在连铸过程中,结晶器内钢液表面的稳定程度是决定铸坯质量的重要因素。在电磁连铸过程中,交变磁场产生的电磁力也会引起液面的波动,因而如何对液面的波动和变形行为进行电磁控制是提高铸坯质量的关键。为了高效合理的控制液面的变形和波动行为,本文通过实验和数值模拟的方法研究了电磁控制下液面鼓包的变形及波动规律。设计了不同形式的磁场发生器,用低熔点Ga-In-Sn合金模拟钢液,采用“电磁感应法”测量了磁场发生器所产生的交变磁场,获得了不同参数下的磁场分布规律;采用激光位移传感器测得不同参数下合金液面的变形及波动情况;采用流场—磁场双向耦合算法分析了三维模型下流动钢液的液面变形规律等。实验发现:液态金属的流股冲击液面,在液面形成鼓包变形。当对液面进行电磁控制后,液面鼓包高度明显降低,波动也有一定程度的减弱。随着磁场发生器线圈电流强度增加,电磁控制的效果更加明显,液面变形高度随之减小,液面波动也进一步减弱。磁场发生器与液面的距离对电磁控制的效果有一定的影响。距离越近,液面变形高度越小,波动越弱。模拟研究了液面磁感应强度对液面变形的影响。增加磁场发生器的电流和减小磁场发生器与液面的距离,液面磁感应强度增加,钢液中心向上的冲击速度衰减加快,钢液下返流与水平液位的夹角减小,液面变形高度随之降低,在液面区域最平缓时,该夹角最小;当电流强度过大时,钢液下返流与水平液位的夹角反而增大,液面会被压出一个凹坑且坑内仍有凸起。电磁力在抑制液面变形的同时也会影响钢液内部的流动,电磁控制液面变形时应有一个适宜的电流强度。线圈覆盖面积越小,电磁控制范围越小,控制范围内液面磁感应强度越大。覆盖面积过大或过小,都会使液面更不平整,钢液中心向上的冲击速度衰减变慢,下返流与水平液位夹角变大,适当覆盖面积的线圈可以起到最佳的控制效果。增加流股冲击强度,钢液中心向上的冲击速度衰减为负值变慢,下返流与水平液位夹角增大,液面变形高度升高,流股冲击强度不同,液面变形范围也会相应变化。改变电参数和其他物理参数,只要液面中心磁感应强度不变,液面中心的液位就保持不变;磁感应强度增加,液位下降的距离变大,下降的距离与磁感应强度呈抛物线关系。因此,选择适当覆盖面积的线圈,通过不同的方式控制液面磁感应强度的大小,是控制钢液表面变形行为的关键。