电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟

第３３卷第６期　上海金属　Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．６　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１１　４１　２０１１年１１月　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＭＥＴＡＬＳ　电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟　王敏贾皓张振强邓康　（上海大学上海现代冶金与材料制备重点实验室，上海２０００７２）　【摘要ｌ　以水银为实验工质，通过物理模拟考察板坯连铸电磁制动时，电磁场对结晶器内　液态金属流动的影响规律。采用超声波多普勒测速仪测量了结晶器上部磁场Ｂ　：０、０．１８、　０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ，结晶器下部磁场Ｂ　＝０．５　Ｔ情况下，板坯结晶器（模型）内水银的流速分布，考　察了磁场强度对结晶器内及液面处金属流动，及其对结晶器窄壁的冲刷作用等的影响。实验结　果表明，板坯连铸时，对于抑制液面波动的结晶器上部磁场应选择较低的磁场强度，而用于实现　钢水稳定和形成活塞流的结晶器下部磁场，则应选择高的磁场强度。在本文实验条件下，磁场　匹配关系Ｂ。＝０．１８　Ｔ、Ｂ　＝０．５　Ｔ时，结晶器内的金属流场较为理想，表现为届时既可控制液面　波动，又能使结晶器下部的金属流动基本实现活塞流。　【关键词】　板坯连铸结晶器　电磁制动物理模拟　ＰＨＹＳＩＣＡＬ　ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ　ＴＯ　ＬＩＱＵＩＤ　ＭＥＴＡＬ　ＦＬＯＷ　ＷＩＴＨ　ＥＭＢｒ　ＩＮ　ＣｏＮＴＩＮＵＯＵＳ　ＣＡＳＴＩＮＧ　ｏＦ　ＳＬＡＢ　Ｗａｎｇ　Ｍｉｎ　Ｊｉａ　Ｈａｏ　Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｅｎｑｉａｎｇ　Ｄｅｎｇ　Ｋａｎｇ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ａ　ｍｅｒｃｕｒｙ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｆｏｗ　ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍｏｌｄ　ｏｆ　ｓｌａｂ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｂｒａｋｅ．Ｔｈｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｎ　ｍｏｌｄ　ｗｉｔｈ　ｄｅｆｅｒｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　Ｂ１　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　０　Ｔ　ｔｏ　０．１８０．３６　Ｔ　ａｎｄ　０．５　Ｔ，ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｒｔ　０ｆ　，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　Ｂ２＝０．５　Ｔ）ｗａｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ，ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｎｉｓｃｕｓ　ａｎｄ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｖ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｈｉｎ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｍｏｌｄ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｌａｂ　