1、在國內外鋼材市場的激烈競爭和原材料緊缺的大環(huán)境下，高效緊湊的現(xiàn)代化近終形連鑄連軋技術成為當代鋼鐵產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。在近二十年的時間里，薄板坯連鑄連軋越來越廣泛的被應用到工業(yè)生產(chǎn)中；與此同時，電磁冶金技術作為一項提高鑄坯質量的先進環(huán)保工藝亦得到飛速發(fā)展。對于薄板坯漏斗形結晶器而言，由于拉坯速度高、寬厚比大，結晶器內的鋼液行為很難控制，容易產(chǎn)生拉漏現(xiàn)象、減少連鑄設備使用壽命、降低鑄坯質量等。在這種情況下，電磁制動技術應運而生，通過施加外電

2、磁場產(chǎn)生洛侖茲力對運動鑄坯進行非接觸控制。本研究的目的是采用數(shù)值模擬的手段通過電磁制動技術對薄板坯連鑄漏斗形結晶器內鋼液行為進行控制，找出較為合理的結構參數(shù)和操作參數(shù)，作為實際工業(yè)生產(chǎn)的理論依據(jù)。本研究分為兩個部分，包括新型電磁制動裝置的開發(fā)和結晶器內鋼液行為的數(shù)值模擬，具體如下所述：
　　 針對薄板坯連鑄Compact Strip Production(CSP)漏斗形結晶器結構的特殊性，在傳統(tǒng)電磁制動裝置的基礎上設計開發(fā)了新型

3、電磁制動裝置。相比傳統(tǒng)制動裝置，該制動裝置在節(jié)約電能、降低生產(chǎn)成本的前提下，能夠對鋼液行為產(chǎn)生更有效的制動效果，從而更好地改善鑄坯表面質量和內部質量并提高生產(chǎn)效率。按照由淺入深，由簡單到復雜的次序，成功建立了薄板坯連鑄漏斗形結晶器鋼液流動、傳熱、凝固以及電磁場三維數(shù)學模型。在缺乏實驗數(shù)據(jù)的前提下，采用經(jīng)典算例分別對流動、傳熱、凝固以及電磁場模型進行驗證，結果顯示，本研究采用的每個模型的計算結果均真實可靠。對于流場計算，采用基于有限容積法

4、的模擬軟件CFD—ACE進行模擬研究。在結晶器和浸入式水口結構尺寸一定的前提下，改變水口浸入深度和拉坯速度這兩個參數(shù)，采用結晶器內流場速度矢量、湍動能分布以及彎月面附近最大速度等作為參考依據(jù)對計算結果進行分析，考察了這兩個設計參數(shù)對結晶器鋼液流動的影響。為接下來的深入研究打下堅實的理論基礎。
　　 電磁場的計算部分，采用基于有限元法的模擬軟件ANSYS對本研究開發(fā)的新型電磁制動裝置產(chǎn)生的磁場在漏斗形結晶器內的分布進行了模擬研究，

5、并與傳統(tǒng)電磁制動裝置下的結果相比較。結果顯示，新型電磁制動裝置產(chǎn)生的磁場強度較大；但是磁場分布極不均勻，在結晶器主磁場區(qū)中心偏下靠近窄側壁的位置磁場強度最大，該區(qū)域和鋼液即將沖擊結晶器窄側壁的區(qū)域重合。電磁場模擬還考察了磁動勢和制動裝置的位置高度對磁場的影響規(guī)律，結果顯示，隨著磁動勢的增加，磁場強度隨之呈線性增大，但磁場分布形式基本不變；隨著制動裝置的位置高度的降低，主磁場的位置也隨之降低，但是磁場分布趨勢不變。
　　 對于電磁

6、制動下的流場模擬部分，由于磁場計算采用有限元法，而流場計算采用有限容積法，因此需要通過FORTRAN語言采用線性插值的方法把磁場計算結果導入FLUENT流場計算，同時啟動Magnetohydrodynamics(MHD)模塊。通過電磁力對鋼液湍流流動進行間接控制，結果表明，在電磁力作用下鋼液流場得到明顯改善。模擬還考察了電磁制動裝置結構、磁場位置高度和磁動勢對鋼液流動的影響，得到如下結論：對同一個流場進行制動并達到相同的制動效果，新型制

7、動裝置可以節(jié)約40％的磁動勢；制動裝置的位置高度h越低，流場制動效果越好，彎月面附近的波動速度下降的越快；拉坯速度每增加0.5m/min，相應的磁動勢應增大約1000a·n。
　　 在電磁場和流場計算結果正確的基礎上耦合傳熱和凝固，更加真實的再現(xiàn)了結晶器內的鋼液行為。糊狀區(qū)鋼液流動采用達西源項進行處理，凝固潛熱采用顯熱容法進行處理，考慮熱浮升力的影響，對結晶器的側壁施加第二類邊界條件，源項和邊界條件的施加采用User-Defin