大方坯电磁制动的数值模拟

1. 大方坯电磁制动的数值模拟 Reporter：Song Xiaopeng (宋小鹏 硕士) PH.D. tutor: Cheng Shusen professor (程树森 教授) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, China （北京科技大学 冶金与生态工程学院） Cheng Shusen, E-mail: chengsusen@metall.ustb.edu.cn Song Xiaopeng,E-mail:songxp03@163.com

2. 内容 • 电磁制动的意义，研究方法 • 目前电磁制动研究存在的问题 • 数值计算结果 • 结论

3. 1 电磁制动的意义，研究方法 • 对大方坯连铸生产过程：单水口流股穿透深度很大（≥3m）[1],夹杂物可能来不及上浮就被卷入凝固壳中；而EMBr可使穿透深度大为减小，利于提高钢材洁净度。 • 结晶器内刚液面在EMBr作用下有更大的过热度，为低温浇铸创造有利条件。 • 铸坯厚度增加均匀，减小拉漏几率，实现更安全生产。 • …… 研究方法：冷态或热态模拟 投资大 依赖测量技术 数值模拟：流场、温度场、凝固、多相流耦合计算 [1] 电磁冶金原理与工艺 贾光霖等

4. 2 目前电磁制动研究存在的问题 • 电磁场分布特性 电磁场的数值模拟 精度要高 • 流场计算 不考虑凝固而计算流场是不太科学的，但考虑到凝固又必须考虑传热。各个物理场互相影响，从而电磁制动的数值模拟是多物理场的耦合模拟， • 考虑多相流

5. 物理模型 (a) Mold (b) EMBr instrument (c) Magnetic circuit for EMBr CC Mold and EMBr instrument Material Property Material Core (Iron) mold (copper) liquid steel Air Relative permeability 1000 0.999991 1.0 1.0000004 conductive，S/m 0.01 5.8×107 7.14×105 1.0×10-5

6. 数学模型 控制微分方程 1）连续性方程 2) 动量方程 3) 能量方程 4) k–epsilon 方程 5) Maxwell 方程组 边界条件 初始条件 1） 拉坯速度 2) 浇注温度 3) 结晶器传热系数 4) k–epsilon 入口值 5) 结晶器壁电势

7. (a) xz plane (b) xy plane (c) yz plane Contours and vector of magnetic field at various cross-section plane 电磁场的数值模拟结果

8. XY横截面 XZ横截面 YZ横截面

9. 对称面洛伦兹力分布 电磁制动前后对称面速度场

10. 结晶器垂直线上速度分布 弯月面速度分布 图5 弯月面处水平速度分布

11. 使用EMBr 使用电磁制动前后流线对比 不使用EMBr

12. 对称面上湍动能(×10-3m2/s2) 对称面上温度分布 （K）

13. 结晶器中心线上 温度分布 铸坯表面中心线上 温度分布

14. 各个横截面温度分布：依次为钢液面、结晶器中部、结晶器出口各个横截面温度分布：依次为钢液面、结晶器中部、结晶器出口

15. 窄面 宽面 宽面和窄面上铸坯厚度

16. 结论 • 有效减小SEN出口射流冲击深度 • EMBr有效改变流场，大涡流消失，利于夹杂物上浮 • 结晶器液面在EMBr作用下有更高过热度，中部 • 铸坯均匀生长

17. Thanks for your listening!