大方坯结晶器流场优化及电磁搅拌过程的研究.pdf
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1、武汉科技大学硕二亡学位论文第1 页 摘要 本文以国内某厂大方坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用物理模拟和数值模拟相结合 的方式研究结晶器网钢液流场。通过水模实验,定性分析不同水口结构对液面速度、侧壁 冲击压和冲击深度的影响。通过结晶器电磁搅拌器的数值模拟,分析了电磁搅拌工艺参数 对结晶器内电磁场的影响。在此基础上利用U D F 编程导入电磁力到无电磁搅拌的结晶器 数学模型中,研究分析了电磁搅拌下不同水1 5 1 结构对结晶器流场的影响,提出了最佳的水 口结构,并讨论了不同电磁搅拌参数对结晶器液面波动的影响。研究表明: ( 1 ) 在无电磁搅拌下,通过结晶器流场的物理模拟和数值模拟可以看出:两孔水
2、口、 四孔水口随着倾斜角的增大,钢液的冲击深度均增大;适当增大扩张角可以减小注流对侧 壁的冲击,减小液硅百波动;四孔水口增大一定的安装角可以减小注流对宽面的冲击,有利 于宽面坯壳的均匀形成。 ( 2 ) 在电磁搅拌下,结晶器内轴向的磁感应强度和电磁力都呈“中间大,两端小”的 分布。在结晶器的横截面,沿径向距离的磁感应强度和电磁力均呈对称分布,边部最大, 由边部沿中心逐渐衰减。 ( 3 ) 电流由4 5 0 A 增大到6 0 0 A ,搅拌器中心磁感应强度呈线性递增;频率由1 5 H Z 增 大到2 5 H Z ,磁感应强度相应减小;随着电流强度、电流频率的增大,钢液受到的电磁力 均相应增大;在
3、冶炼U 7 1 M n ,U 7 5 V 重轨钢中,设定6 0 0 A ,2 H z 满足生产要求,参数设定 合理。 ( 4 ) 由于电磁力起主导作用,改变水口结构对侧壁冲击压影响不大,主要影响液面速 度;电磁搅拌下,钢液在横截面呈旋转运动,四孔水口对角安装可以明显减小液面速度, 倾斜角1 5 。,安装角l O 。的四孔水口最佳。 ( 5 ) 在最佳水口结构下,研究了电流强度( 4 5 0 A 6 0 0 A ) 、频率( 1 5 H Z 2 5 v _ z ) 对液面 波动的影响,研究表明:液面波动的最大值均出现在宽面水口附近。随着电流强度和频率 的增大,液面波动均相应增大。 关键词:大方坯
4、结晶器;浸入式水口;电磁搅拌;流场; 电磁场;数值模拟 第1 I 页武汉科技大学硕士学位论文 A b s t r a c t E l e c t r o m a g n e t i cs t i r r e ro fm o u l df o rb l o o mc a s t i n gw a st h eo b j e c t sf o ri n v e s t i g a t i o ni nt h e d i s s e r t a t i o n T h ep h y s i c a la n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o
5、 d sw e r ew i d e l yt a k e nt or e s e a r c ht h e f l o wf i e l do fm o l t e ns t e e li nm o u l d T h es u r f a c es p e e d ,i m p a c t i n gp r e s s u r ea n di m p a c t i n gd e p t h w e r ea n a l y z e dt h r o u g hw a t e rs i m u l a t i o nf o rd i f f e r e n ts u b m e r g e
6、 dn o z z l e s B yt h en u m e r i c a l s i m u l a t i o no fm o l dw i t hE M S ,t h ee f f e c to fE M Sp a r a m e t e r so nd i s t r i b u t i o no fm a g n e t i cf i e l d w a ss t u d i e d T h r o u g ht h ep r o c e d u r e so ft h eU D F , t h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c ew a
7、 sa p p l i e dt ot h e m a t hm o d e lo fm o l dw i t h o u tE M S ,a c c o r d i n gt os t u d yo ft h ef l o wp a t t e mo fm o l t e ns t e e lw i t h E M Si nm o l do fv a r i o u sS E Np a r a m e t e r ,O p t i m u mS E Np a r a m e t e rw a sp r o p o s e d ,a n dt h ee f f e c t o fE M Sp
8、a r a m e t e r so nf r e es u r f a c ef l u c t u a t i o nw a sd i s c u s s e d T h ec o n c l u s i o n sc a nb ed r a w n : ( 1 ) B a s e do nt h ep h y s i c a la n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d so fm o u l dw i t h o u tE M S ,T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ei m p a
9、c td e p t hi n c r e a s e sa st h ei n c r e a s eo ft h ed o w n w a r dn o z z l eo u t l e ta n g l e o ft h et w o - - h o l eS E Na n df o u r - h o l eS E N ;A c c o r d i n gt ot h ep r o p e ri n c r e a s eo fe x p e n d i n ga n g l eo f n o z z l e ,i ti sb e n e f i c i a lt ot h ed e
10、c r e a s eo fi m p a c tp r e s s u r eo fm o l t e ns t e e lo nt h em o l ds i d ea sw e l l a st h ef r e es u r f a c ef l u c t u a t i o n ;w h e nt h ei n s t a l l a t i o na n g l eo ft h ef o u r h o l en o z z l ei n c r e a s e s p r o p e r l y ,a n dt h ei m p a c ts t r e n g t ho nt
11、 h en a r r o ws i d eo f t h em o l dd e c r e a s e s ,w h i c hi sf a v o r a b l e f o rt h es t e e lo nt h ew i d es i d eo fm o l dt os o l i d i f yu n i f o r m l y ( 2 ) T h em a x i m u mm a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yi sa tt h ec e n t e ro fa x i sd i r e c t i o no fb
