D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.042 第21卷第2期 北京科技大学学报 VoL21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 双条型磁极对连铸结晶器内钢液流动特性的影响 薄开涛成国光吴洁赵沛 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要在可实现振动、水冷及拉坏的连铸模拟装置上，采用双条型磁极，分别用低熔点Pb-S-Bi 合金和硅油模拟钢液和保护渣，对连铸结晶器内的液态金属的流动特性进行了实验研究研究结 果表明：双条型磁极的作用使连铸结晶器内的液态金属中产生了环形电流，能有效地抑制水口出 流速度，消除和削弱水口出流对初生坯壳的冲刷；能够有效地抑制弯月面波动.但当磁场强度增大 到一定程度时，磁场的作用效果增加不明显， 关键词连铸；电磁制动；结晶器；弯月面；速度场 分类号TF777 结晶器弯月面是初生坯壳生长的起始点，弯 量仪器为二维速度传感器切和光电示波器.实验 月面形态的好坏直接影响到连铸坯的质量；同 参数：拉速为0.38,0.53m/min;磁感应强度为0， 时，结晶器水口出流对初生坯壳的剧烈冲刷不仅 0.06,0.125T;结晶器振频为60Hz;结晶器振幅为 会削弱初生坯壳的厚度，甚至会导致漏钢.近年 3mm;浇注温度为140℃. 来电磁制动技术在结晶器中的应用得到了较大 发展，并取得了良好的效果2别，现在已经发展到 中间包 了第3代流体控制结晶器(FC-Mold).它采用2 Φ5 对磁极，比只用1对磁极能更有效地减小弯月面 区域的表面流动速度和抑制结晶器窄面处钢液 30 第1对磁铁 的向下流动速度.本文在文献[5]的基础上进一 第2对磁铁 步对双条型磁极控制下的结晶器内钢液流动行 为进行了较为深人的热态实验及相关研究，探索 这种新型的FC-Mold电磁结晶器对连铸结晶器 内钢液流动控制的实际效果， 振动框 1实验方法 金属液出口 实验采用Pb-Sn-Bi合金和500#硅油作为实 验模拟材料.合金成分（质量分数）为：Pb32%, Sn6%,Bi52%:密度为9.365g/cm3,熔点为 图1实验装置简图 95℃，表面张力为442×10-3N/cm,粘度为 0.0022Pa·s.500硅油密度为1.24g/cm3. 2磁场作用下的拉普拉斯力分析 实验装置采用由北京科技大学和东北大学 有关电磁场作用下液态金属中产生的感生 合作设计制作的连铸模拟装置（见图1），主要由 电流特性，文献[8]研究表明，单条型磁极作用下 结晶器、振动系统、拉坯系统、浇注系统、电磁系 所产生的恒稳磁场能使结晶器内液态金属流动 统和工作台等部分组成.该装置的突出特点是在 感生出涡流并形成感生电流的环流，在此基础 原有装置的基础上，进一步采用双条型磁极对 上，推测在双条型磁极作用下，结晶器内液态金 结晶器内的金属液进行电磁制动，实验采用的测 属中也可能存在同样的一个感生电流环，但缺乏 1998-12-11收稿薄开涛男，24岁，硕士生 *国家自然科学基金资助课题(No.59734080) 具体的论证.