·754 工程科学学报，第41卷，第6期 用下旋转流动.由于凝固末期糊状区的阻力较大， 10.0 钢液仅在搅拌器中心附近形成旋转流动，也就是说 液相分率 凝固末端电磁搅拌作用范围有限，集中于搅拌器区 10.2 0.90 域.图9显示了电流强度800A频率20Hz时，搅拌 0.85 器区域铸坯纵断面上的液相分率分布及搅拌器中心 10.4 0.70 0.65 处铸坯横截面上的液相分率和流线图.由图可知， 8 在电磁力驱动下，水平方向横截面上液芯处的钢液 0.50 10.6 0.45 在两相区形成水平旋流. 89 030 0.25 10.8 020 0.15 0.10 (b) 0.05 a 11.0 图9铸坯纵断面上的液相分率分布(a)及搅拌器中心处铸坯横 截面上的液相分率和流线图() Fig.9 Liquid fraction contour on the longitudinal section of the strand (a)and cross section of the stirrer center (b) 强度800A时，不同电流频率下的切向速度分布.图 中可以看出，在20~40Hz,随着电流频率的增加，同 一位置处的钢液切向速度也相应增加.其中，电流 频率为20、30和40Hz时，切向速度最大值分别为 图8搅拌器区域液芯处的钢液流线图 0.0179、0.0191、和0.0202ms-1.钢液的切向速度 Fig.8 Streamline of melt in the liquid core in the stirrer region 可用来反映搅拌器的搅拌强度，由上可知，在此搅拌 器工艺参数可调范围，增加电流强度可显著提升搅 为了定量分析钢液在凝固末端两相区的流动状 拌器的搅拌强度，提升电流频率同样可以增强搅拌 态，图10(a)给出了电流频率20Hz时，不同电流强 器的搅拌能力，但增幅较小. 度下搅拌器中心处铸坯横截面上的钢液切向速度沿 图11(a)为电流频率20Hz时，不同电流强度下 径向的分布，其中速度值的正负表示钢液的运动方 铸坯中心轴线上的温度分布.图中看出，进入搅拌 向，虚线为凝固前沿处.由图可知，钢液的切向速度 区域后，钢液温降速率明显增加：同时，随着电流强 从凝固前沿开始增加，达到最大值后开始下降，中心 度的增加，钢液温度下降得更快，这是由于钢液的旋 处切向速度为零.随着电流强度的增加，同一位置 转流速随着电流强度的增加而增大，加速了钢液在 处的钢液切向速度明显增加：其中，电流强度为 水平方向的传热.其中，电流强度为400、600和800 400、600和800A时，切向速度最大值分别为 A时，搅拌器中心处的钢液温度分别为1782.13、 0.0127、0.0150和0.0179m·s-1.图10(b)为电流 1781.55和1781.03K,对应的固相分率分别为 0.025r 0.020(a b 0.015 电流800A 0.015 一率20Hz 0.010 ---电流600A ---颊率30Hz --·电流400A --+频率40Hz 0.005 0.005 0 -0.005 图0.005 -0.00 -0.015 -0.0I5 -0.020 0.025 -1.0 -0.6 -0.2 0.2 06 1.0 -1.0 -0.6 -0.2 0.2 0.6 10 距铸坯横截面中心的距离/m 距俦坯横截面中心的距离m 图10不同电流强度()与频率(b)下搅拌器中心处铸坯横截面上的钢液切向速度沿径向分布 Fig.10 Tangential velocity profile along the radial direction at center plane of the stirrer under different current intensities (a)and frequencies (b)工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 用下旋转流动． 由于凝固末期糊状区的阻力较大， 钢液仅在搅拌器中心附近形成旋转流动，也就是说 凝固末端电磁搅拌作用范围有限，集中于搅拌器区 域． 图 9 显示了电流强度 800 A 频率 20 Hz 时，搅拌 器区域铸坯纵断面上的液相分率分布及搅拌器中心 处铸坯横截面上的液相分率和流线图． 由图可知， 在电磁力驱动下，水平方向横截面上液芯处的钢液 在两相区形成水平旋流． 图 8 搅拌器区域液芯处的钢液流线图 Fig． 8 Streamline of melt in the liquid core in the stirrer region 图 10 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钢液切向速度沿径向分布 Fig． 10 Tangential velocity profile along the radial direction at center plane of the stirrer under different current intensities ( a) and frequencies ( b) 为了定量分析钢液在凝固末端两相区的流动状 态，图 10( a) 给出了电流频率 20 Hz 时，不同电流强 度下搅拌器中心处铸坯横截面上的钢液切向速度沿 径向的分布，其中速度值的正负表示钢液的运动方 向，虚线为凝固前沿处． 由图可知，钢液的切向速度 从凝固前沿开始增加，达到最大值后开始下降，中心 处切向速度为零． 随着电流强度的增加，同一位置 处的钢液切向速度明显增加; 其 中，电 流 强 度 为 400、600 和 800 A 时，切向速度最大值分别为 0. 0127、0. 0150 和 0. 0179 m·s － 1 ． 图 10( b) 为电流 图 9 铸坯纵断面上的液相分率分布( a) 及搅拌器中心处铸坯横 截面上的液相分率和流线图( b) Fig． 9 Liquid fraction contour on the longitudinal section of the strand ( a) and cross section of the stirrer center ( b) 强度800 A 时，不同电流频率下的切向速度分布． 图 中可以看出，在 20 ～ 40 Hz，随着电流频率的增加，同 一位置处的钢液切向速度也相应增加． 其中，电流 频率为 20、30 和 40 Hz 时，切向速度最大值分别为 0. 0179、0. 0191、和 0. 0202 m·s － 1 ． 钢液的切向速度 可用来反映搅拌器的搅拌强度，由上可知，在此搅拌 器工艺参数可调范围，增加电流强度可显著提升搅 拌器的搅拌强度，提升电流频率同样可以增强搅拌 器的搅拌能力，但增幅较小． 图 11( a) 为电流频率 20 Hz 时，不同电流强度下 铸坯中心轴线上的温度分布． 图中看出，进入搅拌 区域后，钢液温降速率明显增加; 同时，随着电流强 度的增加，钢液温度下降得更快，这是由于钢液的旋 转流速随着电流强度的增加而增大，加速了钢液在 水平方向的传热． 其中，电流强度为 400、600 和 800 A 时，搅拌器中心处的钢液温度分别为 1782. 13、 1781. 55 和 1781. 03 K，对应的固相分率分别为 · 457 ·