26CrMoVTiB钢圆坯连铸电磁搅拌数值模拟

发布时间：2020-08-21 23:21

【摘要】：本文针对某大型钢厂石油套管钢的内外壁元素偏析比较严重,在长时间的硫化物和碳化物的腐蚀气氛下,容易造成石油套管钢内部的腐蚀,腐蚀时间过长可能导致石油套管的破裂,影响正常生产。考虑到电磁搅拌器的合理利用有降低石油套管钢铸坯内部偏析的作用,因此通过数值模拟分析结晶器电磁搅拌器和末端连铸电磁搅拌器的参数,确定合理的电磁搅拌参数,降低石油套管钢内部C、Mo元素的偏析,提高石油套管钢的抗腐蚀。实验通过ANSYS软件建立结晶器电磁搅拌器的二维和三维磁场和流场数学模型以及末端连铸电磁搅拌器三维磁场模型,并通过现场数据对数学模型进行了验证。分析了电磁搅拌器中心线与结晶器铜管中心线不重合对结晶器内部磁感应强度、钢液的最大电磁力和流场分布的影响,末端连铸电磁搅拌器内液芯的最大电磁力分布和最佳钢液流速范围,确定和结晶器电磁搅拌器和末端连铸电磁搅拌器的最佳参数。同时采用白亮带法对末端连铸电磁搅拌强度进行判断。结合石油套管钢连铸坯内部成分的化学分析,确定C、Mo偏析改善情况。实验结果如下:结晶器电磁搅拌器模拟的磁感应强度值与现场实测值的最大差值≤18Gs,误差3%;末端连铸电磁搅拌器模拟与实测的磁感应强度最大差值≤12Gs,误差2%,电磁搅拌数学模型与实际接近,可以用其描述现场生产。通过数值模拟分析,发现当电磁搅拌器电流强度一定时,结晶器搅拌器频率为4Hz,离搅拌器近一侧结晶器内钢液电磁力达到最大。而对应的一侧的最大电磁力所对应的频率值大小与电流强度有关,电流强度愈大,相应的最大电磁力所对应的频率值也愈大。综合分析发现电流强度为300A、频率3Hz或4Hz的搅拌强度比较合适。模拟液芯直径的变化对钢液最大电磁力所对应的频率值大小的影响,发现当液心直径从70mm变化到50mm时,频率值从9Hz减小到7Hz,几乎变化很小。但是液芯直径变化对同一电流强度的最大电磁力值的大小影响较大。综合考虑26CrMoVTiB钢的液心直径和流动性等因素,最后末端电流强度应该选择在600A、频率8Hz或9Hz。工业试验得出采用优化后的电磁搅拌参数:结晶器电磁搅拌器的电流强度为300A、频率4Hz,末端电磁搅拌器电流强度600A、频率9Hz,连铸坯C元素极差从0.07%降到了 0.031%;Mo元素极差从0.08%降到了 0.038%。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF777;TE931.2
【图文】：

原理图,搅拌器,电磁搅拌,实体图

逦（ｂ）Ｒｏｔａｒｙ邋ｍｉｘｅｒ逡逑１．２．３旋转电磁搅拌的结构形式逡逑旋转搅拌器的形状如图１．２所示，最外层的是搅拌器外壳。外壳的主要目的是固定逡逑铁芯和降低搅拌器漏磁。然后是铁芯，铁芯被焊接在搅拌器上的外壳上。铁芯的主要目逡逑的是缠绕线圈和起到导磁的作用，铁芯的导磁性和长度直接关系到搅拌器的有效搅拌长逡逑度。而最内层是挡水板也就是内套。搅拌器里面还包含冷却装置。内套主要作用是降低逡逑铸坯表面辐射到搅拌器内热量，同时防止水汽进入搅拌内，影响搅拌器的使用寿命［１５］。逡逑图１．２旋转搅拌器实体图形逡逑Ｆｉｇｌ邋．２邋Ｅｎｔｉｔｙ邋ｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｔａｒｙ邋ｍｉｘｅｒ逡逑１．２．４旋转电磁搅拌的激励原理逡逑图１．３为旋转电磁搅拌器，图中线圈ＡＸ、ＢＹ、ＣＺ为搅拌器Ａ、Ｂ、Ｃ的三相绕组，逡逑当三相绕组内通入三相对称交流电流后，就会在内腔中激发出一个正弦分布磁场。通入逡逑－４－逡逑

旋转电机,旋转磁场,数值模拟

１．３数值模拟在连续铸钢中的应用逡逑数值模拟是随着计算机水平而发展起来的一种研究方法。它实际上是对物理行简化，使之满足现有技术手段能够解决的数学模型，但简化过程要满足实际要一个非常复杂的过程，这个过程主要需要作者直接完成。数值模拟用于冶金连续程主要原因是它方便而且节约实验成本，并切模拟结果比较合理能够指导生产。逡逑

几何模型,电磁搅拌

东北大学硕士学位论文逦第２章电磁搅拌模型的建立逡逑第２章电磁搅拌模型的建立逡逑电磁搅拌数学模型的建立一般包括：几何模型建立，模型假设，物性参数的选择，逡逑边界条件的选择，网格划分以及激励磁场的选择等。逡逑２．１几何模型建立逡逑电磁搅拌器的实体结构非常复杂，可以根据不同结构的物性参数，对模型进行简化。逡逑如结晶器内的冷却系统的相对磁导率与电导率与空气比较相近，可以简化成空气。逡逑Ｍ－ＥＭＳ和Ｆ－ＥＭＳ简化后的几何模型如图２．１和２．２所示。逡逑

【参考文献】