磁约束作用下金属液面变形和波动行为的模拟研究
发布时间：2020-12-18 12:29
在连铸过程中,结晶器内液面的稳定性与铸坯的质量直接相关。在电磁连铸中,交变电磁力引起的液面波动不可避免,因此如何控制液面波动是提高铸坯质量的关键。本文提出了利用磁压力约束控制金属液面变形及波动的方法。设计了平行直线圈和盘型线圈作为磁场发生器,并通过数值模拟和物理模拟的方法研究了钢液表面磁场和磁场力在不同参数下的分布规律。开发了磁场-流场双向耦合程序,分析二维模型下电磁力对静止液面和流动液面的变形规律。利用Ga-In-Sn低温合金作为模拟钢液,分析了静止液面和流动液面在磁压力下的波动行为及变形规律等。结果表明:平行直线圈在钢液表面产生的电磁力成抛物线分布,盘型线圈在钢液表面产生的电磁力呈马鞍形分布。提高线圈匝数、电流强度、电流频率以及减小线圈与钢液间距可以增大作用于钢液中的电磁力。磁压力作用在静止液面,静止液面会形成凹坑,凹坑的形状与电磁力的分布形状相似。平行直线圈作用下的液面呈弧形,盘形线圈作用下的液面呈中间略高,两边凹陷的环状。同时,电磁力自身会引起液面的波动,波动的剧烈程度取决于电磁力搅拌项和约束项的相对大小,当约束力大于搅拌力时,液面波动较弱,搅拌力大于约束力时,液面波动较强。实...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２电磁铸造原理图｜５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃａｓｔｉｎｇ??
?第１章绪论??［１２］等人，在其基础上利用水模型实验研宄了惯性力方向对卷渣的影响，并对卷渣的临界??状态做出了修正，ｇ卩：浮力巧需要除以如图１．４所示倾斜角的余弦值。??＜＃）?（＾）??图１．４钢包卷渣原理图［１１］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｓｌａｇ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｓｌａｇ??钢铁研宄中院的干磊［１３］等人用水模拟钢液、油膜模拟钢渣分析得到了低吹钢包临界??卷渣流量的无因次表达式，并对其影响因素做出了分析，结果表面，临界卷渣流量随渣??层厚度的增加而减小，随粘度的增加而增大。北京科技大学的艾新港［１４］等人以钢厂７０ｔ??钢包为原型，以尺寸比１：２．７５建立水模型实验，提出并讨论了采用临界卷渣韦伯准数计??算临界卷渣液面流速的方法。随着电磁流体力学在冶金工业上的应用，有学者提出在钢??包精炼炉旁边配置电磁搅拌系统［１５，１６］，利用电磁的搅拌力促进金属液的内部流动从而改??善金属液内部的动力学条件。??１．３．２结晶器??在连铸工业上，结晶器被称为连铸机的心脏，结晶器内的液面波动及卷渣将直接影??响到铸坯的质量。国内外的学者对结晶器内钢液波动原因及卷渣机理做了大量研宄。??Ｇｅｂｈａｒｄ?Ｍ和Ｈｅ等人研宄了液面速度大小与漩涡稳定性及深度的关系，并用摄像机观??测到了液面漩涡卷吸空气的现象［１７
图１．６电磁力作用下水银液面的不稳定现象??Ｆｉｇ．?１．６?Ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ａ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｐｏｏｌ?ｌｏｃａｔｅｄ??ｉｎｓｉｄｅ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ｐｈａｓｅ?ｃｏｉｌ??磁感应强度较大的情况下，水银液滴的变化情况，可以现不规则变形现象［３３］。??麵??图１．７水银液滴在不同磁感应强度下的变形???ｍｅｔａｌ?ｌａｙｅｒ?ｖｉｅｗｅｄ?ｆｒｏｍ?ａｂｏｖｅ，?ｔｈｅ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ｓｈｏｗ?ｔｈｅ?ｒｅｇｉｍｅｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｅｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??对这种现象做了深入的研宄，指出，在频率较低时，电改变了液态金属中的磁压力，导致液面的振动［３４］。??ＬＬＥ等人用水银做为实验介质，研宄了水银液滴大小、
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料是21世纪发展的物质基础——记材料科学技术名词审定工作[J]. 才磊. 中国科技术语. 2010(04)
[2]线性电磁搅拌下钢包炉内卷渣临界速度的模拟研究[J]. 苏志坚,李炎华,赫冀成. 东北大学学报(自然科学版). 2010(08)
[3]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[J]. 邓安元,王恩刚,徐永义,张兴武,赫冀成. 金属学报. 2010(08)
[4]120t精炼钢包底吹氩物理模拟[J]. 钟良才,李壮,梁锋,朱英雄,陈伯瑜,汪灿荣,方宇荣. 过程工程学报. 2010(S1)
[5]交变磁场作用下金属液面的变形和波动行为[J]. 邓安元,徐永义,王恩刚,张兴武,赫冀成. 中国有色金属学报. 2010(04)
[6]连铸坯表面振痕形成机理研究[J]. 王贺利,雷作胜. 连铸. 2009(05)
[7]钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吴华杰,马鑫. 特殊钢. 2009(02)
[8]钢包卷渣临界底吹流量规律的水力学模拟研究[J]. 干磊,何平. 炼钢. 2009(01)
[9]钢包炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟[J]. 黄军,王宝峰,李建超,赵莉萍. 炼钢. 2008(05)
[10]板坯结晶器电磁制动和吹氩过程的钢/渣界面行为[J]. 于海岐,朱苗勇. 金属学报. 2008(09)
硕士论文
[1]基于旋转磁场、行波磁场电磁搅拌器的数值模拟[D]. 易军.内蒙古科技大学 2014
[2]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[D]. 温长飞.东北大学 2009
本文编号：2924000
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２电磁铸造原理图｜５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃａｓｔｉｎｇ??
