[发明专利]方坯连铸结晶器电磁搅拌参数模拟设定及优化方法

说明书

本发明提供一种方坯连铸结晶器电磁搅拌参数模拟设定及优化方法，包括以下步骤：通过高斯计对待检测的方坯连铸结晶器内部实时采集，获得实际的磁感应强度在所述结晶器内空间分布及其强度，按设定的搅拌器线圈电流和频率测量每组电流和频率下的磁感应强度的分布及磁感应强度的大小；通过有限元分析软件ANSYS建立磁场模型；获得磁场模型并进行优化；获得流场模型并进行优化,获得优化后的磁场模型及流场模型。本发明可以为实际连铸生产设定电磁搅拌器的电流和频率，根据仿真结果进行调整至最佳电流和频率从而对参数进行优化，达到明显减少铸坯表面和皮下夹杂物及气泡，扩大等轴晶率，改善芯部质量，提高组织致密性和均匀性并减少漏钢几率。

技术领域

本发明涉及参数设定及优化技术领域，具体而言，尤其涉及方坯连铸结晶器电磁搅拌参数设定及优化方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，连铸坯的质量越来越受到重视。电磁搅拌技术已成为改善铸坯质量、稳定操作、扩大品种范围和提高生产率的重要技术手段，电磁搅拌装置也已成为连铸机的常规配置。它的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，由此强化钢液的对流、传热和传质过程，使钢液的高温区和低温区混合，有利于降低过热度，折断树枝晶增加结晶核心，从而扩大等轴区、改善铸坯表面及皮下质量、减轻中心偏析、中心疏松和缩孔。

铸坯生产中质量问题与连铸坯的凝固现象是密不可分的，连铸坯凝固过程中，由于电磁场的搅动下流体流动、溶质再分配等传输过程十分复杂，难以直接观察解析。依据物理和化学的基本规律，利用数学的方法，在掌握连铸过程的基础上，建立合理的数学模型，从而对连铸过程进行数值模拟，是制定电磁搅拌参数以及优化参数的一种手段。结晶器电磁搅拌是数值模拟研究的主要领域，它涉及了流动、凝固及传质等许多问题，特别是金属介质的流动与电磁场分布的耦合问题，直接影响计算结果的准确性。由于生产条件的限制及控制连铸过程钢液流动存在难度，电磁搅拌的数值模拟显得十分必要。

结晶器电磁搅拌的数值模拟也就是建立磁流耦合模型，其准确性直接影响实际连铸工艺的参数，包括电磁搅拌的电流、频率以及电磁搅拌器的安装位置以及浸入式水口的浸入深度。这些参数的制定以及优化程度直接影响铸坯内钢液的流动状态、凝固过程及传热过程，从而影响连铸坯的内部质量。因此，提高数值模拟的准确性是本发明解决的问题。

目前，大多数企业或发明人对结晶器电磁搅拌的设备研究较多，而与设备同等重要的搅拌参数的确定研究较少，即使有部分发明人对此有过研究，但是采用的基本上是一些比较落后且广泛使用的处理方法，只能达到粗略模拟的效果。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种方坯连铸结晶器电磁搅拌参数模拟设定及优化方法。本发明提出一种方坯连铸结晶器电磁搅拌参数模拟设定及优化方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1：通过高斯计对待检测的方坯连铸结晶器内部实时采集，获得实际的磁感应强度在所述结晶器内空间分布及其强度，按设定记录搅拌器线圈的电流和频率；S2：根据步骤S1获得的所述搅拌器的电流和频率，依次测量每组电流和频率下的磁感应强度的分布及磁感应强度的大小；S3：通过有限元分析软件ANSYS建立磁场模型；S4：根据步骤S1获得的的所述搅拌器的电流和频率，给所述建立的磁场模型施加相同的载荷，求解磁场模型；S5：根据步骤S4所述的磁场模型获取模拟数据与所述实时采集的数据，优化所述磁场模型；S6：通过低雷诺数的湍流模型和近壁面模型建立流场模型，并将从所述优化后的磁场模型得到的电磁力作为所述流场模型的源项施加给流场模型； S7：通过磁流耦合模型获得所述搅拌器作用下的旋转速度及流动形态，优化所述流场模型；S8：获得优化后的磁场模型及流场模型。

进一步的，所述获取模拟数据首先需要理想化假设；所述理想化假设包括：磁极附近的磁场均匀分布，从磁极穿出的磁力线垂直于磁极表面、只有磁极表面部分对空间磁场分布产生影响、假定所述待检测的方坯连铸结晶器内为液态；不考虑钢液流速对磁场的影响以及模拟环境为空气模拟计算。

进一步的，所述建立磁场模型还包含以下步骤：