电磁制动结晶器内气泡分布与液面波动行为的物理模拟研究

论文摘要

为防止水口堵塞,促进结晶器内非金属夹杂物的上浮,结晶器浸入式水口吹氩技术已经广泛应用到现场的连铸生产中,氩气泡随钢液进入结晶器后,如果控制不当,上回旋流中的气泡可能造成液面卷渣,形成夹杂缺陷；下回旋流中的气泡冲击到结晶器深处,易被凝固坯壳捕获,导致形成皮下气孔等缺陷。另外,随着高效连铸的发展,水口出流速度增加,如果控制不当就会造成钢液对结晶器凝固坯壳冲击加剧,增大拉漏危险。同时钢液中夹带的气泡和非金属夹杂物也因流股冲击深度的增加而不易上浮去除。为了稳定高效的连铸过程,电磁制动在控制结晶器流场方面得到了广泛的应用。本文基于相似理论,以Pb-Sn-Bi高温低熔点合金和氩气作为模拟介质,通过物理模型研究了高拉速板坯结晶器内电磁制动和水口吹入氩气耦合作用下的气泡分布特征和液面波动行为。分析了磁感应强度,水口吹气量和浇注速度等工艺参数对气泡分布和液面波动规律的影响。本文采用自制的电阻探针测量了结晶器内气泡的分布特征。研究了有、无施加电磁制动条件下不同的工艺参数对结晶器内气泡分布特征的影响。实验结果表明：施加电磁制动能改变结晶器内整体气泡的分布规律,同时改变了结晶器内的气泡个数。施加电磁制动后,能有效地抑制金属流股的冲击深度,有利于气泡上浮,减少了液相深处结晶器窄面附近气泡个数,从而降低气泡被结晶器窄面凝固坯壳捕获的可能性。此外施加电磁制动减少了液面下15mm处结晶器内的大气泡总数,从而降低由大气泡破裂而造成卷渣的可能。本文采用激光液位仪对结晶器1/4宽度处金属液面的瞬时波高进行测量,然后通过处理得到平均波高来定量的分析各种不同的工艺条件对液面波动的影响。实验结果表明,结晶器吹入氩气后,随磁感应强度的增强,结晶器1/4宽度处液面平均波高逐渐增大。当水口吹入氩气后,磁场对金属液面波动的控制有一最佳值,当磁感应强度为0.28T时磁场对结晶器金属液面波动的控制效果最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 结晶器的作用
• 1.2 电磁技术在连铸生产中的应用
• 1.2.1 电磁搅拌技术在连铸生产中的应用
• 1.2.2 电磁制动技术在连铸生产中的应用
• 1.2.3 电磁软接触在连铸生产中的应用
• 1.3 结晶器电磁制动的发展
• 1.3.1 结晶器电磁制动的原理
• 1.3.2 结晶器电磁制动的作用
• 1.3.3 结晶器电磁制动的发展历程
• 1.3.4 结晶器电磁制动的应用现状
• 1.4 国内外结晶器电磁制动的研究现状
• 1.4.1 结晶器电磁制动的物理模拟研究
• 1.4.2 结晶器电磁制动的数值模拟研究
• 1.5 本课题的研究内容和意义
• 第2章 实验方法与装置
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 浇注速度和磁感应强度的确定
• 2.1.2 吹入氩气量的确定
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 实验参数
• 2.3.2 单因素实验方案
• 第3章 电磁制动对结晶器内气泡分布的物理模拟研究
• 3.1 电磁制动器的电磁特性
• 3.2 结晶器内气泡行为分析
• 3.2.1 电磁制动对结晶器内不同位置气泡个数分布的影响
• 3.2.2 电磁制动对结晶器内大气泡个数分布规律的影响
• 3.2.3 电磁制动对结晶器内气泡总数和大气泡总数的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 电磁制动对结晶器内液面波动的影响
• 4.1 吹入氩气时磁感应强度对液面波动的影响
• 4.2 不同水口吹气量时施加电磁制动对液面波动的影响
• 4.3 不同水口浸入深度时施加电磁制动对液面波动的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