12、 l o o m , a n dl o w e rv a l u e sC a nb ef o u n db o t ha tt h et o pa n db o t t o mo ft h em o l dw i t hE M S ,m a g n e t i c i n d u c t i o ni n t e n s i t ya n de l e c t r o m a g n e t i cf o r c e a l o n g r a d i u so fm o u l d a p p e a rs y m m e t r y d i s t r i b u t i o n ,t
13、h em a x i m u mv a l u e sa r ea tt h ec o m e r , r e s p e c t i v e l y , t h ev a l u e sd e c r e a s ea l o n gr a d i a l d i r e c t i o n ( 3 ) T h em a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yo ft h eb l o o mi nt h ec e n t e ro fs t i r r e ri n c r e a s e sl i n e a r l y w i t h
14、c u r r e n ti n t e n s i t y ( 4 5 0 A - 6 0 0 A ) ;t h em a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yd e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s e o fc u r r e n tf r e q u e n c y ( 1 5 H z - 3 0 H z ) ;T h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c ei n c r e a s e sw i t ht h ec u r r e n t i n t
15、e n s i t ya n df r e q u e n c y ;I nt h ea c t u a lc a s t i n gh e a v yr a i l s t e e lU 71M n U 7 5 Vp r o c e s s ,t h e p a r a m e t e r s ( 6 0 0 A 2 H Z ) a r er e a s o n a b l ea n dc o u l db ea p p l i e di nc a s t i n gp r o d u c t i o n ( 4 ) O nt h ee x i s t i n gm o d eo fE M
16、S ,i m p a c t i n gp r e s s u r eh a sl i t t l ed i f f e r e n c ed u et ot h el e a d i n g r o l eo fe l e c t r o m a g n e t i cf o r c e ,T h es u r f a c es p e e dw a sm a i n l yd i s c u s s e d ,t h er o t a t i n gf l o wo f l i q u i d s t e e li sd r i v e nb yt h ee l e c t r o m a
17、 g n e t i cf o r c e T h ef o u r h o l en o z z l ef o rt h eD i a g o n a l p l a c e m e n tm e t h o d ,t h es u r f a c es p e e dw a so b v i o u s l yr e d u c e d ,t h ef o u r h o l en o z z l ew i t ho u t l e t a n g l e15 。a n ds e t t i n ga n g l e10 。i st h eb e s tn o z z l e ( 5 )
18、U n d e ro p t i m u mc o n d i t i o no ft h eb e s tn o z z l e ,T h ee f f e c to fe l e c t r o m a g n e t i cs t i r r i n g p a r a m e t e r s ( c u r r e n ti n t e n s i t y4 5 0 A - 6 0 0 A ,f r e q u e n c y1 5 H Z - 3 0 H Z ) o nd i s t r i b u t i o no f t h ef r e e s u r f a c ef l u
19、 c t u a t i o nw a ss t u d i e d R e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u mf r e es u r f a c ef l u c t u a t i o niS a r o u n dt h ev i c i n i t yo fw i d es u r f a c ei nt h em o l d T h e 矗e es u r f a c ef l u c t u N i o ni n c r e a s e sw i t h c u r r e n ti n t e n s i t ya n dc u
20、r r e n t 盘e q u e n c y K e yw o r d s : b l o o mm o u l d ; S E N ;E M S ; f i o w f i e l d ; m a g n e t i cf i e l d ; n u m e r i c a l s i m u l m i o n 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 目录 摘要I A b s t r a c t I I 第一章文献综述1 1 1大方坯结晶器流场研究1 1 1 1 合理的结晶器流场1 1 1 2 结晶器流场优化的研究方法2 1 1 3 大方坯结晶器研究现状2 1 。2 结晶器电磁搅拌研究3 1
21、 2 1 结晶器电磁搅拌3 1 2 2 电磁搅拌的研究现状5 1 3 课题背景及研究内容7 第二章无电搅下结晶器钢液流场的数值分析9 2 1 现场生产条件9 2 2 物理模拟的理论基础9 2 3 水模型实验方案9 2 3 1 实验装置9 2 3 2 实验参数的确定1 0 2 4 实验方法一11 2 4 1 结晶器液面波动和注流对窄面的冲击1 1 2 4 2 结晶器流场1 2 2 5 水模实验结果及分析1 2 2 5 1水口结构对液面波动和侧壁冲击压分析1 2 2 5 2 水口结构对结晶器流场的影响1 4 2 6 数值模拟理论基础1 6 2 6 1 基本假设1 6 2 6 2 基本方程16 2
22、6 3 边界条件17 2 7 数值模拟的内容及流程18 2 8 无电磁搅拌数模结果及分析18 2 。8 1 无电磁搅拌数学模型的验证18 2 8 2 两孔水口数值分析2 1 2 8 3 四孔水口数值分析2 2 2 6 本章小结2 4 第三章大方坯结晶器电磁搅拌的数值模拟2 5 3 1 结晶器电磁搅拌装置及网格化2 6 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 3 2 电磁场的模型与求解2 6 3 2 1基本假设2 6 3 2 2电磁场的控制方程2 6 3 2 3 边界条件及初值条件2 7 3 3电磁场模拟结果及分析2 7 3 3 1电磁场的分布规律2 7 3 3 2 电流对磁感应强度的影响3 0 3
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- 大方 结晶器 优化 电磁 搅拌 过程 研究
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