哈兹列特连铸机结晶器中漏磁行为及有限元分析-中国有色金属学报.PDF

第 27 卷第 2 期 中国有色金属学报 2017 年 2 月 Volume 27 Number 2 The Chinese Journal of Nonferrous Metals February 2017 文章编号：1004-0609(2017)-02-0385-07 哈兹列特连铸机结晶器中漏磁行为及 有限元分析 1 1 1, 2 1 田军伟 ，卢广玺 ，吴立鸿 ，关绍康 (1. 郑州大学 材料科学与工程学院，郑州 450001 ； 2. 郑州大学 现代分析与计算中心，郑州 450001) 摘 要：哈兹列特连铸机结晶器中带鳍支撑辊具有强磁性的目的是吸附钢带，保持钢带在铸造过程中的平整，但 磁场透过钢带在结晶器内部产生的“漏磁”将导致连铸过程流场紊乱，严重影响后期的板带质量。利用矢量合成 法测量磁场，并通过有限元模拟及磁流耦合分析，揭示结晶器中磁场的分布规律与铝熔体流动的电磁制动过程， 进一步探究连铸生产过程中熔体紊流可能导致的铸板坯表面质量问题，为优化磁场、改善产品组织提供指导。 关键词：铝熔体；漏磁；哈兹列特结晶器；有限元分析 中图分类号：TG146.21 文献标志码：A 哈兹列特连铸连轧工艺是通过哈兹列特连续铸造 机以及后接多机架热连轧设备，直接生产铝合金薄板 1 实验 带坯的工艺，具有短流程，节能降耗，生产成本低等 优势[1−3] 。结晶器作为哈兹列特生产线的“心脏”，最 大特点是钢带上下存在两排支撑辊，铸造时支撑辊旋 结晶器中磁场的实际测量采用高斯计逐点采集和 转带动钢带运动[4] 。上支撑辊的前八根，下支撑辊的 矢量合成的方法。全面、直观的磁场分布采用有限元 前 5 根是有磁性的，主要起到吸附钢带的作用，保持 软件中的 Electromagnetic 模块进行数值模拟。铸造过 钢带在铸造过程中的平整。 程中磁辊为圆柱形，且测量结果表明仅在磁辊与钢带 电磁力具有非接触地对金属流体产生加热、搅拌 切面的垂直面上存在磁场，模拟时建立该垂直面的二 及制动等功能[5−8] 。但如果哈兹列特结晶器内部存在 维模型作为对象[12−14]，结晶器内磁场二维模型及网格 “漏磁”现象，“漏磁”在铝合金液相流动过程中可能 划分如图 1 所示。磁场模型用到的相关材料参数如表 [15−16] 会产生电磁制动现象，对熔体流动产生不良影响。如 1 所列 。 果漏磁场强度足够大，将会严重影响熔体凝固过程， 磁流耦合场模拟采用有限元软件中的 MHD 模 进而影响连铸坯的质量，铸坯质量对后续成品的组织 块，根据结晶器结构，结晶器的流场采用 workbench 和性能至关重要。均匀的结晶器内流场是获得高质量 构建二维几何模型。由于连铸过程中熔体在距离入口 连铸坯的保证，流体紊乱将引起表面流速过大，弯月 1 m 位置已经凝固，因此模拟时只考虑前两对磁辊的 面湍动加剧，造成卷渣、连铸坯成分偏析等质量缺陷。 漏磁对熔体流动的影响。其他相关假设条件为：铝液 有学者研究了连铸结晶器内流场分布规律，主要目的 为不可压缩流体、流动为稳态、入口速度均匀、出口 是使结晶器内熔体呈相对均匀的层流或者近似层流的 流动充分发展、流体为牛顿体并呈层流流动，同时忽 流场分布[