·122· 北京科技大学学报 2006年第2期 器壁面处的磁感应强度值稍高于中心处 向电磁力的作用，能有效地清洗凝固面前沿，熔 从图3中可以看出，电流强度一定时，频率越 断们枝晶形成晶核，有利于等轴晶生长.另一方 小，结晶器内的磁感应强度越大，而频率为2Hz 面，电磁搅拌能加速钢水与结晶器壁之间的热交 或2.5Hz时，在结晶器内部产生的磁场比较 换，降低过热度，增加等轴晶，由于旋转搅拌的作 均匀. 用，浸入式水口流出的过热钢水冲击深度变浅，从 图4为连铸过程中，频率为2Hz时不同电流 而使轴向温度迅速降低，而径向温度升高，凝固面 强度的磁感应强度分布.从图中还可以看出，电 前沿的温度梯度增大，有利于传热.形象地说，结 流强度不改变磁场分布结构，只对磁感应强度的 晶器内钢水温度分布被削峰填谷，从而提高了热 大小有影响，电流强度越大，磁感应强度越大， 区位置.实际操作中将搅拌器位置安装在结晶器 2.3使用电磁搅拌前后的流场模拟计算比较 下方，保持了结晶器内磁感应强度分布在高度位 模拟计算了拉速为0.45m~min1时，使用电 置上呈现“中间大，两端小”的特征，使得结晶器水 磁搅拌前后结晶器内钢液轴向速度的变化情况见 口附近没有很大的环流产生，可以有效地防止卷 图5.从图5可以看出，由于旋转磁场搅拌的作 渣现象发生：而在结晶器下部区域搅拌力较小，钢 用，钢液在结晶器内流动的轴向速度变小，钢液冲 液流动不会对凝固坯壳产生很大的冲刷，防止 击深度比没有使用电磁搅拌时浅.在结晶器上安 漏钢. 装电磁搅拌装置，对结晶器流场的改善效果明显， 可取得较好的冶金效果 3结论 (1)搅拌磁场随搅拌频率减小、搅拌电流增 大而增大；电流强度不改变磁场分布 (2)使用电磁搅拌之后，径向速度变大，冲击 深度变浅， (3)电磁搅拌器安装在结晶器下部位置，在 结晶器高度方向上磁场分布呈现中间大两端小的 特征，但峰值并不出现在搅拌器高度的中心位置， 而是稍有偏离；可以避免水口附近的钢水形成很 大的环流而造成卷渣，而在结晶器下部区域搅拌 力较小，钢液流动不会对凝固坯壳产生很大的冲 刷，可以防止漏钢.结晶器内部钢液受到的电磁 搅拌力为切向力，推动钢液作旋转运动.由于旋 转搅拌的切向电磁力的作用，能有效地清洗凝固 面前沿，折断枝晶形成晶核，有利于等轴晶生长. (4)对于马钢圆坯连铸机（断面450mm), 优化的电磁搅拌工艺参数为：电流350A,频率2 H2.以上优化工艺参数已在工业生产中采用，并 a (b) 取得了良好的效果 图5用电磁搅拌前后结晶器内钢液轴向速度的变化。()没 有使用电磁搅拌：(b】使用电磁搅拌（电流350A,频率2Hz) 参考文献 Fig.5 Influence of vertical velocity before (a)and after (b) [1]豪斯HA.电磁杨与电磁能，汪家麟译，北京：高等教育出 electromagnetic stirring 版社，1992 铸坯的初期凝固在结晶器内进行，当钢液铸 [2]Launder B E,Spalding D B.Mathematical Models of Turbu- lence.London:Academic Press,1972 入结晶器内后，急剧冷却易于形成柱状晶，采用 [3]昌彦军，麻永林，贺友多，求解Maxwell方程磁准静态问题 电磁搅拌后，钢液的凝固界面受到搅拌力的作用， 的有限元公式.包头钢铁学院学报，1996(2)：160 成长中的柱状晶的前端被切断[6]，这样可避免钢 [4]王世郁.钢水连铸电磁搅拌的磁流体力学基础.钢铁研究 1988(1):11 液中的夹杂物和气泡被捕捉于凝固界面上的柱状 [5]张先棹.冶金传输原理.北京：治金工业出版社，1988 晶中，促使其上浮分离.此外由于旋转搅拌的切 [6]Flemings M C.Behaviour of metal alloys in the semi-solid北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6年第 2 期 器 壁面处 的磁感应强 度值稍 高于 中心处 . 从 图 3 中可 以看出 , 电流强度一定时 , 频 率越 小 , 结 晶器 内的磁 感应强 度 越 大 . 而 频 率为 Z H z 或 2 . 5 H z 时 , 在 结 晶 器 内 部 产 生 的 磁 场 比 较 均 匀 . 图 4 为连铸过 程 中 , 频率为 Z H : 时不 同 电流 强度 的磁 感 应强 度分布 . 从 图 中还 可 以看出 , 电 流强度不改变磁 场分布 结 构 , 只对 磁 感应 强 度的 大 小有影 响 , 电流强 度越大 , 磁感应强度越大 . 2 . 3 使 用电磁搅拌前后 的流场模拟计算比较 模拟计算 了拉速 为 0 . 