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连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动的数值模拟与实验研究
引言
连铸技术已成为钢铁工业中最重要的生产工艺之一，而连铸电磁搅拌结晶器则是连铸过程中重要的设备之一。钢液在结晶器内的流动状态对于钢坯的质量和生产效率影响重大。为了优化连铸工艺，需要研究连铸电磁搅拌结晶器内钢液的流动情况。本文将采用数值模拟和实验方法研究该问题。
数值模拟
为研究连铸电磁搅拌结晶器内钢液的流动情况，采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。使用ANSYSFluent软件，建立三维计算模型，包括连铸电磁搅拌结晶器、导流板和钢液。模拟过程中，采用RNGk-ε湍流模型，考虑了差动压力单元和第二位数压力耦合算法，同时模拟了钢液的电磁效应。模型的网格数为150万，细化了钢液和结晶器壁面。
在模拟过程中，钢液的物理性质采用了温度和浓度相关的关系式，同时考虑了钢液的流变性。在模拟初期，钢液和结晶器均处于静止状态。随后，应用一个稳定的电磁场激活钢液，造成钢液内部涡旋的形成，从而观察其对流动的影响。模拟结果表明，稳定的电磁场可以促进液体的混合和流动，并且可以有效地减少结晶器内部的死区，从而提高铸坯的质量和机能。
实验研究
为验证数值模拟结果，还需进行实验研究。研究采用了悬挂法进行，采用低红外辐射温度计、激光衍射仪和高速摄影等测试设备进行测量。将相同的连铸电磁搅拌结晶器置于实验室中，加入钢液，记录不同电流强度和频率下钢液的流动情况，并进行实时监测和数据记录。
实验结果表明，与数值模拟结果相似，稳定的电磁场可以显著地促进钢液的混合和流动，从而减少了结晶器内部的死区。钢液的流速、涡旋大小和形态均与电流强度和频率密切相关。提高电流强度和频率可以加速钢液的混合和流动，但过高的电流强度会增加结晶器内部的涡流产生，从而对钢液的流动造成不利影响。
结论
本文通过数值模拟和实验方法研究了连铸电磁搅拌结晶器内钢液的流动情况。结果表明，稳定的电磁场可以显著地促进钢液的混合和流动，减少结晶器内部的死区，提高铸坯的质量和机能。在实践生产中，需要根据具体情况选择合适的电流强度和频率，以达到最佳的工艺效益。