ｃ０ｎｔｉｎｕ０ｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｍｏｌｄ　ｌｅｖｅｌ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｃｈｏｏｓｅ　ａ　ｌｏｗｅｒ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ‘Ｐｉｓｔｏｎ　Ｆ１ｏｗ’０ｆ　ｔｈｅ　ｍ０ｌｄ　ｌ０ｗｅｒ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｈｏｓｅｎ　ａ　ｈｉｇｈ　ｒａｔｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｆｌｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ‘Ｐｉｓｔｏｎ　Ｆｌｏｗ’ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ａｓ　ｓｏｏｎ　ａｓ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　ｗｈｅｎ　Ｂ１：０．１８　Ｔ　ａｎｄ　Ｂ２＝０．５　Ｔ．　【Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ】　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｌａｂ，Ｍｏｌｄ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂｒａｋｉｎｇ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ　结晶器内钢水的流动状态直接影响其温度分　与结晶器内钢液的流动状态密切相关。当前，随　布、夹杂物去除和宏观偏析，对铸坯初凝壳均衡生　着连铸拉速提高，浸入式水口出流的动能不断增　大，结晶器内部钢水流动加剧，易造成铸坯质量不　长，防止由于强烈冲刷导致局部重熔和漏钢，以及　热裂等有重要作用。板坯连铸中，铸坯凝固缺陷　稳或降低。因此，控制水口注流和结晶器内钢水　作者简介：王敏，男，Ｅｍａｉｌ：ｍｉｎ＿ＯｌＯ１＠１２６．ｃ０ｍ　通讯作者：邓康，教授，Ｅｍａｉｌ：ｄｅｎｇｋ２０００＠１６３．ｃｏｎｒ　４２　上海金属　第３３卷　流态成为高速连铸的关键技术之一…。这里，电　磁制动已初步获得良好的效果　剖。　电磁制动技术是在结晶器宽面的浸入式水口　深度及以下区域设置与从水口出流方向垂直的恒　表１基本实验参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｂａｓｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　名称　结晶器宽度／ｍｍ　参数　２２５　３８　７００　１７　２Ｏ　稳磁场，当钢水流过该磁场切割磁力线时，在其中　会产生感生电流，该电流与恒稳磁场的相互作用　可形成与液流方向相反的电磁力，使钢水的流动　受到控制。在连铸中，应用电磁制动技术可降低　结晶器厚度／ｒｎｍ　结晶器高度／ｒａｍ　浸人式水口内径／ｒａｍ　浸入式水口外径／ｍｍ　铸坯内夹杂物，消除液面卷渣，减少表面裂纹，达　到在高拉速下生产优质铸坯的目的　Ｊ。　本文以水银为实验工质，进行电磁制动控制　结晶器中液态金属流动的物理模拟实验，并采用　超声多普勒测速仪定量地测量水银的流速。在此　基础上，研究电磁制动的磁场强度对板坯高速连　铸时，金属液在结晶器内和液面的流动状态，以及　对结晶器窄面模壁的冲刷作用等的影响，为优化　板坯连铸电磁制动工艺提供参考。　１　实验装置与方法　本文以宝钢某型板坯连铸机为原型。实验模　型与原型的几何相似比为１：６，其示意图和工艺　参数分别见图１和表１。实验系统由中间包、水　口、结晶器模型（以下简称结晶器）、磁体、电磁泵．　阀－管路循环系统构成，其上、下磁体均覆盖结晶　器宽面，上部磁体中心线位于自由液面处，下部磁　体的中心线位于自由液面下７８　ｍｍ（水口插入深　度以下５０　ｍｍ）处。