(1. 华北理工大学冶金与能源学院， 河北 唐山 063000；2. 河北省高品质钢连铸工程技术探讨研究中心， 河北 唐山 063000；3. 河北科技大学材料科学与工程学院， 河北 石家庄 050000)

　　为进一步提高多模5孔块电磁制动系统在高效连铸过程中的应用效果，以某钢厂FTSC薄板坯结晶器以及新型多模块连续电磁制动(MM-EMB)系统为原型，将结晶器内流场特征以及钢渣界面波动程度作为评判标准，采用数值模拟手段对不同电磁条件下的结晶器流场进行多物理场的耦合计算，重点揭示了在6 m/min的高拉速条件下，对电磁制动系统施加不同电流强度时，多模块连续电磁制动系统中不同线圈组合对薄板坯连铸结晶器内流场特征的影响规律。研究根据结果得出，结合5孔水口的结构特点，电磁制动(MM-EMB)系统依据其作用范围可将5组线组控制单元，其中上部控制单元包含2组线圈，最大的作用域为钢液流场上回流区域，当2组线 A时，可以大大降低钢液流股冲击钢渣界面的速度，减小钢渣界面波动；下部控制单元包含3组线圈，主要对结晶器内下回流起稳流作用，当3组线 A时，涡心位置和窄面冲击点显而易见地下降，下回流强度和范围得到了有效控制。当将2组控制单元共同作用于结晶器钢液流场，下部控制单元线组线 A能够达到最佳制动效果。将数值模拟结果应用于工业试验，通过现场数据跟踪，铸坯夹渣率与裂纹率逐步降低，数值模拟手段的应用为多模块连续电磁制动系统逐步优化结晶器流场提供了理论依照与技术支持。

　　高效连铸的核心是高拉速。薄板坯连铸连轧技术受制于高拉速条件的影响，轻则影响铸坯表面上的质量，重则可能会引起漏钢事故，电磁制动技术是一种改善结晶器钢液流场行为的有效手段。近年来，由于磁流体力学在冶金中的应用慢慢的提升，电磁制动技术持续不断的发展，国内外学者对其进行了大量的研究。

　　连铸生产的全部过程是一个复杂而庞大的体系，数值仿真模拟是一种有效研究手段。仿真模拟的优点是通过物理模拟与数值模拟的相互结合能更加直观地研究连铸连轧过程中的物理现象。国内外学者结合数值模拟手段做了大量的研究：CUKIERSKI K等通过ANSYS平台的FLUENT软件研究了磁感应强度对结晶器内钢液流动的影响。LEI S W等通过编程的方法进一步耦合多物理场下电磁制动装置对薄板坯浸入式水口结晶器内钢液流动的影响，通过与物理试验的对比，发现数值模拟结果与物理模拟结果相似。李宝宽等应用数值模拟技术研究了全幅一段电磁制动对薄板坯连铸结晶器内钢液流动的影响，根据结果得出施加第二代电磁制动后，结晶器内的涡流形态发生了改变，起到了显著抑制涡流的作用，但并不能完全消除涡流。GARCIA-HERNANDEZ S等通过应力的角度分析了电磁力对钢液流动的影响，当磁感应强度在水口附近达到0.1 T时，能够有效控制结晶器内湍流流动，应用电磁制动技术能减小结晶器钢液面处流速，减小钢液面处钢液流速峰值。但随着薄板坯设备以及工艺的进一步发展，在薄板坯拉速达到6 m/min后，电磁制动系统结构优化、安装位置、电磁强度大小等对于结晶器内钢液冶金行为的影响却鲜有报道。

　　本研究以FTSC薄板坯结晶器以及新型多模块连续电磁制动(MM-EMB)系统为原型，以结晶器内流场特征以及钢渣界面波动程度为评判标准，采用数值模拟手段进行建模，通过多物理场的耦合计算，重点揭示了在6 m/min的高拉速条件下，对电磁制动系统施加不同电流强度时，多模块连续电磁制动系统中不同线圈组合对薄板坯连铸结晶器内流场特征的影响规律，为进一步提高多模块电磁制动系统在高效连铸过程中的应用效果提供了理论依据与技术支撑。

　　1)应用新设计的5孔浸入式水口，在一定程度上能减小水口侧孔钢液流股冲击结晶器窄边的流速，降低结晶器钢液面波动，但是，当拉速提高到6 m/min后，结晶器钢液面波动加剧，靠近窄边一侧的波动高度最大达到了15 mm。因此就需要配合电磁制动设备，才能更好地抑制结晶器液面波动，减小卷渣机率，提高铸坯质量。

　　2)多模块电磁制动系统中有5组电磁线圈，根据线圈分布位置和作用域的不同可大致分为2个控制单元。在高拉速条件下，对上部控制单元A、B 2组线圈施加不同电流值时，钢液流场形态无明显改变，但施加电流由400 A增加到到1 000 A时，结晶器内上回流区域涡流范围增强，涡心位置不断下降，钢渣界面附近的涡流强度不断减弱，流场上回流区域钢液流股冲击钢渣界面的速度减小。

　　3)下部控制单元C、D、E 3组线圈的电流强度不断增大时，钢液流场下回流强度和范围得到明显抑制，涡心位置和窄面冲击点也得到明显下降。但当电流达到800 A且电流继续增加时，钢液流经此处会产生过大的洛伦兹力，钢液动能变小，将很难再对结晶器窄面造成冲击影响，也使结晶器上回流区面积变大，不利于气泡和夹杂物的上浮。

　　4)在拉速为6 m/min条件下，当将C、D、E线圈控制单元的电流设置为800 A不变时，通过对A、B 2组线圈施加不同电流可以最大限度地降低钢渣界面表面流速以及波动强度，但是当电流增加至800 A，随着通入A、B线圈的电流持续不断的增加，表面流速曲线峰值点下移速率降低，结晶器钢液面波动与电流为800 A时无明显变化，因此A、B 2组线)在实际现场多模块电磁制动系统应用过程中，结合数值模拟结果将C、D、E线圈控制单元的电流设置为800 A，通过调节A、B线圈电流，铸坯的夹渣率与裂纹率均得到了降低，尤其是对夹渣缺陷的控制更为显著。

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