第11卷第2期 2011年4月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
Vol.11 No.2 Apr.2011
双条横稳电磁制动板坏结晶器内钢液流动与传热及凝固耦合的数值模拟
岳强，周俐，王建军
(安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山243002)
摘要：建立了板坏连铸结晶器内流动、传热和凝固耦合的数学模型，分析了在有无电磁制动下，结晶器内钢液流动、温度分布及度周坏壳厚度的变化情况，结果表明，在电遮制动的作用下，从没入式水口流出的钢液速度得到了抑制引入电磁场能减小射流冲击深度，有利于稳定和减少钢液面波动和促进凝固坏壳的生长，拉速为1.1m/min时，结晶器出口处凝固坏壳厚度增加约2mm
关键词：板坏连铸结品器：电磁制动；凝固；数值模拟
中图分类号：TF777.1 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)02-0187-06
对电磁场作用下钢液的流动、传热进行了较为详细的数值模拟，但未考虑钢液凝固的影响.最近，Liu等[13]在
板坏连铸是钢液流动、传热和凝固等复杂行为相互作用的过程，连铸坏在结晶器和二冷段的凝固直接影响铸坏质量，数值模拟是研究这一复杂过程的主要方法("] 金学伟等川采用连续动态三维耦合模型对板坏连铸凝固过程的流场、温度场和凝固进行模拟，分析了钢液在结晶器内的流动情况及凝固对流动的影响.仇圣桃等[2]采用低雷诺数瑞流模型，建立了板坏连铸过程流场、温度场和凝固的三维耦合数学模型，张炯明等3采用有限元方法建立了结晶器内凝固传热模型，利用商业软件进行求解，得到凝固坏壳的应力、应变情况，从而确定连铸结晶器壁的合理锥度.Meng等[4采用有限元方法对高拉速板坏连铸结晶器内铜板的热行为进行了模拟研究，其中热流密度以分段热流的形式给出，随拉速提高，结晶器内流动加剧，铸坏表面和内部质量恶化，且会增加漏钢的几率，实现高效连铸需要控制并改善结晶器内的流场[3)，结晶器电磁制动(ElectromagneficBrake，EMB)技术对改善其内部流场具有重要作用[3-6],Li等[6]通过数值模拟手段对板坏连铸机的流场进行了模报，并分析了吹氢对结晶器内流场的影响.Cukierski等[7]、Wang等[8]、 Yu等[9]在电磁制动作用下，对结晶器内的流体流动进行了数值模拟研究
黄军涛等分别模拟了全幅一段和全幅二段电磁制动条件下板坏结晶器内三维流场和非金属夹杂物轨迹的分布，并对制动效果进行了分析和比较，但数学模型中未考虑钢液凝固的影响。为简化凝固计算，郑红霞等1采用虚拟凝固坏壳计算温度场，由于采用经验公式虚拟凝壳，应用范围受到限制.Yu等(12)在吹气条件下收稳日期：2011-0124，修图日期：2011-0328
基金项月：国家自然科学基金资助项日(编号：51004001)
电磁制动作用下，采用平均热流形式对CSP和FTSC结晶器内的流动和传热及凝固进行了数值模拟，详细分析了不同磁场强度下结晶器内流场、温度场及激固坏壳厚度的变化情况
对结晶器内流体流动及流动与传热耦合的数值模拟有较多研究，在电磁场作用下流体流动、传热及凝固耦合的数值模拟研究尚不多见，结品器内电磁场、流场、温度场和钢液的凝固是相互耦合作用的，特别是钢液凝固时必然伴随有相变放热，同时，钢减内部糊状区和固相区的存在对流场的分布有很大影响[4]，为此，本研究以某钢厂板坏连铸结晶器为研究对象，以FLUENT软件及磁流体力学模块[15](Magneto-hydrodynamics，MHD) 为平台，通过用户自定义函数(UDF)进行二次开发，分别在有无电磁制动作用下，建立了板坏连铸结晶器和二冷区(第一、二段)连铸过程中钢水流动、传热和凝固程合的三维数学模型，试图描述连铸板坏在电磁场作用下，钢液流动、传热和凝固现象之间的交互作用
2
数学模型
2.1基本方程及满流模型
连续性方程：
apu)axp-0.
动量方程：
a(uw)apa ax,aa
(1)
+ pg; + F. (2) Perx）
满流模型采用Lam和Bremhorst低雷诺数双方程滞流模型：
作者简介：岳强(1980-)，男，内蒙古包头市人，博士，讲师，钢铁冶金专业，Tel:15905556998，E-mail:yueqneuyaboo.cn 万方数据