PMO作用下连铸二冷区电磁场-流场-温度场的数值模拟

doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1814

上海大学学报(自然科学版) ›› 2018, Vol. 24 ›› Issue (3): 412-421.doi: 10.12066/j.issn.1007-2861.1814

PMO作用下连铸二冷区电磁场-流场-温度场的数值模拟

郝军利¹^,², 赵静¹^,², 仲红刚¹^,²^,³, 徐智帅¹^,², 李仁兴¹^,², 翟启杰¹^,²()

1.上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室, 上海 200072
2.上海大学上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室, 上海 200072
3.上海大学上海材料基因组工程研究院, 上海 200072

收稿日期:2016-06-15 出版日期:2018-06-15 发布日期:2018-06-27
通讯作者: 翟启杰 E-mail:qjzhai@shu.edu.cn
基金资助:
上海市科委重点资助项目(14DZ2261200);国家重点基础研究发展计划资助项目(2011CB012902)

Coupled numerical simulation on electromagnetic field, flow field and temperature field in round billet secondary cooling zone with PMO

HAO Junli¹^,², ZHAO Jing¹^,², ZHONG Honggang¹^,²^,³, XU Zhishuai¹^,², LI Renxing¹^,², ZHAI Qijie¹^,²()

1. State Key Laboratory of Advanced Special Steel, Shanghai University, Shanghai 200072, China
2. Shanghai Key Laboratory of Advanced Ferrometallurgy, Shanghai University, Shanghai 200072, China
3. Shanghai Institute of Materials Genome, Shanghai University, Shanghai 200072, China

Received:2016-06-15 Online:2018-06-15 Published:2018-06-27
Contact: ZHAI Qijie E-mail:qjzhai@shu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

建立了在圆坯二冷区脉冲磁致振荡条件下电磁场-流场-温度场耦合数学模型.利用ANSYS有限元软件,研究了在脉冲磁致振荡凝固细晶(pulse magneto oscillation, PMO)作用下铸坯内部磁感应强度、电磁力以及焦耳热的分布,并且通过耦合电磁力与焦耳热得到了相应流场及温度场的变化规律.研究表明, 当铸坯中施加脉冲磁致振荡作用时在电磁力的驱动下,铸坯内部靠近线圈位置将形成上下2个回流区,这种形式的流动能够降低铸坯的中心温度,使得铸坯内部的温度场分布更均匀, 有助于晶粒细化.

关键词: 圆坯, 脉冲磁致振荡, 电磁场, 流场, 温度场, 数值模拟

Abstract:

A mathematical model that couples electromagnetic field, flow field and temperature field is established to study round billet secondary cooling zone under pulse magneto-oscillation pulse magneto oscillation (PMO) using the finite element analysis software ANSYS. Billet internal magnetic flux density, electromagnetic force and Joule heat distribution are analyzed. Distribution of the flow field and temperature field are obtained according to the coupling electromagnetic force and Joule heat. The results show that an upper and lower recirculation zone is formed since a driving electromagnetic force is generated by pulse magneto-oscillation. The flow can reduce billet center temperature. As a result, the internal temperature distribution becomes more uniform, which is beneficial to grain refinement.

Key words: round billet, pulsed magneto-oscillation, electromagnetic field, flow field, temperature field, numerical simulation

中图分类号:

TG244

郝军利, 赵静, 仲红刚, 徐智帅, 李仁兴, 翟启杰. PMO作用下连铸二冷区电磁场-流场-温度场的数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2018, 24(3): 412-421.

HAO Junli, ZHAO Jing, ZHONG Honggang, XU Zhishuai, LI Renxing, ZHAI Qijie. Coupled numerical simulation on electromagnetic field, flow field and temperature field in round billet secondary cooling zone with PMO[J]. Journal of Shanghai University（Natural Science Edition）, 2018, 24(3): 412-421.

