电磁软接触结晶器工业化关键问题研究

电磁软接触结晶器工业化关键问题研究

论文题目: 电磁软接触结晶器工业化关键问题研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 热能工程

作者: 张永杰

导师: 赫冀成

关键词: 软接触电磁连铸,工业结晶器,电磁场,弯月面

文献来源: 东北大学

发表年度: 2005

论文摘要: 宝山钢铁集团公司、东北大学于1999年决定在材料电磁过程领域开展联合研究并确定软接触电磁连铸技术为联合研究的主要项目之一。目前,该项目己进入工业实验阶段。软接触电磁连铸工业实验的核心问题为工业用电磁软接触结晶器开发,本文以φ178圆坯结晶器为研究对象,开展电磁软接触结晶器工业化关键问题研究。电磁软接触结晶器工业化为综合冶金、电磁、力和温度等不同要求的多目标的复杂问题;因而,工业用电磁软接触结晶器的开发必须建立在各种物理场及其相互作用规律的系统研究基础上。 首先,本文应用等效电路和楞次定律分析法,首次揭示了钢液中动态电磁力与时均电磁力作用方向的差异及其对软接触电磁连铸冶金效果的影响。根据Young-Laplace方程,首次导出了电磁力作用下结晶器内弯月面形状变化规律的解析解。应用解析分析法还研究了电磁力作用下,振动周期内保护渣通道动压等传统冶金行为的变化及其对应的软接触电磁连铸冶金效果的获取机理。经过理论分析和推理,得出了贯穿结晶器结构设计、结晶器结构参数选择等电磁软接触结晶器工业化过程简洁、合理的若干准则和依据。根据解析结果,本文还在众多交叉耦合的参数中确定弯月面高度和形状为关键目标参数,磁感应强度为重要过程参数,结构参数、电参数为源参数,使后续研究层次变得十分清楚。 然后,在解析冶金行为基本问题的基础上开展电磁软接触结晶器工业化参数研究。为此,本文建立了基于数值模拟法、物理模型测试法和静态热模拟测试法相结合的电磁软接触连铸结晶器工业化参数综合系统研究方法,以期不同方法的相互补充和验证,实现结晶器参数的优化设计。数值模拟法从微分形式的Maxwell方程组出发,基于弱形式的修正磁矢量位方程,应用伽辽金方法建立有限元模型和方法,利用成熟的ANSYS商业软件开展了大量、系统的结晶器内谐波电磁场的数值分析计算研究。物理模型测试法以实际工业应用的φ178圆坯连铸铜管及不锈钢模拟物为研究对象,设计了基于感应电势法测量结晶器内磁感应强度的试验平台。静态热模拟法以实际工业应用的φ178圆坯连铸铜管及盛于坩埚内的锡液为研

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独创性声明

摘要

Abstract

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主要符号列表

第一章 绪论

1.1 软接触电磁连铸技术研究进展

1.1.1 历史背景

1.1.2 研究现状

1.1.3 软接触电磁连铸工业应用难点

1.2 电磁软接触结晶器研究现状

1.2.1 结构研究

1.2.2 参数研究

1.2.3 电磁软接触结晶器工业化关键问题

1.3 本文研究目的和内容

1.3.1 工业实验对象

1.3.2 研究目的

1.3.3 主要研究内容

第二章 电磁软接触结晶器工业化关键冶金行为解析

2.1 软接触电磁连铸动态磁力分析

2.1.1 简化电路分析法

2.1.2 基于楞次定律的分析方法

2.2 圆坯电磁软接触结晶器内弯月面形状解析

2.2.1 弯月面形状数学解析

2.2.2 电磁软接触结晶器内典型弯月面形状

2.3 电磁软接触结晶器内保护渣流动行为解析

2.3.1 结晶器内保护渣流动过程数学描述

2.3.2 结晶器内保护渣流动行为

2.3.3 软接触电磁连铸保护渣流动行为

2.4 小结

第三章 电磁软接触结晶器工业化参数研究方法

3.1 电磁软接触结晶器参数研究的数值模拟法

3.1.1 定解问题的一般形式

3.1.2 有限元方程

3.1.3 ANSYS有限元分析软件简介

3.1.4 物理模型和边界条件

3.1.5 典型电磁参数和性能指标的计算

3.2 磁场测试实验系统

3.2.1 测试实验装置

3.2.2 感应电势法测量磁感应强度的基本原理

3.2.3 磁感应强度测量值与计算值比较

3.2.4 功率消耗测量值与计算值比较

3.2.5 不同模拟物与钢表面磁感应强度比较

3.3 弯月面静态热模拟实验系统

3.3.1 实验装置

3.3.2 弯月面记录方法

3.3.3 弯月面高度测量值与计算值比较

3.3.4 Φ178结晶器钢液弯月面高度预测方法

3.4 小结

第四章 电磁软接触结晶器工业化结构参数研究

4.1 结晶器铜管结构参数对磁场分布的影响

4.1.1 切缝数对钢液磁场分布的影响

4.1.2 切缝宽度对钢液磁场分布的影响

4.1.3 切缝长度对钢液磁场分布的影响

4.1.4 结晶器铜管壁厚对钢液磁场分布的影响

4.1.5 短路铜环对钢液磁场分布的影响

4.2 线圈结构参数对钢液磁场分布的影响

4.2.1 线圈高度对钢液磁场分布的影响

4.2.2 线圈匝数对钢液磁场分布的影响

4.3 相对位置对钢液磁场分布的影响

4.3.1 线圈与结晶器铜管间隙对钢液磁场分布的影响

4.3.2 线圈与弯月面相对位置对钢液磁场分布的影响

4.4 线圈外侧材料对钢液磁场分布的影响

4.5 结构参数对钢液磁场分布影响效果对比

4.6 小结

第五章 电磁软接触结晶器工业化电参数及负载特性研究

5.1 软接触电磁连铸结晶器电磁系统等效电路模型和分析

5.2 电参数对结晶器内磁场分布和弯月面的影响研究

5.2.1 频率的影响

5.2.2 安匝数的影响

5.2.3 功率的影响

5.2.4 电参数对钢液磁场分布影响效果对比

5.3 电参数和结构参数对负载特性和功率的影响研究

5.3.1 频率的影响

5.3.2 线圈匝数的影响

5.3.3 切缝数的影响

5.3.4 结晶器铜管壁厚的影响

5.4 小结

第六章 电磁软接触结晶器工业化设计

6.1 结晶器结构研究

6.1.1 分瓣体内水冷式

6.1.2 整体外水冷式结晶器

6.2 电磁软接触结晶器工业化设计

6.2.1 工业实验用结晶器设计

6.2.2 工业实验用结品器电磁特性分析

6.2.3 工业实验用电磁软接触弯月面预测

6.3 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

作者简介

博士期间发表的论文及申请的专利

发布时间: 2006-10-25

参考文献

  • [1].圆坯连铸结晶器内热—力学行为的分析[D]. 尹合壁.大连理工大学2006

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