在结晶器底部安装多孔限流　板，以使流体均匀地从结晶器底部流出。实验设　定的拉速为２．０　ｍ／ｍｉｎ，水口浸入深度２８　ｍｍ。　图１　结晶器内液流的物理模拟实验装置　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｏｆ　ｆｌｏｗ　ｉｎ　ｍｏｌｄ　水口浸入深度／ｍｍ　２８　水口出口高度／ｍｍ　１３．３　水口出口宽度／ｒａｍ　１０　水口出口倾角／（。）　—１５　磁体宽度／ｍｍ　４０　磁体长度／ｍｍ　２４０　上部磁感应强度峰值Ｂ，／Ｔ　０，０．１８，０．３６，０．５　下部磁感应强度峰值　２／Ｔ　０，０．５　本实验模型与原型同属第二自模区，故其相　似关系可通过保持二者之间Ｆｒｏｕｄｅ准数和Ｓｔｕａｒｔ　准数相等来实现，前者确定原型与模型之间流速相　似，后者确定原型与模型之间电磁场相似，见式（１）。　ｎ＝甓　＝　式中，Ｊ口为液态金属密度（ｋｇ／ｍ　），　为流速　（ｍ／ｓ），Ｚ为特征长度（ｍ），ｇ为重力加速度（ｉｎ／　Ｓ　），Ｂ为磁场强度（Ｔ），　为液态金属电导率（Ｑ　・ｍ）～。实验中，水银的密度１３　５５４　ｋｇ／ｍ　，黏度　１．５２３×１０～Ｐａ・Ｓ，电导率１．０１×１０。（Ｑ・ｍ）～。　生产中，钢液的密度为７　２００　ｋｇ／ｍ　，黏度５．５×　１０～Ｐａ・Ｓ，电导率７．１４×１０　（Ｑ・ｍ）～。由此，　可直接计算出上述模型和原型之间流速及磁场强　度的关系。　实验中，首先用特斯拉计分别测量了下磁场　最大值Ｂ　＝０．５　Ｔ保持不变，而上磁场最大值依　次为Ｂ　＝０、０．１８、０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ时，结晶器中面　的磁感应强度分布，结果成鞍形分布（见图２）。　实验采用超声多普勒测速仪（ＵＤＶ）实测结　晶器中面内水银流速及分布，其原理为：由超声波　探头发射出超声波，同时接收其波束内随水银运　动的微小杂质粒子的回波，通过检测回波的滞后　时间和频率变化规律，计算沿超声波传播方向上　流速　］。实验中，为保持测量精度，笔者对超声　波探头位置（测点）进行了网格化排布，即在结晶　器窄壁和水银液面上，分别沿与中面交线各布置　第６期　王敏等：电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟　４３　Ｅ　疆越婚髫　心区域，二者各自形成方向相反的回流区。此时，　¨　：詈¨　＂　∞　雌∞¨　水口出口射流的最大流速为０．３７　ｍ／ｓ，撞击结晶　器窄面的最大水平流速为０．０７１　ｍ／ｓ。另由图３　（ｂ）可知，当单独在水口下方施加单条型电磁制　动（Ｂ　＝０　Ｔ、Ｂ　＝０．５　Ｔ）时，金属液在磁场区域切　割磁力线所形成的电磁力，使射流的最大流速减　小到０．３２　ｍ／ｓ，撞击窄面的最大水平流速减为　如　０．０４６　ｍ／ｓ，水口出流撞击窄面位置从液面下　距自由液面的距离，ｍｍ　图２结晶器模型内实测的磁感应强度分布　５５　ｍｍ上移到４０　ｍｍ；同时上环流区靠近窄面处　液流速率变大，流向弯月面的液流流量增加。从　Ｆｉｇ．２　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　实验结果看，单条型磁场置于水口下方的电磁制　ｌ８只探头，其中，结晶器窄壁上的第一个探头位　动方式可增大上回流的流量和流速，使弯月面温　于水银液面下１０　ｍｍ处，其余探头依次按间距　度升高，有利于液面熔渣，提高润滑效果及均匀　１５　ｍｍ向下排布；而液面上的第一个探头位于距　性，同时磁体下方的液流流速变得相对均匀。此　结晶器窄面７．５　ｍｍ处，其余探头以５　ｍｍ间距依　类电磁制动降低了水口出流对结晶器窄面的冲击　次排开。实验时，通过观察浮标确定水银液面的　强度，并改变了冲击点的位置。再由图３（ｂ）～３　稳定性，当浮标能处于同一观察位置５　ｒａｉｎ以上　（ｅ）可见，当结晶器上方磁场日　逐渐增强而结晶　时，即认为该工况下结晶器内液态金属流动已达　器下方磁场保持在０．５　Ｔ不变时，水口射流的流　到稳定态，此时对每个测点持续进行１２０　Ｓ在线　态随之变化。实测显示，在Ｂ　＝０．１８　Ｔ时，水口　测速，以其时均值作为该测点处的平均流速。　射流的最大流速减小为０．２７　ｍ／ｓ，撞击结晶器窄　２实验结果与讨论　面的最大水平流速为０．０６２　ｍ／ｓ，撞击位置又下　２．