D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.07.040 第30卷第7期 北京科技大学学报 Vol.30 No.7 2008年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jd.2008 电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响 王宏明)任忠鸣) 夏小江) 戴起勋)李桂荣) 1)上海大学材料科学与工程学院，上海2000722)江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013 摘要利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟，分析了结晶器内钢液面高度对磁场及 电磁力分布的影响·结果表明：钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面：当钢液面低于线圈上沿时，钢液中磁感应强度的最 大值出现在钢液上表面附近，并沿拉坯方向逐渐递减：当钢液面高于线圈上沿时，随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向 线圈中部移动：钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致 关键词电磁软接触连铸；电磁场分布：钢液高度；结晶器：三维数值模拟 分类号TG249.7:TG111.4 Effect of molten steel level on the magnetic field distribution in an electromagnetic soft-contact continuous casting mold WANG Hongming2).REN Zhongming),XIA Xiaojiang?),DAI Qixun2).LI Guirong?) 1)School of Materials Science and Engineering.Shanghai University.Shanghai 200072.China 2)School of Materials Science and Engineering.Jiangsu University.Zhenjiang 212013.China ABSTRACI Three-dimensional numerical simulations on the magnetic field in an electromagnetic soft-contact continuous casting mold were carried out through the finite element software ANSYS.The effects of molten steel level in mold on the distributions of magnetic field and electromagnetic force were analyzed.The results show that the magnetic induction density,B,is mainly distribut- ed at the profile"surface of molten steel.If the molten steel level is below the coil top,the maximum value of B is near the top surface of molten steel and falls gradually along the withdrawing direction.If the molten steel level is above the coil top,the maximum value of B is moving toward the centre of the coil as the molten steel level is rising.The distributing character of electromagnetic force is mostly consistent with that of B. KEY WORDS electromagnetic soft-contact continuous casting:electromagnetic field distribution:molten steel level:mold:three- dimensional numerical simulation 软接触电磁连铸技术是利用高频交变电磁场在 行了三维数值模拟，Kim等句对高频连铸过程中磁 结晶器内金属的初始凝固区施加电磁压力来减少液 场分布进行了计算和实验，于光伟等对方坯切缝 体金属与结晶器壁间的接触压力，从而减小结晶器 结晶器内磁场进行了大量的研究，张林涛等门对部 振动对铸坯表面质量的影响，并增加铸坯与结晶器 分切缝软接触结晶器进行了研究，但对结晶器内有 间的润滑，降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热 钢液且钢液面处于波动状态这一实际情况对磁场及 来提高铸坯的表面质量】，研究电磁场分布对于 电磁压力分布的影响的研究报道较少.本文通过建 确定软接触电磁连铸的各项工艺参数有至关重要的 立电磁软接触连铸结晶器内电磁场计算的三维数学 作用，因此是该技术研究的热点之一[)，前期研究 模型，模拟分析结晶器内存在钢液及其液面高度对 主要集中在结晶器结构及电磁参数对磁场分布的影 磁场分布和电磁压力分布的影响，为电磁软接触连 响方面，如Kagey ama等对钢的电磁铸造模型进 铸工艺的应用提供参考， 收稿日期：2007-05-25修回日期：2007-07-17 基金项目：江苏省高校自然科学研究计划资助项目(N。,05KJD450043):江苏省高技术研究计划资助项目(N。,BG2005026):江苏省自然科 学基金资助项目(No,BK2006078) 作者简介：王宏明(1974一)，男，讲师，博士研究生；任忠鸣(1958一)，男，教授，博士，E-mail:zmren(@mail.shu.edu:cm电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响 王宏明1‚2） 任忠鸣1） 夏小江2） 戴起勋2） 李桂荣2） 1） 上海大学材料科学与工程学院‚上海200072 2） 江苏大学材料科学与工程学院‚镇江212013 摘 要 利用有限元软件 ANSYS 对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟‚分析了结晶器内钢液面高度对磁场及 电磁力分布的影响．结果表明：钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面；当钢液面低于线圈上沿时‚钢液中磁感应强度的最 大值出现在钢液上表面附近‚并沿拉坯方向逐渐递减；当钢液面高于线圈上沿时‚随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向 线圈中部移动；钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致． 关键词 电磁软接触连铸；电磁场分布；钢液高度；结晶器；三维数值模拟 分类号 TG249∙7；TG111∙4 Effect of molten steel level on the magnetic field distribution in an electromagnetic soft-contact continuous casting mold W A NG Hongming 1‚2）‚REN Zhongming 1）‚XIA Xiaojiang 2）‚DAI Qixun 2）‚LI Guirong 2） 1） School of Materials Science and Engineering‚Shanghai University‚Shanghai200072‚China 2） School of Materials Science and Engineering‚Jiangsu University‚Zhenjiang212013‚China ABSTRACT T hree-dimensional numerical simulations on the magnetic field in an electromagnetic soft-contact continuous casting mold were carried out through the finite element software ANSYS．T he effects of molten steel level in mold on the distributions of magnetic field and electromagnetic force were analyzed．T he results show that the magnetic induction density‚B‚is mainly distribut￾ed at the profile-surface of molten steel．If the molten steel level is below the coil top‚the maximum value of B is near the top surface of molten steel and falls gradually along the withdrawing direction．If the molten steel level is above the coil top‚the maximum value of B is moving toward the centre of the coil as the molten steel level is rising．T he distributing character of electromagnetic force is mostly consistent with that of B． KEY WORDS electromagnetic soft-contact continuous casting；electromagnetic field distribution；molten steel level；mold；three￾dimensional numerical simulation 收稿日期：2007-05-25 修回日期：2007-07-17 基金项目：江苏省高校自然科学研究计划资助项目（No．05KJD450043）；江苏省高技术研究计划资助项目（No．BG2005026）；江苏省自然科 学基金资助项目（No．BK2006078） 作者简介：王宏明（1974—）‚男‚讲师‚博士研究生；任忠鸣（1958—）‚男‚教授‚博士‚E-mail：zmren＠mail．shu．edu．cn 软接触电磁连铸技术是利用高频交变电磁场在 结晶器内金属的初始凝固区施加电磁压力来减少液 体金属与结晶器壁间的接触压力‚从而减小结晶器 振动对铸坯表面质量的影响‚并增加铸坯与结晶器 间的润滑‚降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热 来提高铸坯的表面质量［1—2］．研究电磁场分布对于 确定软接触电磁连铸的各项工艺参数有至关重要的 作用‚因此是该技术研究的热点之一［3］．前期研究 主要集中在结晶器结构及电磁参数对磁场分布的影 响方面‚如 Kageyama 等［4］ 对钢的电磁铸造模型进 行了三维数值模拟‚Kim 等［5］对高频连铸过程中磁 场分布进行了计算和实验‚于光伟等［6］对方坯切缝 结晶器内磁场进行了大量的研究‚张林涛等［7］对部 分切缝软接触结晶器进行了研究‚但对结晶器内有 钢液且钢液面处于波动状态这一实际情况对磁场及 电磁压力分布的影响的研究报道较少．本文通过建 立电磁软接触连铸结晶器内电磁场计算的三维数学 模型‚模拟分析结晶器内存在钢液及其液面高度对 磁场分布和电磁压力分布的影响‚为电磁软接触连 铸工艺的应用提供参考． 第30卷 第7期 2008年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．7 Jul．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．07．040