在铸件凝固过程中加载电磁振荡,具有细化铸坯晶粒、促进钢水过热耗散、扩大凝固等轴晶区、减少中心缩孔等优势,从而改善铸件质量。因此,本文针对薄板坯140mm×35mm的连铸过程,考虑电磁振荡的影响,对结晶器内钢液流动、温度分布、凝固过程与夹杂物分布进行了系统研究。首先,建立了薄板坯流场—温度场—夹杂物的耦合数学模型,详细分析了结晶器内钢液流动、温度以及夹杂物分布的影响规律。数值模拟结果表明:钢液进入结晶器后射向结晶器窄面,分成上、下两个流股,分别形成上回流区与下回流区;钢液冲击窄面处湍流强度最高,越靠近结晶器出口,钢液变为平推运动,湍流强度逐渐减弱,结晶器壁面由于冷却作用,钢液凝固导致湍流强度最低。结晶器内温度场的分布很大程度上受到流场的影响,心部位置的钢液温度最高,窄壁处的温度最低;距弯月面距离越远,凝固坯壳厚度越大,而在结晶器入口段出现坯壳零增长的现象。夹杂物的体积分数分布与数量密度分布一致,并且与结晶器内钢液的速度分布基本一致,夹杂物体积分数和数量密度在钢液流动方向上较高,而在液相中不断降低,在自由液面处最低。其次,基于ANSYS软件平台进行了电路—磁场的耦合建模,采用瞬态求解的方法获得了任意时刻在铸坯内产生的振荡电磁力和焦耳热的分布以及大小,以及振荡电磁场的电磁参数对铸坯内产生的电磁振荡力及焦耳热的影响规律,结果表明:当工作电流为60A,频率为50Hz,永磁体磁感应强度为1.35T时,可在铸坯内产生1.2×10-4N/m3的往复振荡电磁力;当铸坯中有交变电流时,其内部的电流分布并不均匀,越靠近铸坯表面,电流密度越大,而铸坯内部的电流较小。磁感应强度在铸坯内为扇形分布,集中在铸坯的窄面。振荡电磁力分布与磁感应强度的分布类似,金属铸坯内的往复电磁作用力一方面会影响结晶器内钢液的整体流动趋势,另一方面也会影响到钢液的区域湍流强度。最后,建立了薄板坯电磁流动—传热凝固—夹杂物分布的三维耦合数学模型,分析了有无电磁振荡两种情况下结晶器内钢液流动、温度、凝固与夹杂物分布的差异。模拟研究发现:加载电磁振荡后,结晶器内钢液的运动轨迹改变,形成多个回流区,上回流区涡心的速度增加678%,钢液冲击窄面的速度降低73%;由于结晶内新形成的回流区,使钢液在结晶器内的停留时间增长,换热量增大,凝固坯壳变厚,固液两相区的范围变大,结晶器内温度梯度减小;在振荡电磁力作用下,夹杂物并非团聚长大,而是均匀细小的分散在钢液中,结晶器内夹杂物分布均匀化,特征半径最大值由R~*=7.1μm降为R~*=6.4μm。