專利名稱：一種板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉連鑄工藝技術領域，特別涉及一種板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌器布置方式和攪拌電流方向的判斷確定方法。
背景技術：
在板坯連鑄機二次冷卻區(qū)上合理運用電磁攪拌技術，可以顯著減輕中心偏析和中心疏松，大大提高等軸晶率，基本消除內裂與中心縮孔，提高鑄坯合格率，尤其對寬厚板而言電磁攪拌的效果尤為明顯，并已成為一種重要的技術手段，為國內外很多鋼廠的實踐所證實。然而，目前國內外的煉鋼生產廠家所設計的電磁攪拌參數均是由設備廠家給定的，因此并不根據工藝參數的變化而調整電磁攪拌參數。實踐證明，只有針對不同的鋼種和澆注工藝需要使用不同的攪拌參數才能達到最佳效果，否則鑄坯質量反而會惡化。已有技術大多針對電磁攪拌設備進行改進，而關于板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的確定，在已發(fā)表的文章中，僅有電流強度和頻率對攪拌效果的影響規(guī)律，且各報道結論相差較大。電磁攪拌器通常由兩對線圈組成，其布置方式主要分為同側布置和對面布置兩種；電磁攪拌器的電流方向可分為同向和異向，不同電流方向所形成的磁場完全不同，所產生的攪拌效果也是差異很大，可見電磁攪拌器的布置方式和攪拌電流方向對攪拌效果有重要的影響，但關于此方面的研究尚未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在提供一種根據板坯連鑄二次冷卻區(qū)電磁攪拌實際，進行合理假設，通過有限元數值的模擬計算，獲得電磁場的各種物理量及分布狀態(tài)，驗證不同攪拌器布置方式及攪拌電流方向對攪拌效果的影響強度，從而確定合理的電磁攪拌布置方式和攪拌電流方向的方法。為達此目的，本發(fā)明采取了如下技術解決方案
一種板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法，采用有限元法，根據現場電磁攪拌應用條件所作的假設，進行有限元數值的模擬計算，獲得磁感應強度的大小及分布狀態(tài)，并據此判斷不同攪拌器布置方式及攪拌電流方向所產生攪拌效果的強弱，確定合理的電磁攪拌布置方式和攪拌電流方向。其具體方法和步驟為
1、二次冷卻區(qū)電磁攪拌磁場分布的數值模擬
電磁攪拌采用的是低頻線性的交變電磁場，故符合麥克斯韋(Maxwell)微分方程組
權利要求
1. 一種板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法，其特征在于，采用有限元法，根據現場電磁攪拌應用條件所作的假設，進行有限元數值的模擬計算，獲得磁感應強度的大小及分布狀態(tài)，并據此判斷不同攪拌器布置方式及攪拌電流方向所產生攪拌效果的強弱，確定合理的電磁攪拌布置方式和攪拌電流方向；其具體方法和步驟為 (1)、二次冷卻區(qū)電磁攪拌磁場分布的數值模擬電磁攪拌采用的是低頻線性的交變電磁場，故符合麥克斯韋(Maxwell)微分方程組 L· _ aeVxiE =——— 3tatVD=PtVJ( = 0式中V為拉普拉斯(Laplace)算子f為電場強度，V/m 為磁感應強度，T ;t為時間，s ；//為磁場強度，A/m ^為電位移矢量，C/m2 ；/為電流密度，A/m2 ’Ρ·為電荷密度，C/m3 ；為表征在電磁場作用下媒質的宏觀特性，在求解電磁場分布時，需補充描述材料電磁特性的本構方程\Β=-ι￡U=fs式中E力介電常數，F/m #力磁導率，H/m;介電常數ε與磁導率的值視為常數； 在與電場有關的本構方程中應考慮在電磁攪拌過程中，因導電鋼液的流動切割磁場而產生的感應電流密度 J= cr(￡+juFxJ )式中σ為電導率，S/m ；V為運動速度，m/s ； 對于導電鋼液來說，σ =7. 6 X IO5 S/m, ε =8. 85Χ 1(Γ12 F/m ； 在攪拌器通電電流頻率范圍內，位移電流忽略不計；因此則有▽ X # = / ； 同時，由于在線性電磁攪拌中，鑄坯的斷面平均流速為零，磁場受鋼液流動的影響較小，故忽略不計；因此有-.J 二 ο E ；采用磁矢勢法進行求解，引入磁矢勢和電標勢描述磁場在空間中的分布情況，定義如下為"Jl =VxA------Ψ式中d為磁矢勢為電標勢；為了使磁矢勢的解具有唯一性，引入洛倫茲(Lorentz)規(guī)范"V-A= 03t即得到二次冷卻區(qū)電磁攪拌磁場計算所需的 磁場偏微分方程
2.根據權利要求1所述的板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法，其特征在于，所述電磁攪拌器的布置方式采用對面布置。
3.根據權利要求1所述的板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法，其特征在于，所述電磁攪拌的電流方向采用異向電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種板坯二次冷卻區(qū)電磁攪拌參數的制定方法，根據現場電磁攪拌條件的假設，進行有限元數值的模擬計算，獲得磁感應強度的大小和分布狀態(tài)，并據此判斷不同攪拌器布置方式及攪拌電流方向所產生攪拌效果的強弱，確定合理的電磁攪拌布置方式和攪拌電流方向。本發(fā)明可以快速計算出電磁場的磁感應強度、電磁力等各種物理量，準確驗證現有電磁攪拌參數的合理性及電磁攪拌強度的強弱，有效判斷不同連鑄澆注條件下電磁攪拌所需的最佳攪拌參數，從而合理選擇確定攪拌器布置方式和攪拌電流的方向。應用本發(fā)明優(yōu)化后的參數和模式，可以明顯提高攪拌強度，擴大等軸晶率，提高組織致密性和均勻性。
文檔編號B22D11/22GK102527973SQ20101058852
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者李立勛, 王軍, 翟寶鵬, 趙雷, 金百剛, 陳明 申請人:鞍鋼股份有限公司