李少翔等：圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为 ·753· 160(a 153b 140 152 ,矩率20Hx 120 ---频率25H% 151 100 领率30Hz -…-频率35H% 80 须率40Hz 60 148 40 147 20 146 145 290080.6-0.4-0.20020.40.60.81.0 144 20 25 30 35 40 距搅拌器中心的位置/m 期率川z 图5不同电流频率下搅拌器中心轴线上()及搅拌器中心点(b)的磁感应强度分布 Fig.5 Distribution of magnetic flux density along the central axis of the strand (a)and in the stirrer center (b)under different current frequencies 60000a 一电流400A b 100000 频率20Hz ---电流500A ---频率25Hz 40000 --·电流600A --·频率30Hz --电流700A 50000 频率35Hz 20000 ··+·电流800A 频率40Hz 0 0 -20000 液芯区域 -50000 液芯区城 40000 -I美X0 60000叶 -1.0 -0.6 -02 02 0.6 1.0 -1.0 -0.6 02 02 0.6 1.0 距铸坯横截面中心的距离m 距铸坯横截面中心的距离m 图6不同电流强度()与频率(b)下搅拌器中心处铸坯横截面上的切向电磁力分布 Fig.6 Distribution of tangential electromagnetic force along the radial direction at mid-plane of the stirrer under different current intensities (a)and frequencies (b) 也随之变大.虽然磁感应强度随着电流频率的增加 加末端电磁搅拌后，凝固末端区域坯壳厚度变化很 略有降低，但在20~40Hz,频率提高引起的电磁力 小，电流强度和频率对坯壳厚度的影响不再详细 增量大于磁感应强度降低对电磁力造成的削弱 讨论， 2.3流动与凝固 1850 100 一铸坯中心线温度 为了确定凝固末端电磁搅拌安装位置的合理 1800 一坏壳厚度 80 性，首先对铸坯在搅拌器区域的凝固与温度情况进 行评估.图7给出了末端电磁搅拌关闭状态下铸坯 1750 固相线温度，1738K 60 中心轴线上温度沿拉坯方向的分布，以及凝固坯壳 1700 沿拉坯方向的生长情况，其中以液相分率0.3的等 1650 20 值面到铸坯表面的距离作为坯壳厚度.从图中看 运 出，在结晶器电磁搅拌与铜管冷却的综合作用下，钢 1600 0 液在结晶器范围温度迅速下降；出结晶器后（距弯 -2 02 4681012141618 距弯月面的距离m 月面距离0.75m)中心线上的钢液温度己接近液相 图7沿拉坯方向的铸坯中心轴线温度与坯壳生长情况 线温度，然后缓慢降低至凝固终点附近：接近凝固终 Fig.7 Distribution of temperature at the strand center and growth of 点时，钢液的凝固潜热大部分己释放，钢液开始加速 shell thickness along the casting direction 凝固，中心线上的钢液温度迅速下降，凝固终点在 14.98m处.其中，搅拌器中心位置10.5m处的钢 图8给出了电流强度800A频率20Hz时，搅拌 液温度为1783.2K,对应的中心固相率为0.017；该 器区域（距弯月面10m到11m)液芯处的钢液流线 处的坯壳厚度为63.3mm,凝固率为0.71.由于施 图.图中可见，在液芯区域，钢液在切向电磁力的作李少翔等: 圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为 图 5 不同电流频率下搅拌器中心轴线上( a) 及搅拌器中心点( b) 的磁感应强度分布 Fig． 5 Distribution of magnetic flux density along the central axis of the strand ( a) and in the stirrer center ( b) under different current frequencies 图 6 不同电流强度( a) 与频率( b) 下搅拌器中心处铸坯横截面上的切向电磁力分布 Fig． 6 Distribution of tangential electromagnetic force along the radial direction at mid-plane of the stirrer under different current intensities ( a) and frequencies ( b) 也随之变大． 虽然磁感应强度随着电流频率的增加 略有降低，但在 20 ～ 40 Hz，频率提高引起的电磁力 增量大于磁感应强度降低对电磁力造成的削弱． 2. 3 流动与凝固 为了确定凝固末端电磁搅拌安装位置的合理 性，首先对铸坯在搅拌器区域的凝固与温度情况进 行评估． 图 7 给出了末端电磁搅拌关闭状态下铸坯 中心轴线上温度沿拉坯方向的分布，以及凝固坯壳 沿拉坯方向的生长情况，其中以液相分率 0. 3 的等 值面到铸坯表面的距离作为坯壳厚度． 从图中看 出，在结晶器电磁搅拌与铜管冷却的综合作用下，钢 液在结晶器范围温度迅速下降; 出结晶器后( 距弯 月面距离 0. 75 m) 中心线上的钢液温度已接近液相 线温度，然后缓慢降低至凝固终点附近; 接近凝固终 点时，钢液的凝固潜热大部分已释放，钢液开始加速 凝固，中心线上的钢液温度迅速下降，凝固终点在 14. 98 m 处． 其中，搅拌器中心位置 10. 5 m 处的钢 液温度为 1783. 2 K，对应的中心固相率为 0. 017; 该 处的坯壳厚度为 63. 3 mm，凝固率为 0. 71． 由于施 加末端电磁搅拌后，凝固末端区域坯壳厚度变化很 小，电流强度和频率对坯壳厚度的影响不再详细 讨论． 图 7 沿拉坯方向的铸坯中心轴线温度与坯壳生长情况 Fig． 7 Distribution of temperature at the strand center and growth of shell thickness along the casting direction 图 8 给出了电流强度 800 A 频率 20 Hz 时，搅拌 器区域( 距弯月面 10 m 到 11 m) 液芯处的钢液流线 图． 图中可见，在液芯区域，钢液在切向电磁力的作 · 357 ·