１　磁感应强度对结晶器内流速矢量的影响　移到液面下５５　ｍｍ处，这是水口出流趋于分散的　图３为由超声波探头测量结果合成所得的结　结果；而日　增大Ｎｏ．３６　Ｔ时，水口射流的最大流　晶器内流速矢量（背景为速度云图）。由图３（ａ）　速增大为０．３８　ｍ／ｓ，其撞击结晶器窄面的最大水　可见，无电磁场作用时，从水口侧孔注入结晶器的　平流速降到０．０３７　ｍ／ｓ，这是因为上部磁感应强　金属液射流在撞击结晶器窄面受阻后形成上升流　度较大而相应地对射流产生向下方向的压迫作　和下降流，上升流到达弯月面后转而流向水口方　用，又由于下部磁场的制动作用导致射流被迫向　向，而下降流则在到达一定深度后转向结晶器中　水平方向运动所致，其撞击结晶器窄面的位置仍　（ａ）　１＝ＯＬ　Ｂ２＝０Ｔ　（ｂ）Ｂ１＝ＯＬ　Ｂ２＝０．５Ｔ（ｃ）　ｔ＝０．１８Ｌ　Ｂ２＝０．５Ｔ（ｄ）Ｂｊ＝０．３６ｔ　Ｂ２＝０．５Ｔ（ｅ）Ｂｌ　Ｏ．５Ｔ，Ｂ２　０．５Ｔ　５Ｏ　１００　ｇ　ｇ　１５０　２００　２５０　２０　４０　６０　８Ｏ　ｌ０Ｏ　２Ｏ　４Ｏ　６０　８Ｏ　１０Ｏ　２Ｏ　４０　６Ｏ　８０　ｌＯ０　２０　４Ｏ　６０　８Ｏ　１Ｏ０　ｘ／ｍｍ　ｘ／ｍｍ　ｘ／ｍｍ　ｘ／ｍｍ　图３磁感应强度对结晶器内流速分布的影响　如　如　Ｏ　Ｏ　Ｏ　４　３　上海金属　第３３卷　为液面下５５　ｍｍ；进一步地，当日　增大到０．５　Ｔ　时，水口射流的最大流速再次减小为０．２９　ｍ／ｓ，　撞击窄面的最大水平流速增大为０．０４９　ｍ／ｓ，撞　击位置仍为液面下５５　ｍｍ。　从上述双条型磁场电磁制动方式下的水银流　速实测结果看，施加此类电磁制动时，随着结晶器　上部磁场增强，弯月面处上环流的脉动受到抑制，　其速率变小，液面趋于平静；水口出流撞击结晶器　窄面位置有所下移或保持不变；下回流中心随磁　场增强呈现向上和向水口移动趋势（表现为结晶　器内液流的冲击深度降低，有利于钢水中夹杂物、　原则配置结晶器上、下区段的磁场强度。本实验　中，Ｂ。和　分别取０．１８　Ｔ和０．５　Ｔ时效果较好。　２．２磁感应强度对液面处水平流动的影响　图４为磁感应强度对液面处金属液水平流动　的影响，其测量点位于液面下１０　ｍｍ处。由图４　（ａ）可见，无磁场时，该深度处水平方向的最大流　速为一０．１３６　ｍ／ｓ（流速以向窄面为正，反之为　负），当结晶器下部磁场保持在Ｂ，＝０．５　Ｔ，而上　部磁场Ｂ　分别为０、０．１８、０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ时，上　述水平方向的最大流速分别为一０．０８５、一０．０５９、　一０．０２０　ｍ／ｓ和一０．０２８　ｍ／ｓ。由此可见，双条型　气泡等上浮）；但同时实测又显示，　增强时（如　实验中Ｂ　＝０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ情况），由于结晶器　磁场电磁制动使结晶器内液面附近区域的水平流　速整体上呈下降趋势，这有利于减小水口周边液　流出现涡流的几率，进而降低卷渣。再由图４（ｂ）　可见，无电磁制动时，弯月面处由液流水平运动所　引起的最大湍流度为０．０２８　ｍ／ｓ；同样在下部磁场　窄边附近的上回流流速和流量降低，使该处向下　回流增强，形成一条沿结晶器窄边向下的“液流　通道”（在“通道”内，液流向下的流速明显增大），　这使得结晶器内下磁体区域下方液流流速的均匀　性降低，直接导致此时基本“活塞流”形成的位置　（深度）下移。由此可见，对于双条型磁场的电磁　制动方式，上部磁场过强时，不利于在结晶器下部　形成“活塞流”，为此，应按照“上区弱，下区强”的　保持在０．５　Ｔ，上部磁场由０　Ｔ经０．１８、０．３６　Ｔ，到　０．５　Ｔ依次增强的过程中，弯月面处最大湍流度依　次减小为０．０１９、０．０１６、０．０１４　ｍ／ｓ和０．０１１　ｍ／ｓ，显　然随结晶器上部电磁制动磁场增强，弯月面处的湍　流度下降，液面流的稳定性提高。　距离水口中心的距离／ｍｍ　距离水口中心的距离／ｍｍ　图４磁感应强度对液面区域流动和湍流度的影响　Ｆｉｇ．４　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｎｉｓｃｕｓ　（ａ）Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｎｅａｒ　ｆａｃｅ；（ｂ）Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｎｅａｒ　ｆａｃｅ　２．