圆坯连铸电磁搅拌的模拟与工艺研究
发布时间：2021-08-01 20:05
现代连铸工艺虽然采用了浸入式水口、保护渣、气体保护等措施,使得铸坯质量得到很大改善,但是,直到采用了电磁搅拌技术,才可能对铸坯组织结构进行控制。扩大铸坯的等轴晶区,减轻铸坯的中心疏松、中心偏析和中心缩孔,是连铸电磁搅拌技术在连铸生产中得到广泛应用的重要原因。本文以国内某大型钢企电炉圆坯连铸机的旋转型结晶器和凝固末端组合电磁搅拌器为研究对象,在ANSYS Workbench平台下,采用ANSYS Maxwell和ANSYS Fluent对结晶器电磁搅拌和凝固末端电磁搅拌分别建立了数学模型并进行研究计算,揭示了结晶器内钢液和凝固末端液芯的磁场、流场分布规律。在结晶器电磁搅拌（M-EMS）条件下,磁场以与励磁电流相同的频率绕轴线旋转,钢液所受电磁力以2倍于励磁频率的变化率旋转。在铸坯轴向方向上,从钢液面处向搅拌器中心铸坯内的磁感应强度和电磁力逐渐增大,从搅拌器中心向结晶器出口方向磁感应强度和电磁力逐渐减小。随着电流强度的增大铸坯内的磁感应强度和切向电磁力都增大；随着励磁频率的增加铸坯内的磁感应强度降低；在2-8Hz的励磁频率时钢液所受切向电磁力随励磁频率的增加而加大,在励磁频率超过9Hz后,...
【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】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 连铸电磁搅拌的磁流体力学概述
1.2 连铸过程及其发展
1.3 连铸电磁搅拌技术
1.3.1 国内外连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.1.1 国外连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.1.2 我国连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.2 连铸电磁搅拌器的作用机理
1.3.3 连铸电磁搅拌器的类型
1.3.4 连铸电磁搅拌的冶金效果
1.3.5 连铸电磁搅拌技术特点
1.4 本文研究的目的及主要研究内容
第2章 电磁场的有限元法与数值模拟
2.1 有限元法与数值模拟
2.2 ANSYS软件介绍
2.2.1 ANSYS Workbench软件介绍及应用
2.2.2 ANSYS Maxwell软件介绍及应用
2.2.3 ANSYS Fluent软件介绍及应用
2.3 圆坯连铸过程电磁场模拟的数学模型
2.3.1 雷诺数Re
2.3.2 ANSYS Maxwell电磁场分析理论基础
2.3.3 位函数形式的电磁场微分方程
2.3.4 复数形式的时谐电磁场的磁矢势法
2.3.5 电磁场方程的离散
2.3.6 磁矢位分析结果
第3章 旋转磁场搅拌有限元模型的建立
3.1 模拟计算的流程
3.2 模型的假设及物性参数
3.3 二维电磁场计算数学模型
3.4 三维电磁场计算数学模型
3.5 电磁场、流场的耦合求解
3.5.1 磁流体流动、传热控制方程
3.5.2 三维流场数学模型
3.6 初始条件和边界条件
3.6.1 初始条件
3.6.2 边界条件
3.7 施加载荷
第4章 结晶器电磁搅拌磁场的模拟计算
4.1 电磁搅拌器内磁场的分布和变化
4.1.1 电磁搅拌器内电磁场随时间的变化
4.1.2 电磁搅拌器内电磁场的分布
4.2 电磁搅拌参数对结晶器内电磁场的影响
4.2.1 频率对电磁搅拌器内电磁场的影响
4.2.2 电流强度对电磁搅拌器内磁场的影响
4.3 结晶器铜管对结晶器内磁场的影响
4.3.1 结晶器铜管对结晶器内磁场的影响
4.3.2 结晶器内水套对结晶器内磁场的影响
4.4 铸坯断面尺寸对结晶器内磁场的影响
4.5 本章小结
第5章 电磁场作用下连铸钢液的流场
5.1 钢水流动湍流模型
5.1.1 κ-ε湍流模型
5.1.2 κ-ε湍流模型控制方程
5.2 钢液流动的基本假设
5.3 边界条件
5.4 通用方程及其离散化
5.5 SIMPLER算法
5.6 结晶器电磁搅拌流场、温度场的模拟计算
5.6.1 电磁搅拌过程中结晶器内钢液受力分析
5.6.2 电磁搅拌对流场的影响
5.6.3 电磁搅拌对温度场的影响
