钢连铸电磁搅拌工艺中电磁力场及流场的数值分析

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现代工业对钢材质量要求越来越严格,许多高性能钢种的夹杂物必须控制在10μm以下。电磁搅拌工艺有效去除钢中夹杂物的重要途径,是提高金属冶炼工艺效率和产品质量的重要辅助手段。 本文介绍了金属精炼与铸锭工艺中常用的电磁搅拌器中产生的磁场及电磁力的计算模型,计算方法及边界条件的处理方法。评述了各种模型的优缺点,分析了计算中的难点和存在的问题,提出了使计算模型更符合实际过程的研究途径。详细研究了励磁线圈的多种布置方式,尤其是电机绕组的多种绕制方式。本文利用旋转磁场特征变换模型方程并结合边界更新法,提出一种计算旋转型电磁搅拌器在钢连铸坯中产生的电磁力场的方法。用该方法计算了考虑铁心影响的不同尺寸钢连铸方坯内的电磁场。利用本模型计算的电磁搅拌器典型位置上的磁场分布与实测结果符合良好,模拟结果表明:搅拌中心剖面电磁力最大,沿垂直方向向端部逐渐减小。垂直方向的分量中心部分电磁力分布较为均匀,以搅拌器的中心为界呈相反分布,搅拌区域上部有阻碍钢液向下流动的趋势,下部有促进钢液向下流动的趋势。频率越高,电磁力搅拌力越大,中心磁感应强度越低。电流由350A提高1倍,最大电磁力提高4倍。 利用k-ε湍流模型计算了交变电磁场作用下连铸方坯内的流场,并与不加电磁场的情况进行了比较。在电磁力作用下钢液在水平方向形成旋转流动,并降低了向下过高的流速,增强了回流。越过搅拌区域后,水平旋转流动的速度逐渐变小。旋转流速随电源电流强度的增大而提高,同时也随着电源频率的增加而提高。在电磁力作用下钢液旋转流速呈双峰值分布,在近壁面处最大。
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