双频磁场作用下结晶器内磁场特性和钢液流动行为模拟研究

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电磁软接触技术和电磁搅拌技术是改善钢坯内部和表面质量的有效方法。目前,国内外对于软接触技术和搅拌技术的研究已取得了一定的成果。但对于高频磁场和低频磁场复合作用下的结晶器内磁场分布和流动行为的研究较少。本文采用数值模拟的方法,初步研究了双频交变磁场作用下,结晶器内的磁场分布特性和钢液流动行为。 本文采用有限单元法数值模拟分析了交变磁场作用下的磁场特性,主要考察了结晶器结构参数和电磁参数对磁场特性的影响。结果表明:高频磁场主要集中在线圈附近的钢坯外表面,磁场衰减较快。低频磁场主要集中在搅拌器附近,衰减较慢。复合磁场作用下,低频磁场的影响范围较大,能对高频线圈附近的磁感应强度产生一定程度的影响,使磁感应强度增大;高频磁场的影响范围较小,其对搅拌器附近的磁场影响不大;复合磁场沿拉坯方向的磁场主要以高频磁场为主,而水平方向上的磁场主要以低频磁场为主。增加高频线圈和低频线圈的电流强度,可以有效提高高频磁场和低频磁场的磁感应强度;增加低频线圈频率,低频磁场逐渐减弱;增加切缝宽度、切缝个数和切缝长度,能有效增加磁场强度。 利用基于有限容积法的CFX软件,建立了三维流动模型,模拟研究了复合磁场作用下钢液的流动行为,考察了电参数和结构参数对流场特性的影响。高频磁场主要影响自由表面的钢液流动,使液面附近的上返流增大,形成回流区;低频磁场主要产生水平旋转的搅拌流动。增加高频电流频率和电流强度,能增加软接触效果,但液面波动明显增大;增加低频磁场电流强度,其产生的流场回旋运动明显加剧,增加低频磁场频率,低频磁场的搅拌效果降低。增加切缝宽度和切缝长度可以有效地增强软接触作用,液面波动逐渐增大。复合流场中,低频电磁力的影响范围较大,能使自由液面钢液旋转,其产生的离心力会削弱软接触效果。
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