连铸结晶器电磁搅拌和水口结构对铸坯凝固过程的影响研究

发布时间：2020-09-21 08:30

　　随着结晶器电磁搅拌技术的广泛应用和水口形状的改进,许多冶金工作者对结晶器内流动和温度变化进行大量的研究,但对结晶器电磁搅拌作用下以及不同水口结构时二冷区钢液流动和凝固研究很少。因此,系统研究结晶器电磁搅拌和水口形状对整个凝固过程中磁场、流场、温度场影响,对优化连铸生产工艺和获得优良铸坯质量具有重要意义。本文以某钢厂Φ250mm的GCr15钢为研究对象,以连铸二冷区液穴凝固过程为主要内容,以金属凝固机理、传热和流动方程和麦克斯韦方程组为理论基础。采用数值模拟的方法,将电磁场、流场、温度场进行耦合,对结晶器电磁搅拌作用下和不同水口形状时圆坯二冷区凝固过程进行数值模拟,分析不同电磁搅拌电流强度和水口结构对铸坯温度场和流场分布规律的影响,根据坯壳厚度和弯月面波动情况确定合理的电磁搅拌电流强度和水口结构。研究结果表明:电磁力能改变结晶器内钢液流动形态,使结晶器内钢液传热速度加快,热区位置提高,二冷区出口凝固率增加。随着电流强度增大,二冷区铸坯温度降低,坯壳厚度增加。与直通水口对比,多孔水口能增强结晶器内旋涡流动,旋涡上移,弯月面温度提高,内部钢液向壁面传热加快,铸坯表面温度较高,中心钢液温度较低,二冷区出口凝固率较大。多孔水口对铸坯流场和温度场的改变与电磁搅拌对直通水口铸坯影响效果相似,多孔水口加入电磁力后,结晶器内钢液温度升高,没有凝固坯壳生成。研究结果表明,对本文所研究的圆坯连铸结晶器电磁搅拌,选择搅拌电流强度500A,对于多孔水口不应加结晶器电磁搅拌或施加较小强度电磁力。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF341.6
【部分图文】：

示意图,搅拌器,安装位置,小方坯

图 1-1 不同搅拌器安装位置示意图[1]879表 1-1 各种方坯连铸 EMS 的应用特征M-EMS S-EMS F-EM结晶器中下部水套或外部二冷区结晶器出口与糊状区之间钢液凝冷轧钢、镇定钢、弹、高碳钢及低合金钢普板、不锈钢、厚板、工具钢等弹簧钢偏析有高要小方坯内装式：200mm，6~8Hz；小外装式：100~200mm方坯外装式：小方坯：≤150mm工频；小方坯：150~200mm，在辊后10~18Hz；大方坯小方坯10~18Hz；250~560m

示意图,特殊点,铸坯,示意图

a)横截面特殊点分布 b)拉坯方向各区域出口分布图 2-1 铸坯各个特殊点示意图图 2-2 为铸坯纵截面云图。由图 2-2a)可知，钢液从进入结晶器到出二冷区面温度不断降低，热量由从中心不断传到铸坯表面。由图 2-2b)可知，钢液从水出后形成一定冲击深度，但这个冲击只存在于结晶器且运动速度下降非常快，晶器之后，钢液流动缓慢，结晶器区具体流动状态可见图 2-2c)。

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a)横截面特殊点分布 b)拉坯方向各区域出口分布图 2-1 铸坯各个特殊点示意图图 2-2 为铸坯纵截面云图。由图 2-2a)可知，钢液从进入结晶器到出二冷区温度不断降低，热量由从中心不断传到铸坯表面。由图 2-2b)可知，钢液从水后形成一定冲击深度，但这个冲击只存在于结晶器且运动速度下降非常快，器之后，钢液流动缓慢，结晶器区具体流动状态可见图 2-2c)。

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