磁壓約束控制金屬液面波動和渣金界面行為的基礎研究

《磁壓約束控制金屬液面波動和渣金界面行為的基礎研究》是依託東北大學，由鄧安元擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：磁壓約束控制金屬液面波動和渣金界面行為的基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄧安元
• 依託單位：東北大學

中文摘要

合理控制液面波動是連鑄過程中非常關鍵的問題。本項目提出了利用磁壓約束作用來控制液面波動和變形的構想。採用實驗和模擬相結合的方法，通過研究不同磁場下的磁場和電磁力分布規律，揭示磁壓分布基本特徵。探索磁壓約束下磁致流體流動和液面波動的特性。系統研究磁壓約束下液面波動行為，獲得利用磁壓約束控制液面波動的基本理論和方法，建立液面波動基本關係式。探索磁壓對液面變形的作用機理；揭示磁壓約束對氣泡運動和分布行為的影響規律以及含氣率對磁壓約束作用的影響規律；研究磁壓約束對渣金界面波動控制基本規律，探索磁壓控制下渣金界面失穩條件和卷渣機理；考察熔池特徵尺寸、液面流速、作用距離、磁場強度和頻率等因素對磁壓約束效果的影響規律，獲得參數的匹配關係。本項目的研究對揭示磁壓約束機理、完善電磁冶金基本理論、開發新的冶金新技術和實現高效連鑄具有迫切的現實意義。

結題摘要

合理控制液面波動是連鑄過程中非常關鍵的問題。對磁壓約束下的液面行為進行了研究。開發了磁-流場雙向耦合程式。程式可用於磁場作用下液面行為、流動和渣金界面行為及多相流動的耦合分析。建立了循環流動裝置和連鑄熱模擬實驗平台；該平台可用於電磁連鑄結晶器內流動和液面行為的熱態實驗研究。 研究了不同磁場發生器的電磁特性，獲得了相關參數對磁場特性的影響規律，為高效磁場發生器的設計提供了思路。約束磁場會在金屬液面產生垂直於液面的磁壓力。液面形狀與磁壓分布密切相關。磁場作用會引起液面波動，波動隨著電流強度增加而加劇，但波動振幅小於1 mm。電流強度越大，磁壓控制液面變形的能力越強。大於20 kHz後，磁壓控制液面變形的能力不再受頻率影響。導線平行於結晶器寬面的磁場發生器的效率較高。 獲得了磁約束下鼓包變形的基本規律。驗證了磁約束抑制液面波動的可行性。磁約束鼓包變形的機理為磁壓與重力的疊加效應和磁壓對射流速度的抑制作用。磁約束可有效抑制鼓包變形和液面波動，單主頻波動變為多主頻的微小波動；抑制效果隨著磁壓增加而增強。適當強度和作用範圍的磁壓力可完全抑制鼓包變形。磁場作用面積與變形面積之比約為0.8時，抑制效果較好。磁壓抑制效率與磁場強度近似呈線性關係，較大的Rω可提高抑制效率。施加磁壓能改善鋼包內的流場。獲得了磁壓作用對渣金界面和渣眼行為的影響規律。磁壓強度與噴吹強度匹配時，可達到消除渣眼的效果。 研究了磁約束作用對結晶器內液面波動和內部流動的影響規律；分析了磁場特性與液面波動抑制效果間的關係。揭示了相關參數對液面行為的影響規律。確定了磁場發生器的類型，對發生器提出了疏密設計的設計方案。提出了合理的線圈設定位置。電流強度在一定範圍內時磁約束作用對結晶器內金屬液面變形和波動的抑制效果最好。獲得了磁約束強度與拉速、水口浸入深度和水口傾角的匹配關係。高拉速條件下施加磁壓約束更有利於發揮磁壓約束的冶金效果。磁壓力對結晶器內部流動的影響不大。 項目研究拓展了電磁冶金技術，為控制金屬液面行為提供了一種新的電磁控制思路和方法，具有重要的理論和實用價值。