钢中夹杂物的存在容易引起钢疲劳裂纹的扩展,致使材料断裂,导致灾难性的设备事故和人身事故。目前研究者主要通过优化结构参数、电磁搅拌、电磁制动等方法来去除连铸结晶器内的夹杂物,关于电磁振荡对结晶器内夹杂物运动的影响研究较少。因此,本文系统研究电磁振荡对连铸结晶器内夹杂物运动的影响,对优化电磁振荡参数具有重要意义。主要研究内容如下:首先,以薄板坯连铸结晶器为研究对象,对结晶器内夹杂物的运动进行数值模拟,采用了拉格朗日法计算获得了结晶器内夹杂物的运动情况。通过建立水模拟实验装置进行物理模拟,利用Proanalyst软件分析高速显微摄像仪拍摄的夹杂物运动图,获得了夹杂物在结晶器内的运动情况。通过将物理模拟与数值模拟结果进行对比,得出了夹杂物在结晶器内的运动规律。研究结果表明:夹杂物的运动路径大体上分为三种情况:一部分夹杂物流入下回流区,在下回流区盘旋运动;一部分流入上回流区,在上回流区盘旋运动;一部分则直接从结晶器的出口流出。在拉速为0.01m/s,水口浸入深度为100mm时,夹杂物的上浮去除效果较好。拉速越大,夹杂物越容易在下回流区盘旋,从而容易使夹杂物从结晶器出口流走。水口浸入深度越深,夹杂物在上下回流区盘旋的中心降低,也容易使夹杂物从结晶器出口流走。夹杂物的运动速度在浸入水口流出的速度最大,随着在结晶器内运动时间的增加,速度逐渐变小。随着拉速的增大,夹杂物的运动速度增大,速度的变化幅度增大,夹杂物在结晶器内盘旋运动周期变短,导致夹杂物在结晶器内的运动时间减少,不但不利于夹杂物的去除,而且容易使夹杂物从结晶器出口流出,造成铸坯的永久缺陷。夹杂物的数量分布情况分为三部分:一部分在上下两个回流区盘旋分布,一部分上浮到自由液面,一部分从结晶器出口流走。在拉速为0.01m/s,水口浸入深度为100mm时,夹杂物颗粒在上回流区分布居多,上浮到自由液面的数量多,有利于夹杂物的去除。随着拉速的增大和浸入深度的增加,夹杂物颗粒多集中在下回流区,从结晶器出口流走的数量增多,影响钢液的质量。其次,建立了振荡电磁场作用下结晶器的数学模型,通过数值模拟的方法研究了电磁振荡对夹杂物运动的影响,得出了电磁振荡对夹杂物运动的影响规律。实验结果表明:施加振荡电磁场后,使夹杂物在结晶器内的振荡盘旋运动时间增长,增加了夹杂物的上浮几率,有利于夹杂物的上浮去除。电磁力为1.2×10-4N/m3时,夹杂物在结晶器内的振荡盘旋运动周期、夹杂物的运动路径以及夹杂物在结晶器内的运动时间较长,有利于夹杂物的上浮去除。随着电磁力的减小,夹杂物的运动路径和盘旋振荡运动的周期变短,容易使夹杂物从结晶器出口流走,影响钢液的质量。电磁频率为200Hz时,夹杂物在结晶器内的振荡盘旋运动周期和运动路径较长,在结晶器内的振荡运动时间较久。随着电磁频率的减小,夹杂物在结晶器内的的运动轨迹和运动周期变短,使夹杂物的流出率增大,影响了钢液的洁净度。总之,电磁振荡改变了结晶器内夹杂物的运动轨迹,合适的电磁力和电磁频率使夹杂物在结晶器内振荡盘旋运动周期、运动路径以及运动时间都变长。研究发现,夹杂物在结晶器内盘旋运动时间越长,越有利于夹杂物的上浮去除和均匀分布。