5.7 本章小结
第6章 末端电磁搅拌的模拟计算与模型验证
6.1 电磁搅拌参数对凝固末端磁场、流场的影响
6.1.1 电参数对凝固末端磁场影响
6.1.2 电源参数对凝固末端电磁力的影响
6.1.3 电参数对凝固末端钢液流场的影响
6.2 电磁搅拌器内电磁场的测量
6.2.1 测量原理
6.3 数据分析和验证
6.3.1 数据采集
6.3.2 数据分析
6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
本文编号：3316163
【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】：94 页
【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 连铸电磁搅拌的磁流体力学概述
1.2 连铸过程及其发展
1.3 连铸电磁搅拌技术
1.3.1 国内外连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.1.1 国外连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.1.2 我国连铸电磁搅拌技术的发展
1.3.2 连铸电磁搅拌器的作用机理
1.3.3 连铸电磁搅拌器的类型
1.3.4 连铸电磁搅拌的冶金效果
1.3.5 连铸电磁搅拌技术特点
1.4 本文研究的目的及主要研究内容
第2章 电磁场的有限元法与数值模拟
2.1 有限元法与数值模拟
2.2 ANSYS软件介绍
2.2.1 ANSYS Workbench软件介绍及应用
2.2.2 ANSYS Maxwell软件介绍及应用
2.2.3 ANSYS Fluent软件介绍及应用
2.3 圆坯连铸过程电磁场模拟的数学模型
2.3.1 雷诺数Re
2.3.2 ANSYS Maxwell电磁场分析理论基础
2.3.3 位函数形式的电磁场微分方程
2.3.4 复数形式的时谐电磁场的磁矢势法
2.3.5 电磁场方程的离散
2.3.6 磁矢位分析结果
第3章 旋转磁场搅拌有限元模型的建立
3.1 模拟计算的流程
3.2 模型的假设及物性参数
3.3 二维电磁场计算数学模型
3.4 三维电磁场计算数学模型
3.5 电磁场、流场的耦合求解
3.5.1 磁流体流动、传热控制方程
3.5.2 三维流场数学模型
3.6 初始条件和边界条件
3.6.1 初始条件
3.6.2 边界条件
3.7 施加载荷
第4章 结晶器电磁搅拌磁场的模拟计算
4.1 电磁搅拌器内磁场的分布和变化
4.1.1 电磁搅拌器内电磁场随时间的变化
4.1.2 电磁搅拌器内电磁场的分布
4.2 电磁搅拌参数对结晶器内电磁场的影响
4.2.1 频率对电磁搅拌器内电磁场的影响
4.2.2 电流强度对电磁搅拌器内磁场的影响
4.3 结晶器铜管对结晶器内磁场的影响
4.3.1 结晶器铜管对结晶器内磁场的影响
4.3.2 结晶器内水套对结晶器内磁场的影响
4.4 铸坯断面尺寸对结晶器内磁场的影响
4.5 本章小结
第5章 电磁场作用下连铸钢液的流场
5.1 钢水流动湍流模型
5.1.1 κ-ε湍流模型
5.1.2 κ-ε湍流模型控制方程
5.2 钢液流动的基本假设
5.3 边界条件
5.4 通用方程及其离散化
5.5 SIMPLER算法
5.6 结晶器电磁搅拌流场、温度场的模拟计算
5.6.1 电磁搅拌过程中结晶器内钢液受力分析
5.6.2 电磁搅拌对流场的影响
5.6.3 电磁搅拌对温度场的影响
5.7 本章小结
第6章 末端电磁搅拌的模拟计算与模型验证
6.1 电磁搅拌参数对凝固末端磁场、流场的影响
6.1.1 电参数对凝固末端磁场影响
6.1.2 电源参数对凝固末端电磁力的影响
6.1.3 电参数对凝固末端钢液流场的影响
6.2 电磁搅拌器内电磁场的测量
6.2.1 测量原理
6.3 数据分析和验证
6.3.1 数据采集
6.3.2 数据分析
6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
本文编号：3316163
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3316163.html
