脉冲磁场作用下金属熔体电磁效应的模拟研究

徐燕祎1, 张云虎1
1上海大学
发布日期 2020

    晶粒细化可有效减少金属凝固组织内部缺陷、提升产品质量。在钢铁冶金领域,通过脉冲磁场干预金属凝固过程以促使凝固组织发生细化是一类常见的手段。近年来人们针对脉冲磁场细晶机制提出诸多机理,为了揭示哪种或哪些机理起主要作用,有必要对脉冲磁场作用下金属熔体内部电磁效应进行研究。本文利用COMSOL Multiphysics中的磁场、流场(k-ε)和动网格技术,对模铸和连铸条件下脉冲磁场在圆柱形金属熔体内产生的磁场、感应电流、电磁力和流场进行仿真模拟研究。研究揭示了电磁场随时间演变规律,以及熔体在电磁力作用下的流动规律。研究表明磁场主要以竖直分量为主,感应电流密度较激励电流密度小一个数量级,电磁力主要以向内的压力为主。在电磁力作用下,壁面附近的强制对流由线圈端部流向线圈半高位置,熔体汇聚后继续向内部运动,轴线处,上方熔体向上运动,下方熔体向下运动,最终形成以线圈半高位置为界的双环流流型。对于模铸条件,轴线处熔体流速小于壁面附近熔体流速,但对于连铸二冷区,轴线处熔体流速大于壁面附近熔体流速。

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