图/表 9

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

[1]	Vives C, Ricou R. Experimental study of continuous electromagnetic casting of aluminum alloys[J]. Metallurgical and Materials Transactions B, 1985,16(2):377-384.
[2]	Langenberg F C, Pestel G, Honeycutt C R. Grain refinement of steel ingots by solidification in a moving electromagnetic field[J]. Trans Metall Soc AIME, 1961,221:993-1000.
[3]	Vivès C. Effects of electromagnetic vibrations on the microstructure of continuously cast aluminium alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 1993,173(1/2):169-172.
[4]	葛丰德. 电磁场对铝合金凝固过程的影响[J]. 哈尔滨理工大学学报, 1983(1):70-78.
[5]	Zhai Q J, Li Q S, Li H B. Structure evolution and solidification behavior of austenitic stainless steel in pulsed magnetic field[J]. Journal of Iron and Steel Research International, 2006,13(5):69-72.
[6]	Gong Y Y, Luo J, Jing J X, et al. Structure refinement of pure aluminum by pulse magneto-oscillation[J]. Materials Science and Engineering A, 2008,497(1):147-152.
[7]	Liao X, Zhai Q, Luo J, et al. Refining mechanism of the electric current pulse on the solidification structure of pure aluminum[J]. Acta Materialia, 2007,55(9):3103-3109. doi: 10.1016/j.actamat.2007.01.014
[8]	黄军涛, 赫冀成. 方坯连铸二冷区电磁旋转搅拌数值模拟[J]. 钢铁研究学报, 2001,13(5):19-23.
[9]	于海岐, 朱苗勇. 圆坯结晶器电磁搅拌过程三维流场与温度场数值模拟[J]. 金属学报, 2008,44(12):1465-1473.
[10]	陈伟, 王宝祥, 冯永平, 等. $\phi $210 mm圆坯结晶器电磁场-流场-温度场耦合数值模拟研究[J]. 铸造技术, 2013(4):458-461.
[11]	翟启杰, 龚永勇, 李仁兴. 脉冲磁致振荡凝固细晶技术及其在连铸中的应用[ C]//炼钢品种、质量提升研讨会. 2015: 12-16.
[12]	Nozaki T, Matsuno J I, Murata K, et al. A secondary cooling pattern for preventing surface cracks of continuous casting slab[J]. Trans Iron Steel Inst Jpn, 1978,18(6):330-338.

[1]	戴柳丝, 姚浩, 任重. 钢货架锁螺栓式梁柱节点子结构的抗连续性倒塌性能分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2026, 32(3): 447-463.
[2]	沈洋, 王长虹, 马铖涛, 汤道飞, 杨天笑. 约束注浆挤扩钻孔灌注桩的承载力与破坏机理[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2026, 32(3): 491-506.
[3]	王雪柔, 范东亮, 唐晓峰, 董宇红. 颗粒-槽道湍流两相流中热辐射和粒径分散性对流动和传热的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2026, 32(1): 96-107.
[4]	胡祖徽, 况望望, 杨梦圆, 郭盼, 张辉, 王音, 任伟. 基于相场-流场耦合模型的Phase Lab:多相生长与形核的微观结构演化模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(5): 848-859.
[5]	徐凡, 陈湘茹, 翟启杰. PMO对Cr8Mo2SiV钢锭凝固组织和偏析的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(4): 632-645.
[6]	朱守豪, 刘海宁, 徐智帅, 李志聪, 陈湘茹, 翟启杰. PMO对M2高速钢连铸坯凝固组织及碳化物析出的影响[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(3): 403-419.
[7]	金泽雨, 施美华, 李爱军. 铅酸电池启停循环过程的多物理场建模与数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2025, 31(2): 348-356.
[8]	何路强, 周祥运, 孙德安. 高放废物处置库温度场解析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2023, 29(4): 769-.
[9]	郑天晴, 徐燕祎, 张云虎, 翟启杰. 基于电流加热连铸恒温出坯温度场的分布与演变规律[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2022, 28(5): 857-871.
[10]	严佳, 柴军生, 任国哲, 吴忱韩, 唐小龙, 杨小权, 丁珏, 翁培奋. 航空发动机涡轮流动及噪声数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(6): 993-1009.
[11]	连景杰, 郭加宏, 雷作胜. 高频调幅交变电磁场金属液滴悬浮振荡的 3 维数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(5): 879-890.
[12]	李东, 张晔琛. 混凝土水化放热模型的实验分析和计算[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(4): 795-802.
[13]	施美华, 董李, 袁经超, 张树祥, 邵勤思, 颜蔚, 李江, 李爱军, 张久俊. 铅酸电池多物理场建模与数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(3): 444-453.
[14]	邓放, 韩桂来, 刘美宽, 丁珏, 翁培奋, 姜宗林. 不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 307-324.
[15]	高俊丽, 徐宏飞, 袁川, 曹威. 不同温度环境下加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的颗粒流数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 336-346.

PMO作用下连铸二冷区电磁场-流场-温度场的数值模拟

Coupled numerical simulation on electromagnetic field, flow field and temperature field in round billet secondary cooling zone with PMO

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价