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板坯连铸辊式电磁搅拌的数值模拟

作　者: 尹永昌
导　师: 李建超
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 板坯二冷区电磁搅拌数值模拟
分类号: TF777.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以连铸板坯二冷区辊式电磁搅拌器为研究对象。通过ANSYS有限元分析软件，首先对一组电磁搅拌辊在不同工艺参数（电流强度和电流频率）和搅拌器结构（磁屏蔽环材料和开口角度）分别对铸坯内磁感应强度、体积电磁力的影响进行分析。然后从实际使用角度出发，寻求最佳工艺参数和搅拌器结构，从而优化板坯连铸二冷区辊式电磁搅拌器的搅拌效果。最后分析了两组电磁搅拌辊在最佳搅拌参数条件下不同辊间距（1220mm、720mm和0mm）以及不同搅拌方式（三环式和双蝶式）对铸坯内流场分布的影响。当电流频率为6Hz、电流强度为280~480A时，随着电流强度的增大，磁感应强度和体积电磁力逐渐增大，但是磁感应强度的增幅越来越小。电流强度为480A时，磁感应强度和体积电磁力分别达到0.0703T，12692N/m~3。当电流强度为400A、电流频率为4~11Hz时，随着电流频率的增加，磁感应强度逐渐减小，但是体积电磁力逐渐增大并最终达到最大值12736N/m~3。对分别由铜、铝、硅钢三种不同材料制成的磁屏蔽环及开口角度分别为90°、120°、150°和180°的磁屏蔽环进行分析。与无磁屏蔽环相比，采用硅钢制成的磁屏蔽环时，铸坯中心部位的体积电磁力明显下降，而采用铜和铝时体积电磁力分别提高了约677N/m~3和472N/m~3。磁屏蔽环开口角度为180°时，中心体积电磁力最小，约11510N/m~3；开口角度为120°时最大，约11756N/m~3。当两组搅拌器间距为1220mm时，双蝶式搅拌形成了4个强度较小的环流，而三环式搅拌形成强有力的中部大环流，此时三环式搅拌方式优于双蝶式。当辊间距为0mm时，三环式搅拌只在中间形成一个较小的搅拌区域，搅拌强度明显减弱，但双蝶式搅拌形成了非常强的单蝶流场，此时双蝶式搅拌优于三环式搅拌。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-27
  1.1 板坯连铸技术的发展进程  10-12
  1.2 板坯电磁搅拌技术的介绍  12-23
    1.2.1 板坯电磁搅拌技术的发展  12
    1.2.2 板坯行波电磁搅拌器的原理及特点  12-15
    1.2.3 板坯二冷区电磁搅拌器的主要形式及特点  15-20
    1.2.4 二冷区电磁搅拌对板坯质量的影响  20-23
  1.3 板坯电磁搅拌过程的数值模拟概况  23-24
  1.4 本文的研究目的和内容  24-27
2 连铸板坯二冷区磁场和流场的数值计算  27-34
  2.1 磁场数值模拟的基本理论  27-29
    2.1.1 电磁场基本定律  27-28
    2.1.2 麦克斯韦方程组  28-29
  2.2 流场湍流模型概述  29-34
    2.2.1 湍流基础  29-30
    2.2.2 湍流模型  30-34
3 一组电磁搅拌辊的计算结果分析  34-54
  3.1 一组电磁搅拌辊的物理模型  34-36
    3.1.1 模型结构和网格划分  34-36
    3.1.2 初始条件和边界条件  36
  3.2 无磁屏蔽环时磁场的计算结果分析  36-44
    3.2.1 无磁屏蔽环时电流强度对铸坯磁场的影响  36-40
    3.2.2 无磁屏蔽环时电流频率对铸坯磁场的影响  40-44
  3.3 磁屏蔽环材料和开口角度对磁场影响的结果分析  44-50
    3.3.1 磁屏蔽环材料对铸坯磁场的影响  44-47
    3.3.2 磁屏蔽环开口角度对铸坯磁场的影响  47-50
  3.4 一组电磁搅拌辊在最佳参数下的磁场和流场结果分析  50-54
    3.4.1 一组电磁搅拌辊下的磁场结果分析  50-52
    3.4.2 一组电磁搅拌辊下的流场结果分析  52-54
4 两组电磁搅拌辊的计算结果分析  54-60
  4.1 两组电磁搅拌辊的物理模型  54-56
  4.2 两组电磁搅拌辊的磁场结果分析  56-57
  4.3 两组电磁搅拌辊的流场结果分析  57-60
结论  60-61
参考文献  61-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

板坯连铸辊式电磁搅拌的数值模拟

内容摘要

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