45 m · m in 一 `时 , 使用 电 磁搅拌 前后结 晶器 内钢液轴向速度的变化情况见 图 5 . 从图 5 可 以 看出 , 由于 旋 转 磁 场搅拌的作 用 , 钢液 在结晶器 内流 动的轴向速度变小 , 钢液冲 击深度 比没有使 用 电磁搅拌时浅 . 在 结晶器上 安 装 电磁搅拌装置 , 对结晶器 流场的改善效果 明显 , 可取 得较好 的冶金效 果 . 向 电磁力 的作用 , 能有 效地 清洗 凝 固 面前沿 , 熔 断 7[] 枝晶形 成 晶核 , 有利 于 等轴 晶生 长 . 另一方 面 , 电磁搅拌能加 速钢水与结晶器 壁之 间的热交 换 , 降低过热度 , 增 加等轴晶 . 由于旋转搅拌的作 用 , 浸入 式水 口 流 出的过热钢水冲击深度变浅 , 从 而使轴向温度迅速降低 , 而径 向温度 升高 , 凝固面 前沿的 温度梯度增大 , 有 利于 传热 . 形 象地说 , 结 晶器 内钢水温度 分布被削峰填谷 , 从 而 提高 了热 区位置 . 实际操 作中将搅拌器位置 安装在结晶器 下方 , 保持了结晶器 内磁感应 强 度分布在高 度位 置上 呈现 “ 中间大 , 两端小 ” 的特征 , 使得 结晶器 水 口 附近 没有很 大的 环流 产 生 , 可以有 效地 防止卷 渣现象发生 ; 而在结晶器下部 区域搅拌力较小 , 钢 液 流 动 不 会 对凝 固 坯 壳产 生 很 大的 冲刷 , 防 止 漏 钢 . 3 结论 ( l) 搅拌磁场随搅拌频率减小 、 搅拌 电流 增 大而增大 ; 电流强度不改 变磁场分布 . ( 2) 使用 电磁搅拌之 后 , 径 向速 度变大 , 冲击 深度变浅 . ( 3) 电磁搅拌器 安 装在 结 晶器 下 部位置 , 在 结晶器高度方向上磁场 分布呈 现 中间大两端小的 特征 , 但峰值并不出现在搅拌器高度的 中心 位置 , 而是稍有偏 离; 可 以避免水 口 附近 的钢水形成很 大的环流而 造成卷渣 . 而在结晶器 下 部区域搅拌 力较小 , 钢液流动 不会对 凝固 坯壳产 生很 大的冲 刷 , 可以防 止漏 钢 . 结 晶器内 部钢液 受到 的 电 磁 搅拌力 为切 向力 , 推动 钢液作旋转 运 动 . 由于旋 转搅拌的切 向电磁 力的作用 , 能 有效地 清洗凝 固 面 前沿 , 折断枝晶形成晶核 , 有 利于 等轴晶 生长 . ( 4) 对于 马钢 圆坯 连铸机 (断面 似 50 m m ) , 优化的电磁搅拌工 艺 参数 为 : 电流 3 50 A , 频率 2 H z . 以上优 化 工艺 参数 已 在工 业 生产 中采 用 , 并 取得 了 良好 的效果 . 考 文 献 豪斯 H A . 电磁场与电磁能 . 汪家麟译 . 北京 : 高等教育 出 版社 , 1 99 2 aL u n d er B E , SP al d j n g D B M a t h帅 a t i e司 M od 目5 o f T u r b u - l e n e e . 1刀n d o n : A e a d e r n l e P r e s 名. 1 9 7 2 吕彦军 , 麻永林 , 贺友多 . 求解 M ~ eu 方程磁准 静态问 题 的有限元公式 . 包头钢铁学院学报 , 1 9 9 6( 2) : 160 王 世郁 . 钢水连铸电磁搅拌的磁流体力学基础 . 钢铁研究 , 19 8 8 ( l ) : 1 1 张先掉 . 冶金传输原理 . 北京 : 冶金工业 出版社 , 19 8 8 F l e m i n 又5 M C . Be h a v i o ur o f me t a l a ll o v s i n t h e se m i 一 os l id l[] 图 5 用电磁搅拌前后结晶器内祝液轴向邃度的变化 . ( a) 没 有使用电磁搅拌: ( b) 使用电磁搅拌 (电流 3 50 A , 频率 2 12 ) lF g . 5 玩n ue uet o r ve rt i回 v e lOC i t y 加fo , ( a ) an d a ft e r ( b ) e l e c tor m娜脚 e t居e s t听 i飞 , . 1 1 , es J 2 丹j r. L resJ ,JI , J. 4 哎J 6 一.L r esL . r 铸坯 的初期凝固在 结晶 器 内进 行 , 当钢液 铸 入结晶器 内后 , 急剧 冷却易于 形 成柱 状 晶 . 采 用 电磁搅拌后 , 钢液 的凝固界面受到搅拌力的作用 , 成 长 中的柱状 晶的前端被切 断6[] , 这 样可避 免 钢 液 中的夹 杂物和 气泡被捕捉于 凝 固界面 上 的柱 状 晶中 , 促使其上 浮分离 . 此 外 由于旋转搅拌的 切