第36卷第10期 北京科技大学学报 Vol.36 No.10 2014年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2014 电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响 王亚涛123，杨振国2)，张晓峰12)，李剑锋12)，王宝12，刘青12四 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂，莱芜271104 ☒通信作者，E-mail:qliu@usth.edu.cn 摘要针对260mm×300mm大方坯结晶器，采用有限元和有限体积法相结合的方法研究了电磁搅拌对结晶器流场和液面 波动的影响.磁场模拟结果与现场实测数据一致.电磁搅拌使结晶器内钢液在水平截面呈旋转流动，在纵截面上形成两对回 流方向相反的环流区，最大切向速度随电流和频率的增加而增大，结晶器自由液面的波动随电流和频率的增加而加剧.对于 260mm×300mm大方坯轴承钢连铸，合理的结晶器电磁搅拌电流和频率分别是300A和3Hz. 关键词结晶器：电磁搅拌：流场；液面波动：数值模拟 分类号T℉777.2 Effects of electromagnetic stirring on the flow field and level fluctuation in bloom molds WANG Ya-tao,YANG Zhen-guo,ZHANG Xiao-feng,LI Jian-feng,WANG Bao),LIU Qing 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 10008,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Special Steel Plant,Laiwu Iron Steel Co.Ltd.,Laiwu 271104,China Corresponding author,E-mail:gliu@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of electromagnetic stirring on the flow field and level fluctuation were researched for 260mm x 300mm bloom molds by combining the finite element method with the finite volume method.The simulated magnetic field is consistent with measured data in a real plant.Molten steel swirls in the horizontal section and forms two pairs of recirculation zones with opposite circulation di- rections in the longitudinal section.When the current and frequency increase,the maximum tangential velocity increases,and the level fluctuation of the free surface aggravates.For 260 mm x 300 mm bloom continuous casting of bearing steel,the reasonable current and frequency of mold electromagnetic stirring are 300 A and 3 Hz,respectively. KEY WORDS molds:electromagnetic stirring:flow field;level fluctuation:numerical simulation 连铸电磁搅拌技术作为改善铸坯质量的重要技 来，关于磁场对结晶器内钢液流动的影响，国内外学 术手段，己经在连铸生产中得到广泛应用，电磁搅拌 者进行了大量的实验和数值模拟研究·-☒，但针对 是通过电磁力控制连铸过程中钢液的流动，进而影 电磁搅拌下结晶器自由液面波动的相关研究较少. 响钢液的传热和传质，达到改善铸坯质量的目的. 笔者根据某钢厂260mm×300mm大方坯结晶器电 随着计算机技术的发展，数值模拟己经成为研究连 磁搅拌的实际情况，采用数值模拟和现场实测相结 铸电磁搅拌的有效手段，采用数值模拟可以节约实 合的方法，讨论电磁搅拌对结晶器流场和自由液面 验成本，为工艺参数的优化提供理论依据.几十年 波动的影响. 收稿日期：2013-08-31 基金项目：国家自然科学基金项目(51074023)：教有部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET07-0067) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.10.012:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 10 期 2014 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 10 Oct． 2014 电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响 王亚涛1，2) ，杨振国2，3) ，张晓峰1，2) ，李剑锋1，2) ，王 宝1，2) ，刘 青1，2)  1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂，莱芜 271104  通信作者，E-mail: qliu@ ustb． edu． cn 摘 要 针对 260 mm × 300 mm 大方坯结晶器，采用有限元和有限体积法相结合的方法研究了电磁搅拌对结晶器流场和液面 波动的影响． 磁场模拟结果与现场实测数据一致． 电磁搅拌使结晶器内钢液在水平截面呈旋转流动，在纵截面上形成两对回 流方向相反的环流区，最大切向速度随电流和频率的增加而增大，结晶器自由液面的波动随电流和频率的增加而加剧． 对于 260 mm × 300 mm 大方坯轴承钢连铸，合理的结晶器电磁搅拌电流和频率分别是 300 A 和 3 Hz． 关键词 结晶器; 电磁搅拌; 流场; 液面波动; 数值模拟 分类号 TF 777. 2 Effects of electromagnetic stirring on the flow field and level fluctuation in bloom molds WANG Ya-tao1，2) ，YANG Zhen-guo2，3) ，ZHANG Xiao-feng1，2) ，LI Jian-feng1，2) ，WANG Bao1，2) ，LIU Qing1，2)  1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Special Steel Plant，Laiwu Iron ＆ Steel Co． Ltd． ，Laiwu 271104，China  Corresponding author，E-mail: qliu@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The effects of electromagnetic stirring on the flow field and level fluctuation were researched for 260 mm × 300 mm bloom molds by combining the finite element method with the finite volume method． The simulated magnetic field is consistent with measured data in a real plant． Molten steel swirls in the horizontal section and forms two pairs of recirculation zones with opposite circulation di￾rections in the longitudinal section． When the current and frequency increase，the maximum tangential velocity increases，and the level fluctuation of the free surface aggravates． For 260 mm × 300 mm bloom continuous casting of bearing steel，the reasonable current and frequency of mold electromagnetic stirring are 300 A and 3 Hz，respectively． KEY WOＲDS molds; electromagnetic stirring; flow field; level fluctuation; numerical simulation 收稿日期: 2013--08--31 基金项目: 国家自然科学基金项目( 51074023) ; 教育部新世纪优秀人才支持计划项目( NCET07--0067) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 10． 012; http: / /journals． ustb． edu． cn 连铸电磁搅拌技术作为改善铸坯质量的重要技 术手段，已经在连铸生产中得到广泛应用，电磁搅拌 是通过电磁力控制连铸过程中钢液的流动，进而影 响钢液的传热和传质，达到改善铸坯质量的目的． 随着计算机技术的发展，数值模拟已经成为研究连 铸电磁搅拌的有效手段，采用数值模拟可以节约实 验成本，为工艺参数的优化提供理论依据． 几十年 来，关于磁场对结晶器内钢液流动的影响，国内外学 者进行了大量的实验和数值模拟研究［1 － 12］，但针对 电磁搅拌下结晶器自由液面波动的相关研究较少． 笔者根据某钢厂 260 mm × 300 mm 大方坯结晶器电 磁搅拌的实际情况，采用数值模拟和现场实测相结 合的方法，讨论电磁搅拌对结晶器流场和自由液面 波动的影响．