３磁感应强度对结晶器窄面附近速度及冲刷　强度的影响　次增强为０．１８、０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ时（其间，Ｂ，＝　０．５　Ｔ不变），则该处向上的最大流速分别下降为　０．０９４、０．０６６　ｍ／ｓ和０．０４７　ｍ／ｓ，液面表观复趋于　平静。显然，这是双条型电磁制动的上磁场抑制　了液态金属液面流的结果，其使上升到液面区域　的金属液流速下降，流量减小。再者，对于下降流　来说，同样在施加单条型电磁制动（Ｂ。＝０　Ｔ、Ｂ　＝　Ｏ．５　Ｔ）后，结晶器窄面处下回流的最大流速从无　图５为电磁制动的磁感应强度对结晶器窄面　区域速度及冲刷强度的影响。由图５（ａ）可见，施　加单条型电磁制动（Ｂ　＝０　Ｔ、Ｂ：＝０．５　Ｔ）后，结晶　器窄面附近上回流区的流速从无电磁制动时的　０．１０６　ｍ／ｓ增大到０．１４５　ｍ／ｓ，液面表观活跃，这　显然是由于结晶器下方的电磁场Ｂ：抑制了液流　的下行，使之部分转为上升流的结果；而当日。依　电磁制动时的０．０５６　ｍ／ｓ增大到０．１２３　ｍ／ｓ，而当　第６期　王敏等：电磁制动下板坯结晶器内金属流动的物理模拟　４５　Ｂｌ依次增强为０．１８、０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ（其间，Ｂ　＝　结晶器窄面冲刷强度及分布见图５（ｂ）。由图可　一　．ｇ），蝴蠼懈船恒　０．５　Ｔ不变）时，该处向下的最大流速分别下降到　见，无电磁制动时，金属液对结晶器窄面向上和向　㈣㈣㈣㈨呲Ⅲ㈣　啡Ⅲ㈣㈣　０．１２１、０．０８９　ｍ／ｓ和０．０８９　ｍ／ｓ。　下的最大冲刷强度分别为０．００２　８　Ｐａ和０．０１０　５　另一方面，钢水满足牛顿内摩擦定律，即结晶　Ｐａ；而当结晶器下部磁场为０．５　Ｔ，上部磁场从０　Ｔ　器壁面（或凝固坯壳）所受的冲刷强度　（相当于　依次增强到０．１８、０．３６　Ｔ和０．５　Ｔ时，结晶器窄面　壁面所受的摩擦力）与该处液流流速沿结晶器法　所受到的液流向上与向下的冲刷强度峰值分别为　向导数成正比，见式（２）。　０．００７　９　Ｐａ和０．０２５　４　Ｐａ，０．００４　６　Ｐａ和０．０２３　９　Ａｖ　ｒ　（２）　Ｐａ，０．０１４　３　Ｐａ和０．０１２　６　Ｐａ，以及０．００５　９　Ｐａ和　０．０１２　２　Ｐａ。这说明单条型电磁制动增大了结晶　式中，ｒ为流体对固体壁面的冲刷力，Ｐａ；　器窄面附近上、下环流对壁面冲刷强度的峰值；而　为流体的动力粘度，Ｐａ・Ｓ；ａｘ为距结晶器壁的距　在双条型电磁制动方式下，则随着上部磁场的增　离，ｍ；Ａｖ　为相距结晶器壁Ａｘ处和壁面处的铅直　强，上环流对结晶器窄面的冲刷强度呈振荡趋势　速度差，ｍ／ｓ。　（在Ｂ．＝０．３６　Ｔ时为最大值），这与上磁场对金属　由式（２）可知，测点位置及其间距对液流冲　液面流的抑制和分散效应有关；而下环流对窄面　刷强度的计算结果有影响，因此本文仅用该式对　的冲刷作用是逐次递减的（但仍高于无电磁制动　＼　噬器是　不同制动磁场强度条件下，结晶器壁面所受到的　∞￡｝∞０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　Ｏ　０　Ｏ　０　姑们们¨　们∞∞∞∞∞　时）。实验结果表明，电磁制动可以“移动”金属　６　４　２　Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　液流冲刷的相对值和最大冲刷点的位置进行比　液对结晶器窄面最强冲刷点的位置，但并不意味　较。实验中，取Ａｘ：５　ｍｍ，根据所测流速计算的　着可以降低其最大冲刷强度。　距自由液面的距离，ｍｍ　距自由液面的距Ｔ￣／ｍｍ　图５磁感应强度对窄面附近铅直流速及冲刷强度的影响　Ｆｉｇ．５　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｎｅａｒ　ｎａ￣ｏｗ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｍｏｌｄ　（ａ）Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ；（ｂ）Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｓｈｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　３　结论　度不宜过大。　