Hora de publicación: 2021-08-19 Origen: Sitio
Abstracto:Se ha desarrollado un modelo numérico tridimensional que combina el campo electromagnético, el flujo de fluido y la fluctuación de nivel para investigar el comportamiento de flujo del acero fundido en un molde de colada continua de placa para acero libre de intersticiales (IF).De acuerdo con los resultados industriales y de modelado, los remolinos se generan en la sección transversal debido a la fuerza electromagnética (EMF) y su número depende de los pares de polos magnéticos de los campos electromagnéticos.Con el aumento de la frecuencia actual, la EMF alcanza el máximo a la frecuencia actual de 4.5 Hz y luego disminuye gradualmente.Cuando la intensidad de la corriente aumenta de 0 A a 600 A, la tasa de atrapamiento de escoria relacionada con los defectos de la palanquilla se reduce del 7,46% al 1,09%, pero aumenta al 6,09% cuando la intensidad de la corriente alcanza los 650 A.El estudio sugiere que la intensidad de corriente optimizada de mohoagitación electromagnética(M-EMS) puede prevenir eficazmente defectos superficiales o subterráneos para una producción de acero limpio.
Palabras clave:IntersticialfRee Steel;Campo electromagnetico;Flujo de fluido;Intensidad actual;Rcomió atrapamiento de escoria.
Con el desarrollo de la producción de acero limpio, los requisitos de calidad para los productos de colada continua son cada vez más estrictos.[1].Para la producción de acero libre intersticial (IF), que se usa ampliamente en la industria del automóvil debido a su excelente propiedad de embutición profunda, los defectos de la superficie, como las astillas y las ampollas de lápiz, son los problemas más frecuentes que conducen a rechazos y degradación de sus productos de láminas finales.[2].Es especialmente importante controlar la fluctuación del nivel de líquido del molde durante la fundición y evitar la acumulación de inclusiones subsuperficiales relacionadas con la característica de la carcasa del gancho de los aceros en el menisco.Se ha introducido un nuevo M-EMS que puede producir remolinos para limpiar las populares inclusiones recolectadas con ganchos, se ha desarrollado un modelo magnetohidrodinámico acoplado para analizar las características del campo electromagnético tridimensional, el flujo de fluido y los fenómenos de fluctuación de nivel en el 0.23m × Molde de losa de 1,6 m.Las relaciones entre el EMF y la intensidad o frecuencia de la corriente se han analizado en detalle.También se estudia la influencia de la corriente de agitación y la posición del agitador en la fluctuación del nivel del acero fundido.Finalmente, los diversos parámetros M-EMS de la intensidad de la corriente de la bobina se comparan mediante un análisis combinado con el comportamiento del flujo del molde y la retroalimentación de las pruebas en plantas industriales.
Figura 1Modelo de geometría y malla de elementos finitos: (a) simulación electromagnética;(b) simulación de flujo
El modelo de geometría y la malla de elementos finitos en una hebra de losa con un agitador electromagnético de onda viajera se muestran en la Figura 1. El modelo de M-EMS incluye principalmente acero fundido, molde de cobre, tablero de acero inoxidable, núcleo de hierro, serpentín de agitación y aire ( no mostrado).
Para garantizar la validez del modelo matemático, los resultados calculados para la densidad de flujo magnético a lo largo de la línea Y = 0,1 m en el plano medio del agitador se compararon con los datos medidos en una planta, que se muestran en la Figura 2. El valor medido Los datos fueron obtenidos por Hunan Zhongke Electric Co., Ltd a través de un medidor Lake Shore 475 DSP Gauss.A partir de esta figura, las tendencias de la densidad de flujo magnético son distribución centralmente simétrica.Los resultados calculados concuerdan bien con los datos medidos, lo que indica que el modelo matemático desarrollado es razonable para este sistema de agitación y los resultados calculados podrían usarse para proporcionar una guía teórica para optimizar los parámetros de la operación de agitación en la producción real.Además, la densidad de flujo magnético medida es un poco más baja que la calculada, debido a la fuga del campo magnético y al error medido o calculado.Sin embargo, este error es pequeño y puede pasarse por alto.
Figura 2Comparación entre los valores calculados y medidos de la intensidad del flujo magnético
Fig. 3La densidad de flujo magnético (BF, BL, BO).(a) con tablero de acero inoxidable;(b) sin tablero de acero inoxidable
La Figura 3 muestra la densidad de flujo magnético a lo largo de las líneas para Y = -0,1 m (BF), Y = 0,1 m (BL), Y = 0 m (B0) en el plano medio del agitador con y sin tablero de acero inoxidable.Se puede observar que el BF es casi igual a BL.Para el caso con el tablero de acero inoxidable en la Fig. 3a, su densidad de flujo magnético es más uniforme y más pequeña que sin el tablero de acero inoxidable, que juega un papel de escudo electromagnético de las bobinas.Los valores promedio de BF son respectivamente 61,92 mT y 122,26 mT para con y sin tablero de acero inoxidable, por lo que no es preciso ignorar el tablero de acero inoxidable en el modelo de geometría M-EMS.
Figura 4Distribución de la densidad de flujo magnético en el plano medio del agitador (Z = −0,12 m).(a) Vector;(b) contorno
La Figura 4 muestra los gráficos vectoriales y de contorno de la densidad de flujo magnético en el plano medio del agitador (Z = −0,12 m).Se ve que el vector y el contorno de la densidad de flujo magnético de la fase inicial distribuyen centrosimétricos.La densidad de flujo magnético es mayor en el borde de la cara ancha y disminuye gradualmente desde el exterior hacia el interior.Los máximos se encuentran en las proximidades del borde ancho del molde (Y = 0,125 mo Y = -0,125 m).
