·704· 北京科技大学学报 第33卷 近，从而验证了模型的正确性.由于不可避免的存 感应强度的方向比较单一，电磁力在周向上分布均 在测量及计算误差，二者并非完全相同，分析原因可 匀，其方向与磁场的旋转方向一致，在整个横截面上 能为：①受测量设备(T201型高斯计)及钢厂环境影 电磁力基本分为两部分，对角部力的方向相反，形成 响存在实际测量误差；②实际搅拌过程中有磁漏，模 一对力偶，从而驱动钢液顺时针旋转实现对钢液的 拟计算中假设为理想情况，忽略漏磁，所以计算值整 搅拌.由图3()可知，在同一截面相同径向距离处 体略高于测量值 的电磁力大小相等，且从边部到中心逐渐减小.此 6.5 外，钢液四个角部电磁体积力比其他地方电磁体积 5.5 ·计算值 力都大.电磁力总力的效果是产生一个旋转力矩， ·一实测值 e4.5 这正是旋转电磁搅拌器内钢液绕着浇注截面中心做 3.5 水平旋转流动的原因日 25 图4为磁感应强度沿结晶器轴向和径向的分布 15 规律.图4(a)表明，x-z,y-z截面磁感应强度分布 05 基本对称，磁感应强度较大的区域集中在搅拌器中 0 2004006008001000 心横截面靠近壁面的位置，磁感应强度在z轴方向 距铜管上口距离，Zmm 上衰减较快.结合图4(b)可以看出，磁场强度沿轴 图2结晶器中心轴向磁场实测值与计算值对比(2.5,250A) 向基本呈“两端小，中间大”的正态分布，这是因为 Fig.2 Comparison of calculated and measured magnetic induction 在电磁搅拌器两个端面上磁力线发散、存在磁漏，磁 density along the center axis of the mold (2.5 Hz,250 A) 感应强度很小，而中心的磁力线密集则磁感应强度 2.2结晶器内电磁场和电磁力的分布 较大.磁感应强度较大区域集中在有效作用区Z= 图3为固定电流强度1=250A、电流频率f= 400~760mm范围内，最大磁感应强度出现在搅拌 2.5Hz,搅拌器中心剖面钢液内磁场和电磁力的分 器中心偏上的位置即Z=550mm附近，最大值为 布.由图3(a)和(b)可知，在任一时刻，结晶器内磁 5.777×10-2T,出结晶器铜管(Z>900mm)后，磁感 0.0643690.0695770.0747860.0799940.085203 0.0669730.0721810.077390.0825980.087807 c) 0.0201690.13236902450903567690468969 0.172x1010.0777330.1554670.23320.310934 0.0762690.18846903006690.4128690.525069 0.038867 0.116601943340272067 03498 图3搅拌器中心剖面钢液内磁场和电磁力分布(250A,2.5Hz).(a)磁场分布（单位：T):(b)电磁力分布（单位：N):(c)电磁力 分布云图（单位：N) Fig.3 Distribution of magnetic flux density and electromagnetic force of molten steel on the stirrer center of thex-y plane (250A,2.5 Hz): (a)magnetic flux density (unit:T);(b)electromagnetic force (unit:N):(c)nephogram of electromagnetic force (unit:N)北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 近，从而验证了模型的正确性． 由于不可避免的存 在测量及计算误差，二者并非完全相同，分析原因可 能为: ①受测量设备( T201 型高斯计) 及钢厂环境影 响存在实际测量误差; ②实际搅拌过程中有磁漏，模 拟计算中假设为理想情况，忽略漏磁，所以计算值整 体略高于测量值． 图 2 结晶器中心轴向磁场实测值与计算值对比( 2. 5 Hz，250 A) Fig． 2 Comparison of calculated and measured magnetic induction density along the center axis of the mold ( 2. 5 Hz，250 A) 图 3 搅拌器中心剖面钢液内磁场和电磁力分布( 250 A，2. 5 Hz) ． ( a) 磁场分布( 单位: T) ; ( b) 电磁力分布( 单位: N) ; ( c) 电磁力 分布云图( 单位: N) Fig． 3 Distribution of magnetic flux density and electromagnetic force of molten steel on the stirrer center of the x － y plane ( 250A，2. 5 Hz) : ( a) magnetic flux density ( unit: T) ; ( b) electromagnetic force ( unit: N) ; ( c) nephogram of electromagnetic force ( unit: N) 2. 2 结晶器内电磁场和电磁力的分布 图 3 为固定电流强度 I = 250 A、电流频率 f = 2. 5 Hz，搅拌器中心剖面钢液内磁场和电磁力的分 布． 由图 3( a) 和( b) 可知，在任一时刻，结晶器内磁 感应强度的方向比较单一，电磁力在周向上分布均 匀，其方向与磁场的旋转方向一致，在整个横截面上 电磁力基本分为两部分，对角部力的方向相反，形成 一对力偶，从而驱动钢液顺时针旋转实现对钢液的 搅拌． 由图 3( c) 可知，在同一截面相同径向距离处 的电磁力大小相等，且从边部到中心逐渐减小． 此 外，钢液四个角部电磁体积力比其他地方电磁体积 力都大． 电磁力总力的效果是产生一个旋转力矩， 这正是旋转电磁搅拌器内钢液绕着浇注截面中心做 水平旋转流动的原因［5］． 图 4 为磁感应强度沿结晶器轴向和径向的分布 规律． 图4( a) 表明，x － z，y － z 截面磁感应强度分布 基本对称，磁感应强度较大的区域集中在搅拌器中 心横截面靠近壁面的位置，磁感应强度在 z 轴方向 上衰减较快． 结合图 4( b) 可以看出，磁场强度沿轴 向基本呈“两端小，中间大”的正态分布，这是因为 在电磁搅拌器两个端面上磁力线发散、存在磁漏，磁 感应强度很小，而中心的磁力线密集则磁感应强度 较大． 磁感应强度较大区域集中在有效作用区 Z = 400 ～ 760 mm 范围内，最大磁感应强度出现在搅拌 器中心偏上的位置即 Z = 550 mm 附近，最大值为 5. 777 × 10 － 2 T，出结晶器铜管( Z ＞ 900 mm) 后，磁感 ·704·