（１）施加电磁制动后，结晶器内上环流区靠　（３）单条型电磁制动可增大结晶器窄面附近　近窄面处液流速率变大，流向弯月面的液流流量　上、下环流对壁面冲刷强度的峰值；而在双条型电　增加，有利于熔渣和坯壳润滑。同时，随着结晶器　磁制动时，随着上部制动磁场的增强，下环流对窄　上部磁场增强，上环流在产生的弯月面处脉动现　面的冲刷作用减弱（但仍高于无电磁制动时），而　象受到抑制，表现为液面附近水平流速变小，液面　上环流对窄面的最大冲刷强度呈振荡趋势，其与　趋于平静，这有利于防止卷渣等。　上部磁场对金属液面流的抑制和分散有关。实验　（２）在靠近结晶器窄面处，当上部磁场过强　表明，电磁制动可以改变金属液对结晶器窄面最　时，由于上升流放缓，会导致形成沿结晶器窄壁向　强冲刷点的位置，但并不意味着可以降低其最大　下的“液流通道”，在该“通道”内，下行的液流流　冲刷强度。　速和流量明显增大，这不利于结晶器内形成流速　（４）根据本文实验结果综合分析，在双条型　基本均匀的“活塞流”。因此，结晶器上部磁场强　（下转第６０页）　上海金属　第３３卷　重要领域所占的比例逐年增大。由于特厚板生产　［６］马朝晖，屈朝霞，王海涛．１ＯＯｍｍ厚高层建筑用Ｑ３４５ＧＪＤ　对核心技术能力的要求较高，为了进一步提高特　厚板高强度结构钢的性能水平，新的生产技术被　采用，并且在提高钢板的机械性能、细化晶粒和获　得优良的低温韧性以及耐延迟断裂性方面显示出　了极大的优势。　特厚板的焊接性能研究［Ｊ］．钢结构，２００９，（１）：５４－５７．　［７］杨宏权，李宜男．国产化ＳＡ－２９９特厚板性能试验研究［Ｊ］．　电焊机，２０１０，（２）：１０５—１０８．　［８］安金锁，王广宏．低温压力容器的特点及应注意的问题　［Ｊ］．应用能源技术，１９９７，（１）：４９－５０．　［９］康永林，陈续平．国外轧钢技术现状及发展动态［Ｊ］．世界　金属导报，２００８，（９）：１Ｏ一１２．　参考文献　［１］罗丽军，张海军．宽厚板行业竞争力分析［Ｊ］．冶金信息导　刊，２０１ｌ，（２）：２１－２６．　［１Ｏ］冯光宏，史秉华．钢材在线热处理技术［Ｊ］．特钢技术，　２００７，（７）：１－４．　［１１］江建华，刘庄，王祖唐．钢锭与锭模在钢锭凝固过程中应力　分析的研究［Ｊ］．塑性工程学报，１９９６，（３）：５３－５８．　［２］狄国标，刘振宇，郝利强．海洋平台用钢的生产现状及发展　趋势［Ｊ］．机械工程材料，２００８，（８）：１－３．　［３］孙树民．海洋平台结构的发展［Ｊ］．广东造船，２０００，（４）：３２－３７．　［４］韦明，王升．海洋平台用钢［Ｊ］．宽厚板，２００２，（８）：３４．３６．　［５］唐帅，刘振宇，王国栋．低屈强比５９０／７８０ＭＰａ建筑用钢ＤＬ．　Ｔ工艺研究［Ｊ］．轧钢，２０１０，（１）：６－ｌ０．　［１２］孙决定，龙莉．日本连铸板坯制造特厚板技术［Ｊ］．冶金信　息导刊，２０１１，（３）：３１．３４．　［１３］Ｋｉｔａｇａｗａ　Ｔ．特厚板用单向凝固大型钢锭的开发［Ｊ］．舞钢　译丛，１９９０，（３）：１—１１．　收修改稿日期：２０１ｌ一０８．１７　（上接第４５页）　电磁制动时，结晶器内上、下磁场的匹配关系，以　Ｂ，＝０．１８　Ｔ、Ｂ　＝０．５　Ｔ能获得较好的控流效果，　Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｅｒ　Ｕｓｉｎｇ　ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｂｒａｋｅ［Ｊ］．Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，１９８４，６１（５）：４１—４７．　其表现为能控制液面波动，又可使磁体下部流场　较快地基本实现活塞流，对防止液面卷渣和去除　（上浮）液流所卷入的夹杂物、气泡等均有利。　