电磁制动结晶器内钢液流场及温度场的数值模拟研究

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薄板坯连铸连轧工艺具有流程短、投资省、能耗低的优点,在世界范围内得到了广泛地应用。其中薄板坯连铸具有铸坯宽厚比大、拉坯速度高的特点,因此薄板坯结晶器内的钢液流速大,并且钢液流场的速度场和钢液温度场不均匀,容易造成铸坯夹杂物含量高、表面裂纹等缺陷甚至漏钢事故。工业上采用了电磁制动技术对钢液的流动进行控制,以达到提高铸坯质量的目的。考虑液心压下技术对入口边界处钢液流量的影响,利用FLUENT软件对薄板坯漏斗形结晶器内的钢液流场及温度场进行了模拟。为了优化结晶器内的钢液流场及温度场,分析了水口浸入深度,拉坯速度,水口内壁间距等参数对结晶器内钢液流场及温度场的影响规律,并选取了最优参数。基于确定的参数,建立了结晶器内钢液的流动、传热凝固、磁场耦合模型。利用该模型,分析了磁场位置高度和磁感应强度对结晶器内钢液流场及温度场的影响规律,并选取了最优参数,达到了进一步优化结晶器内钢液流场及温度场的目的。磁场的影响规律为:向下移动磁场的位置,自由液面附近漩涡内的流速变大,不利于保持自由液面的稳定,应择优选取磁场位置高度。增大磁感应强度,电磁制动效果更加明显,结晶器内钢液主流股的流速显著减小,钢液主流股在结晶器窄面的冲击点基本消失,向上返流的流速更加均匀,并且结晶器内钢液的温度梯度减小,但过大的磁感应强度会使结晶器窄面附近的向上返流不能通过制动区域,不利于连铸的正常进行,应择优选取磁感应强度。
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