文档介绍：答辩委员会主肌嘲牡学位论文薄板坯漏斗形结晶器内电磁连铸过程的数值模拟研究分类号密级作者姓名:指导教师:申请学位级别:学科专业名称:论文提交日期:田溪岩赫冀成教授东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室学科类别:热能工程年月论文答辩日期:月学位授予日期:人东北大学博士工学评阅:
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薹攀善翥,糍氢\习醌萎霉畿学位论文版权使用授权书独创性声明本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后:半年口一年口一年半口两年口签字日期:’’签字日期:日期:
摘要曼皇量曼曼鼍皇曼曼鼍皇曼曼述薄板坯漏斗形结晶器内电磁连铸过程的数值模拟研究曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼对于流场计算,采用基于有限容积法的模拟软件狝进行模拟研大速度等作为参考依据对计算结果进行分析,考察了这两个设计参数对结晶器钢液流动的影响。为接下来的深入研究打下坚实的理论基础。在国内外钢材市场的激烈竞争和原材料紧缺的大环境下,高效紧凑的现代化近终形连铸连轧技术成为当代钢铁产业的主要发展方向。在近二十年的时间里,薄板坯连铸连轧越来越广泛的被应用到工业生产中;与此同时,电磁冶金技术作为一项提高铸坯质量的先进环保工艺亦得到飞速发展。对于薄板坯漏斗形结晶器而言,由于拉坯速度高、宽厚比大,结晶器内的钢液行为很难控制,容易产生拉漏现象、减少连铸设备使用寿命、降低铸坯质量等。在这种情况下,电磁制动技术应运而生,通过施加外电磁场产生洛仑兹力对运动铸坯进行非接触控制。本研究的目的是采用数值模拟的手段通过电磁制动技术对薄板坯连铸漏斗形结晶器内钢液行为进行控制,找出较为合理的结构参数和操作参数,作为实际工业生产的理论依据。本研究分为两个部分,包括新型电磁制动装置的开发和结晶器内钢液行为的数值模拟,具体如下所述:针对薄板坯连铸┒沸谓峋鹘峁沟奶殊性,在传统电磁制动装置的基础上设计开发了新型电磁制动装置。相比传统制动装置,该制动装置在节约电能、降低生产成本的前提下,能够对钢液行为产生更有效的制动效果,从而更好地改善铸坯表面质量和内部质量并提高生产效率。按照由浅入深,由简单到复杂的次序,成功建立了薄板坯连铸漏斗形结晶器钢液流动、传热、凝固以及电磁场三维数学模型。在缺乏实验数据的前提下,采用经典算例分别对流动、传热、凝固以及电磁场模型进行验证,结果显示,本研究采用的每个模型的计算结果均真实可靠。究。在结晶器和浸入式水口结构尺寸一定的前提下,改变水口浸入深度和拉坯速度这两个参数,采用结晶器内流场速度矢量、湍动能分布以及弯月面附近最电磁场的计算部分,采用基于有限元法的模拟软件员狙芯靠7的新型电磁制动装置产生的磁场在漏斗形结晶器内的分布进行了模拟研究,并与传统电磁制动装置下的结果相比较。结果显示,新型电磁制动装置产生的磁场强度较大;但是磁场分布极不均匀,在结晶器主磁场区中心偏下靠近窄侧壁东北大学博士学位论文摘要·
的位置磁场强度最大,该区域和钢液即将冲击结晶器窄侧壁的区域重合。电磁场模拟还考察了磁动势和制动装置的位置高度对磁场的影响规律,结果显示,随着磁动势的增加,磁场强度随之呈线性增大,但磁场分布形式基本不变;随着制动装置的位置高度的降低,主磁场的位置也随之降低,但是磁场分布趋势不变。对于电磁制动下的流场模拟部分,由于磁场计算采用有限元法,而流场计算采用有限容积法,因此需要通过镅圆捎孟咝圆逯档姆椒ò汛懦计算结果导入流场计算,同时启动模块。通过电磁力对钢液湍流流动进行间接控制,结果表明,在电磁力作用下钢液流场得到明显改善。模拟还考察了电磁制动装置结构、磁场位置高度和磁动势对钢液流动的影响,得到如下结论:对同一个流场进行制动并达到相同的制动效果,新型制动装置可以节约%的磁动势;制动装置的位置高度降停流场制动效果越好,弯月面附近的波动速度下降的越快;拉坯速度每增加痬,相应的磁动势应增大约在电磁场和流场计算结果正确的基础上耦合传热和凝固,更加真实的再现了结晶器内的钢液行为。糊状区钢液流动采用达西源项进行处理,凝固潜热采用显热容法进行处理,考虑热浮升力的影响,对结晶器的侧壁施加第二类边界条件,。模拟结果显示,由于湍流热扩散机理的作用,钢液温度场和流场的分布趋势较为一致。对于形状特殊的漏