参考文献　［１］Ｉｄｏｇａｗａ　Ａ，Ｔｏｚａｗａ　Ｈ，Ｔａｋｅｕｅｈｉ　Ｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｌｏｗ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍｏｌｄ　ｂｙ　Ｔｗｏ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄｓ　［４］Ｈａｎａｄａ　Ｈ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓｔｅｅｌｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｉｘｉｎｇ　ｉｎ　Ｓｔｒａｎｄ　Ｐｏｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒａｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｌｅｖｅｌ　ＤＣ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．ＣＡＭＰ—ＩＳＩＪ，　１９９９，（１２）：８３０．　１　５］Ｚｅｚｅ　Ｍ，Ｔａｎａｋａ　Ｈ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｃ１ａｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｌａｂ　ｗｉｔｈ　Ｌｅｖｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　Ｂｒａｋｅ［Ｃ］／／Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ．１９９６：２２５－２３０．　［６］Ｙｕｎ—ｓｅｏｎｇ　ＨＷＡＮＧ，Ｐｉｌ—ｒｙｕｎｇ　ＣＨＡ，Ｈｏ—ｓｅ　ＯＫＮＡＭ，ｅｔ　ａ１．　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ　ａｎｄ　Ｍｅｎｉｓｃｕｓ　Ｓｈａｐｅ　ｉｎ　Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｉｍｐｏｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｈｏｌｅ　Ｗｉｄｔｈ［Ｃ］∥Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｎａｇｏｙａ，ＩＳＩＪ，１９９４：　３７８．３８３．　ＥＭＢｒ［Ｊ］．ＩＳＩＪ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７，３７（７）：６５９－６６７．　［７］于湛．电磁场控制连铸结晶器内流动研究［Ｄ］．上海：上海　大学，２００９．　［２］Ａｎｄｅｒｓ　Ｆ，Ｌｅｈｍａｎ，ＣｏｔｅＲ，ｅｔ　ａ１．ＨｕｉｄＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ｖａｒｉｏｕｓ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄｓ　［Ｃ］∥Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｎａｇｏｙａ，ＩＳＩＪ，１９９４：３２７－３７７．　［８］于湛，雷作胜，贾洪海，等．液态金属流速的测量技术［Ｊ］．　上海金属，２００７，２９（２）：５４．　［３］Ｎａｇａｉ　Ｊ，Ｓｕｚｕｋｉ　Ｋ　Ｉ，Ｋｏｊｉｍａ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｅｅｌ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ａ　收修改稿日期：２０１１—０６　３　武钢成功开发超薄系列高强钢　武钢研究院与条材总厂联合走访用户，并结合　武钢ＣＳＰ产线特点，通过一系列的现场工艺攻关，成　功开发抗拉强度为６００～８００　ＭＰａ，厚度规格为１．２　～ＮＨ、ＷＹＳ７００。该系列高强钢的研发，可降低生产和　使用成本，广泛应用于特种集装箱、大型户外广告、　汽车工业等领域，进一步提高了武钢热轧产品的市　场竞争力。　罗扬供稿　３．０　ｍｍ的系列高强钢ｗＪｘ６００一ＮＨ、ＷＪＸ７５０一