有效手段。在结晶器电磁搅拌过程中,影响电磁搅拌效果的因素很多,诸如,钢种、搅拌器位置、电磁搅拌参数等,但是影响搅拌效果的主要因素是电磁搅拌参数的合理选取,因此如何优化电磁搅拌参数,优化电磁搅拌效果成为研究电磁搅拌的一个重要问题。 本论文采用ANSYS8.0利用有限元法模拟连铸方坯旋转电磁搅拌器内的磁场分布,建立了二维和三维连铸方坯电磁搅拌有限元模型。分析了电流强度、电流频率、结晶器铜管厚度等电磁搅拌参数与电磁搅拌器内的磁感应强度、磁场分布、电磁搅拌力之间的关系。在电磁搅拌模拟计算结果的基础上,结合连铸电磁搅拌现场实际磁场测定的数据验证以及电磁搅拌参数对铸坯质量的影响分析,最后确定了实际使用情况下的最佳电磁搅拌参数,并且得出了电磁搅拌参数和电磁搅拌器内磁场分布之间的关系,为下一步高强弹簧钢连铸大方坯铸态组织均质化的研究提供了基础。
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