?第１章绪论??［１２］等人，在其基础上利用水模型实验研宄了惯性力方向对卷渣的影响，并对卷渣的临界??状态做出了修正，ｇ卩：浮力巧需要除以如图１．４所示倾斜角的余弦值。??＜＃）?（＾）??图１．４钢包卷渣原理图［１１］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｓｌａｇ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｓｌａｇ??钢铁研宄中院的干磊［１３］等人用水模拟钢液、油膜模拟钢渣分析得到了低吹钢包临界??卷渣流量的无因次表达式，并对其影响因素做出了分析，结果表面，临界卷渣流量随渣??层厚度的增加而减小，随粘度的增加而增大。北京科技大学的艾新港［１４］等人以钢厂７０ｔ??钢包为原型，以尺寸比１：２．７５建立水模型实验，提出并讨论了采用临界卷渣韦伯准数计??算临界卷渣液面流速的方法。随着电磁流体力学在冶金工业上的应用，有学者提出在钢??包精炼炉旁边配置电磁搅拌系统［１５，１６］，利用电磁的搅拌力促进金属液的内部流动从而改??善金属液内部的动力学条件。??１．３．２结晶器??在连铸工业上，结晶器被称为连铸机的心脏，结晶器内的液面波动及卷渣将直接影??响到铸坯的质量。国内外的学者对结晶器内钢液波动原因及卷渣机理做了大量研宄。??Ｇｅｂｈａｒｄ?Ｍ和Ｈｅ等人研宄了液面速度大小与漩涡稳定性及深度的关系，并用摄像机观??测到了液面漩涡卷吸空气的现象［１７
图１．６电磁力作用下水银液面的不稳定现象??Ｆｉｇ．?１．６?Ｆｒｅｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ａ?ｍｅｒｃｕｒｙ?ｐｏｏｌ?ｌｏｃａｔｅｄ??ｉｎｓｉｄｅ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ｐｈａｓｅ?ｃｏｉｌ??磁感应强度较大的情况下，水银液滴的变化情况，可以现不规则变形现象［３３］。??麵??图１．７水银液滴在不同磁感应强度下的变形???ｍｅｔａｌ?ｌａｙｅｒ?ｖｉｅｗｅｄ?ｆｒｏｍ?ａｂｏｖｅ，?ｔｈｅ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ｓｈｏｗ?ｔｈｅ?ｒｅｇｉｍｅｔｈｅ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｅｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??对这种现象做了深入的研宄，指出，在频率较低时，电改变了液态金属中的磁压力，导致液面的振动［３４］。??ＬＬＥ等人用水银做为实验介质，研宄了水银液滴大小、
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料是21世纪发展的物质基础——记材料科学技术名词审定工作[J]. 才磊. 中国科技术语. 2010(04)
[2]线性电磁搅拌下钢包炉内卷渣临界速度的模拟研究[J]. 苏志坚,李炎华,赫冀成. 东北大学学报(自然科学版). 2010(08)
[3]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[J]. 邓安元,王恩刚,徐永义,张兴武,赫冀成. 金属学报. 2010(08)
[4]120t精炼钢包底吹氩物理模拟[J]. 钟良才,李壮,梁锋,朱英雄,陈伯瑜,汪灿荣,方宇荣. 过程工程学报. 2010(S1)
[5]交变磁场作用下金属液面的变形和波动行为[J]. 邓安元,徐永义,王恩刚,张兴武,赫冀成. 中国有色金属学报. 2010(04)
[6]连铸坯表面振痕形成机理研究[J]. 王贺利,雷作胜. 连铸. 2009(05)
[7]钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吴华杰,马鑫. 特殊钢. 2009(02)
[8]钢包卷渣临界底吹流量规律的水力学模拟研究[J]. 干磊,何平. 炼钢. 2009(01)
[9]钢包炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟[J]. 黄军,王宝峰,李建超,赵莉萍. 炼钢. 2008(05)
[10]板坯结晶器电磁制动和吹氩过程的钢/渣界面行为[J]. 于海岐,朱苗勇. 金属学报. 2008(09)
硕士论文
[1]基于旋转磁场、行波磁场电磁搅拌器的数值模拟[D]. 易军.内蒙古科技大学 2014
[2]复合磁场作用下金属液面行为的实验研究[D]. 温长飞.东北大学 2009
本文编号：2924000
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/2924000.html
