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 ·755· 0.041、0.053和0.065.图11(b)为电流强度800A 1781.03、1780.77和1780.58K,对应的固相分率分 时，不同电流频率下铸坯中心轴线上的温度分布. 别为0.065、0.070和0.074.综上，在此搅拌器工艺 图中可见，随着电流频率的增加，同一位置处的钢液 参数可调范围，提升电流强度和频率都会使液芯处 温度有所下降，但降幅较小.其中，电流频率为20、 的钢液温度降低，也就是说搅拌参数的变化可以改 30和40Hz时，搅拌器中心处的钢液温度分别为 变搅拌器安装位置处的钢液中心固相率. 1784a) 1784() 1783 1783 1782 一领率20Hz 一电流400A ---领率30Hz ---电流600A 1781 --率40Hz --.电流800A 1780 1780 1779 1779 1778 9 10 11 12 9 10 12 距弯月而的距离m 距弯月面的距离m 图11不同电流强度()与颍率(b)下铸坯中心轴线上的温度分布 Fig.11 Temperature variations at the strand center along the casting direction under different current intensities (a)and frequencies (b) magnetic Stirring for Continuous Casting.Beijing:Metallurgical 3结论 Industry Press,2012 (1)连铸凝固末端电磁搅拌区域内，磁感应强 (毛斌，张桂芳，李爱武.连续铸钢用电磁搅拌的理论与技 术.北京：治金工业出版社，2012) 度与电磁力均随电流强度的增加而显著增加，但合 2]Ayata K,Mori T,Fujimoto T,et al.Improvement of macroseg- 理的电流频率与铸坯断面大小有关.其中，电流强 regation in continuously cast bloom and billet by electromagnetic 度每增加100A,搅拌器中心磁感应强度增加19.05 stirring.Trans Iron Steel Inst Jpn,1984,24(11)931 mT:电磁力在铸坯横截面上呈周向分布，且为电流 B] Mizukami H,Komatsu M,Kitagawa T,et al.Effect of electro- 的二次函数.由于凝固坯壳的磁屏蔽作用，随着电 magnetic stirring at the final stage of solidification of continuously 流频率的增加，磁感应强度有所降低：但对于该小断 cast strand.Tetsu-o-Hagane,1984,70(2):194 Suzuki K,Shinsho Y,Murata K.et al.Hot model experiments on 面圆坯连铸，在20~40Hz频率范围内电磁力随着 electromagnetic stirring at about crater end of continuously cast 电流频率的提高而增加 bloom.Trans Iron Steel Inst Jpn,1984,24(11):940 (2)由于凝固末期糊状区钢液流动阻力大，末 5] Oh K S,Chang Y W.Macrosegeregation behavior in continuously 端搅拌器在长度方向作用范围有限，铸坯中心液芯 cast high carbon steel blooms and billets at the final stage of solidi- 旋转流动主要发生在其线圈高度区域内.在该搅拌 fication in combination stirring.IS/J Int,1995,35(7):866 6 器工艺参数可调范围，提升电流强度与频率都可以 Wang B,Xie Z,Jia G L,et al.Parameter determination and effects on center segregation of F-EMS.Iron Steel,2007,42 提高钢液的切向速度，但提升电流强度钢液流动切 (3):18 向速度增幅更显著 (王彪，谢植，贾光霖，等.凝固末端电磁搅拌参数确定及其 (3)凝固末端电磁搅拌可促进钢液在水平方向 对中心偏析的影响.钢铁，2007,42(3)：18) 换热，降低液芯处的钢液温度.电流强度或频率越 F Ge L,Zeng Y N,Wang C Y,et al.Optimization of F-EMS pa- 高，搅拌区域钢液降温越显著：随着电流强度和频率 rameters of bloom continuous casting.Steelmaking,2015,31 (1): 的增加，末端搅拌位置处的中心固相率变大 61 (4)综上可知，若需要提高末端搅拌器的搅拌 (葛亮，曾亚南，汪成义，等.大方坯末端电磁搅拌工艺参数 优化.炼钢，2015,31(1)：61) 能力，首先应该增大电流强度.在搅拌器供电设备 四 Wang B,Chen L,Zhang X,et al.Study and application of the F- 允许条件下，且铸坯断面较小时，也可通过采用增加 -EMS position for the special steel bloom continuous casting.Con- 电流频率来获得足够的搅拌强度. tin Cast,2016,41(5):17 (王波，陈列，张旭，等.特殊钢连铸大方坯末端电磁搅拌位 参考文献 置研究与应用.连铸，2016,41(5)：17) [Mao B,Zhang G F,Li A W.Theory and Technology of Electro- [9]Zhou L,Gao S C,Jiang D C,et al.Optimization on F-EMS posi-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 0. 