肖红等：行波磁场铸流搅拌提升不锈钢板坯等轴晶率 799· 验依据 为辊式搅拌器(Roller--typed electromagnetic stirrer, 1模型建立 R-EMS).不同于常用的电磁旋转搅拌器，这类行 波磁场搅拌器可以产生沿板坯宽向的较强电磁推 基于实际生产所用弧形半径为8m、1280mm× 力，更容易均匀地打断坯壳凝固前沿的柱状晶，促 200mm断面直弧型不锈钢板坯连铸机，研究铸流 进柱状晶向等轴晶转变.其中，辊式行波搅拌器按 二冷区不同形式与电磁推力特征行波磁场搅拌器 电磁辊设计、在铸流上布置与电磁推力特征，又分 的冶金效果，搅拌器在铸流二冷区的安装形式如 为相邻辊同向推力型(R-EMS-2)、间隔辊同向推力 图1所示.按搅拌器结构形式，一种为箱式搅拌器 型(R-EMS-T)和间隔辊反向推力型(R-EMS-F),如 (Box-typed electromagnetic stirrer,.B-EMS),另一种 图2所示 (a) Mold (b) Mold Segment 1 Segment 1 -Segment 2 Segment 2 1 Segment 3 Segment 3 Segment 4 Segment 4 图1搅拌器类型及其在板坯铸流中安装形式.(a)箱式搅拌器：(b)辊式搅拌器 Fig.1 Schematic of the strand stirrer type and installation:(a)B-EMS (b)R-EMS (a) (b) (c) (d) 图2搅拌器布置与电磁推力特征.(a)箱式：(b)相邻辊同向推力型：(c)间隔辊同向推力型：(d)间隔辊反向推力型 Fig.2 Schematic of the stirrer location and electromagnetic force:(a)B-EMS;(b)R-EMS-2;(c)R-EMS-T;(d)R-EMS-F 为了分析上述不同搅拌形式及其搅拌工艺参1.1模型基本假设 数对板坯连铸与凝固过程流动、传热、凝固与电 (1)为了稳定发挥二冷铸流搅拌的效果，分析 磁作用规律的影响，结合铸流特征采用计算域分 板坯连铸过程的恒拉速稳态浇铸阶段，全铸流液 段法建立1280mm×200mm断面1Cr17铁素体不 芯钢液流动采用低雷诺数k-ε湍流模型描述8-1， 锈钢连铸板坯电磁、流动、传热和凝固的耦合模 (2)钢液热物性按常数处理，同时忽略凝固收 型，并重点研究不同类型行波磁场铸流搅拌的作 缩和固态相变潜热的影响； 用效果.其中，行波磁场电磁搅拌模型主要包括线 (3)板坯连铸二冷区搅拌过程中，钢液流动产 圈、铁芯、铸坯和相关间隙空气域 生的磁雷诺数m《1,故可简化为磁场作用在流验依据. 1    模型建立 基于实际生产所用弧形半径为 8 m、1280 mm× 200 mm 断面直弧型不锈钢板坯连铸机，研究铸流 二冷区不同形式与电磁推力特征行波磁场搅拌器 的冶金效果，搅拌器在铸流二冷区的安装形式如 图 1 所示. 按搅拌器结构形式，一种为箱式搅拌器 (Box-typed  electromagnetic  stirrer,  B-EMS)，另一种 为辊式搅拌 器 (Roller-typed  electromagnetic  stirrer, R-EMS). 不同于常用的电磁旋转搅拌器，这类行 波磁场搅拌器可以产生沿板坯宽向的较强电磁推 力，更容易均匀地打断坯壳凝固前沿的柱状晶，促 进柱状晶向等轴晶转变. 其中，辊式行波搅拌器按 电磁辊设计、在铸流上布置与电磁推力特征，又分 为相邻辊同向推力型 (R-EMS-2)、间隔辊同向推力 型 (R-EMS-T) 和间隔辊反向推力型 (R-EMS-F)，如 图 2 所示. Mold (a)4130 mm 4000 mm 3870 mm Segment 1 Segment 2 Segment 3 Segment 4 5200 mm 4130 mm 3870 mm 3800 mm Mold Segment 1 Segment 2 Segment 3 Segment 4 (b) 图 1    搅拌器类型及其在板坯铸流中安装形式. （a）箱式搅拌器；（b）辊式搅拌器 Fig.1    Schematic of the strand stirrer type and installation: (a) B-EMS (b) R-EMS (a) (b) (c) (d) Z X Y 图 2    搅拌器布置与电磁推力特征. （a）箱式；（b）相邻辊同向推力型；（c）间隔辊同向推力型；（d）间隔辊反向推力型 Fig.2    Schematic of the stirrer location and electromagnetic force: (a) B-EMS; (b) R-EMS-2; (c) R-EMS-T; (d) R-EMS-F 为了分析上述不同搅拌形式及其搅拌工艺参 数对板坯连铸与凝固过程流动、传热、凝固与电 磁作用规律的影响，结合铸流特征采用计算域分 段法建立 1280 mm×200 mm 断面 1Cr17 铁素体不 锈钢连铸板坯电磁、流动、传热和凝固的耦合模 型，并重点研究不同类型行波磁场铸流搅拌的作 用效果. 其中，行波磁场电磁搅拌模型主要包括线 圈、铁芯、铸坯和相关间隙空气域. 1.1    模型基本假设 （1）为了稳定发挥二冷铸流搅拌的效果，分析 板坯连铸过程的恒拉速稳态浇铸阶段，全铸流液 芯钢液流动采用低雷诺数 k-ε 湍流模型描述[18−19] ； （2）钢液热物性按常数处理，同时忽略凝固收 缩和固态相变潜热的影响； Rm ≪ 1 （3）板坯连铸二冷区搅拌过程中，钢液流动产 生的磁雷诺数 ，故可简化为磁场作用在流 肖    红等： 行波磁场铸流搅拌提升不锈钢板坯等轴晶率 · 799 ·