由此，本文用数学方法证实了该环第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 双条型磁极对连铸结 晶器 内钢液流动特性的影响 薄开 涛 成 国光 吴 洁 赵 沛 北京科技 大学 冶金 学 院 ， 北 京 摘 要 在 可 实现 振动 、 水冷及拉 坯 的连 铸模拟 装置上 ， 采用 双条型磁极 ， 分别用低熔点 一 一 合金 和 硅 油 模拟 钢 液 和 保 护渣 ， 对连 铸结 晶器 内的液态金 属 的流 动特性进行 了实验研究 研究结 果 表 明 双条型 磁极 的作用 使连 铸结 晶器 内的液态金 属 中产生 了环形 电流 ， 能有效地抑制水 口 出 流速度 ， 消除和 削弱水 口 出流对初 生 坯 壳的冲刷 能够有效地抑制弯月 面波动 但 当磁场强度增大 到 一定 程度 时 ， 磁场 的作 用 效果增 加 不 明显 关键词 连铸 电磁制动 结 晶器 弯月 面 速度 场 分类号 结晶器弯月 面 是 初 生 坯 壳生 长 的起 始 点 ， 弯 月 面 形 态 的好 坏 直 接影 响到 连 铸坯 的质 量川 同 时 ， 结 晶器水 口 出流 对初 生 坯 壳 的剧 烈 冲刷 不 仅 会 削 弱 初 生 坯 壳 的 厚 度 ， 甚 至 会 导 致 漏 钢 近 年 来 电磁 制 动 技 术 在 结 晶 器 中 的 应 用 得 到 了 较 大 发 展 ， 并 取 得 了 良好 的 效 果， ， 现 在 已 经 发 展 到 了第 代 流 体控 制 结 晶器 一 闭 它 采 用 对磁极 ， 比 只 用 对磁 极 能 更 有 效地 减 小 弯月 面 区 域 的 表 面 流 动 速 度 和 抑 制 结 晶 器 窄 面 处 钢 液 的 向下 流 动 速 度 本 文 在 文 献 【 的 基 础 上 进 一 步 对双 条 型 磁 极 控 制 下 的 结 晶 器 内钢 液 流 动 行 为进 行 了 较 为 深 人 的热 态 实 验 及 相 关研 究 ， 探 索 这 种 新 型 的 一 电磁 结 晶 器 对连 铸 结 晶 器 内钢 液 流 动控 制 的实 际效果 量 仪器 为二 维速度传感器 和光 电示波器 实验 参数 拉 速 为 ， ” 叮 磁 感应强 度为， ， 结晶器振频为 ‘ 结晶器振幅为 浇注温度 为 ℃ 第 对磁铁 第 对磁铁 振动框 实验方法 实 验 采 用 一 一 合 金 和 硅 油 作 为 实 验模 拟 材 料 合 金 成 分 质 量 分 数 为 ， ， 密 度 为 ’ ， 熔 点 为 ， 表 面 张 力 为 一 ’ ， 粘 度 为 · 硅 油 密度 为 ， 实 验 装 置 采 用 由北 京 科 技 大 学 和 东 北 大 学 合 作 设计 制 作 的连 铸模 拟 装 置 见 图 ， 主要 由 结 晶 器 、 振 动 系 统 、 拉 坯 系 统 、 浇 注 系 统 、 电磁 系 统和 工 作 台 等 部 分 组 成 该 装 置 的 突 出特 点是 在 原 有 装置 的基 础 上 ， 进 一 步 采 用 双 条 型 磁 极 对 结 晶器 内的金 属 液 进 行 电磁 制 动 实验 采 用 的测 一 一 收稿 薄开涛 男 ， 岁 ， 硕 士 生 国家 自然科 学基金 资助课题 金属液 出 口 。 图 实验装 简图 磁场作用下 的拉普拉斯力分析 有 关 电磁 场作 用 下 液 态 金 属 中产 生 的感 生 电流特性 ， 文 献 【 研 究 表 明 ， 单条 型 磁 极作 用 下 所 产 生 的恒稳 磁 场 能 使 结 晶器 内液 态 金 属 流 动 感 生 出 涡 流 并 形 成 感 生 电 流 的 环 流 在 此 基 础 上 ， 推 测 在 双 条 型 磁 极 作 用 下 ， 结 晶 器 内液 态 金 属 中也 可 能存 在 同样 的一 个感 生 电流 环 ， 但 缺 乏 具 体 的论 证 由此 ， 本 文 用 数学 方 法 证 实 了 该 环 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．02．042