041、0. 053 和 0. 065． 图 11( b) 为电流强度 800 A 时，不同电流频率下铸坯中心轴线上的温度分布． 图中可见，随着电流频率的增加，同一位置处的钢液 温度有所下降，但降幅较小． 其中，电流频率为 20、 30 和 40 Hz 时，搅拌器中心处的钢液温度分别为 1781. 03、1780. 77 和 1780. 58 K，对应的固相分率分 别为 0. 065、0. 070 和 0. 074． 综上，在此搅拌器工艺 参数可调范围，提升电流强度和频率都会使液芯处 的钢液温度降低，也就是说搅拌参数的变化可以改 变搅拌器安装位置处的钢液中心固相率． 图 11 不同电流强度( a) 与频率( b) 下铸坯中心轴线上的温度分布 Fig． 11 Temperature variations at the strand center along the casting direction under different current intensities ( a) and frequencies ( b) 3 结论 ( 1) 连铸凝固末端电磁搅拌区域内，磁感应强 度与电磁力均随电流强度的增加而显著增加，但合 理的电流频率与铸坯断面大小有关． 其中，电流强 度每增加 100 A，搅拌器中心磁感应强度增加 19. 05 mT; 电磁力在铸坯横截面上呈周向分布，且为电流 的二次函数． 由于凝固坯壳的磁屏蔽作用，随着电 流频率的增加，磁感应强度有所降低; 但对于该小断 面圆坯连铸，在 20 ～ 40 Hz 频率范围内电磁力随着 电流频率的提高而增加． ( 2) 由于凝固末期糊状区钢液流动阻力大，末 端搅拌器在长度方向作用范围有限，铸坯中心液芯 旋转流动主要发生在其线圈高度区域内． 在该搅拌 器工艺参数可调范围，提升电流强度与频率都可以 提高钢液的切向速度，但提升电流强度钢液流动切 向速度增幅更显著． ( 3) 凝固末端电磁搅拌可促进钢液在水平方向 换热，降低液芯处的钢液温度． 电流强度或频率越 高，搅拌区域钢液降温越显著; 随着电流强度和频率 的增加，末端搅拌位置处的中心固相率变大． ( 4) 综上可知，若需要提高末端搅拌器的搅拌 能力，首先应该增大电流强度． 在搅拌器供电设备 允许条件下，且铸坯断面较小时，也可通过采用增加 电流频率来获得足够的搅拌强度． 参 考 文 献 ［1］ Mao B，Zhang G F，Li A W． Theory and Technology of Electro￾magnetic Stirring for Continuous Casting． Beijing: Metallurgical Industry Press，2012 ( 毛斌，张桂芳，李爱武． 连续铸钢用电磁搅拌的理论与技 术． 北京: 冶金工业出版社，2012) ［2］ Ayata K，Mori T，Fujimoto T，et al． Improvement of macroseg￾regation in continuously cast bloom and billet by electromagnetic stirring． Trans Iron Steel Inst Jpn，1984，24( 11) : 931 ［3］ Mizukami H，Komatsu M，Kitagawa T，et al． Effect of electro￾magnetic stirring at the final stage of solidification of continuously cast strand． Tetsu-to-Hagané，1984，70( 2) : 194 ［4］ Suzuki K，Shinsho Y，Murata K，et al． Hot model experiments on electromagnetic stirring at about crater end of continuously cast bloom． Trans Iron Steel Inst Jpn，1984，24( 11) : 940 ［5］ Oh K S，Chang Y W． Macrosegeregation behavior in continuously cast high carbon steel blooms and billets at the final stage of solidi￾fication in combination stirring． ISIJ Int，1995，35( 7) : 866 ［6］ Wang B，Xie Z，Jia G L，et al． Parameter determination and effects on center segregation of F--EMS． Iron Steel，2007，42 ( 3) : 18 ( 王彪，谢植，贾光霖，等． 凝固末端电磁搅拌参数确定及其 对中心偏析的影响． 钢铁，2007，42( 3) : 18) ［7］ Ge L，Zeng Y N，Wang C Y，et al． Optimization of F--EMS pa￾rameters of bloom continuous casting． Steelmaking，2015，31( 1) : 61 ( 葛亮，曾亚南，汪成义，等． 大方坯末端电磁搅拌工艺参数 优化． 炼钢，2015，31( 1) : 61) ［8］ Wang B，Chen L，Zhang X，et al． Study and application of the F- -EMS position for the special steel bloom continuous casting． Con￾tin Cast，2016，41( 5) : 17 ( 王波，陈列，张旭，等． 特殊钢连铸大方坯末端电磁搅拌位 置研究与应用． 连铸，2016，41( 5) : 17) ［9］ Zhou L，Gao S C，Jiang D C，et al． Optimization on F--EMS posi- · 557 ·