Figura 5Gráficos vectoriales y de contorno de la EMF promediada en el tiempo en el plano medio del agitador (Z = −0,12 m).(a) vector;(b) contorno
La Figura 5 muestra el vector y el contorno del EMF promediado en el tiempo en el plano medio del agitador (Z = −0,12 m).Se ve que la distribución de EMF es centrosimétrica debido a la distribución centrosimétrica de la densidad de flujo magnético.Las componentes tangenciales de los campos electromagnéticos en las proximidades de los bordes son mayores que las de la parte interior de la sección transversal, y las componentes tangenciales de los campos electromagnéticos en los dos bordes paralelos de la cara ancha tienen el mismo valor en la dirección opuesta.Existen cuatro remolinos transversales del EMF promediado en el tiempo en el interior de la sección transversal.El máximo del EMF promediado en el tiempo es 9000 N / m3, que aparece en los puntos X = 0,57 m, Y = 0,125 my X = -0,57 m, Y = -0,125 m.El mínimo de la EMF promediada en el tiempo es inferior a 1000 N / m3, que aparece en el interior.
La Figura 6a muestra la distribución de la densidad de flujo magnético para diferentes corrientes a 4.5Hz.La densidad de flujo magnético aumenta con el aumento de la intensidad de la corriente y están en una relación proporcional aproximada.La Figura 6b muestra la distribución de EMF tangencial para diferentes frecuencias de corriente a 600 A. En el rango de frecuencias de corriente aplicadas para M-EMS (1.0–5.5 Hz) a 600 A, la EMF tangencial aumenta con la frecuencia de corriente creciente y alcanza el máximo a la frecuencia actual de 4.5Hz y luego disminuye gradualmente.
Figura 6Distribución de la densidad de flujo magnético y EMF tangencial.(a) diferentes corrientes;(b) diferentes frecuencias
Higo.7 La comparación de las fluctuaciones de nivel tridimensionales: (a) M-EMS apagado;(b) con M-EMS, Z = -0,42 m;(c) con M-EMS, Z = -0,27 m;(d) con M-EMS, Z = -0,12 m
La Figura 7 muestra las fluctuaciones de nivel tridimensionales bajo diferentes posiciones del plano medio del agitador, en el que el valor de la fracción de volumen de acero del plano 0,5 se elige para expresar el estado de la fluctuación de nivel.Puede verse intuitivamente que la interfaz acero / escoria es casi plana cuando el M-EMS está apagado.El flujo arremolinado del efecto de M-EMS aumenta la fluctuación de la superficie libre, y las fluctuaciones de nivel más alto para M-EMS ocurren en las cuatro esquinas de la superficie libre de moho.En las regiones locales, la altura máxima de fluctuación de nivel para M-EMS en Z = -0,42 m, -0,27 m, -0,12 m son 1,0 mm, 2,4 mm y 2,9 mm, respectivamente.La altura del agitador aumenta, lo que puede inducir fácilmente la fluctuación de la superficie libre.Los resultados indican que a medida que aumenta la altura del agitador, se agrava la fluctuación de nivel.El mayor valor de fluctuación de nivel bajo M-EMS en Z = -0,12 m es aceptable para el movimiento de escoria, cuyo rango de fluctuación de nivel dentro de ± 4 mm es aceptable para la planta.[15].Por lo tanto, la posición óptima del agitador para el plano medio de M-EMS es Z = -0,12 m por debajo del menisco.
La figura 8 indica el efecto de la corriente de agitación sobre la fluctuación del nivel.Con el aumento de la corriente de agitación, la fluctuación de nivel se intensifica debido al evidente flujo de remolino transversal inducido por el M-EMS, que puede provocar el atrapamiento de escoria.En las regiones locales.La altura máxima de fluctuación de nivel para la corriente 500A, 550A, 600A, 650A es de 2,1 mm, 2,8 mm, 3,6 mm y 4,2 mm, respectivamente.Cuando la corriente es 650A, la fluctuación del nivel excede ± 4 mm, el agravamiento de la fluctuación del nivel puede conducir al atrapamiento de escoria.
Higo.8 La comparación de fluctuaciones de nivel tridimensionales: (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A
Higo.9 Distribución de vectores en el centro de EMS (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A
La Figura 9 revela el patrón de flujo en el plano medio de M-EMS bajo varias corrientes.La velocidad tangencial aumenta con el aumento de la intensidad de la corriente.Cuatro remolinos transversales del acero fundido están distribuidos simétricamente, que casi coinciden con los cuatro pares de polos magnéticos.
Tabla 2La tasa de bloqueo por atrapamiento de escoria con diferentes intensidades de corriente.
Intensidad de la corriente de agitación | 0A | 500A | 550A | 600A | 650A |
Tasa de bloqueo del atrapamiento de escoria | 7,46% | 6,86% | 2,80% | 1,09% | 6,90% |
De acuerdo con los resultados de la simulación anterior, se eligieron cuatro intensidades de corriente para probar una losa de acero libre de intersticiales producida por una planta de acero en China, la tasa de bloqueo de atrapamiento de escoria se contó en la Tabla 2, que es una de las principales fuentes de inclusiones en el producto final, y dañará enormemente la producción de acero limpio.Cuando se enciende el M-EMS, la tasa de bloqueo del arrastre de flujo disminuye obviamente.A la intensidad de corriente de 600 A, la tasa de bloqueo del atrapamiento de escoria es solo del 1,09%, que se reduce en un 85% en comparación con la situación M-EMS desactivado.Por lo tanto, los resultados industriales concuerdan bien con los resultados calculados, y así se verifica el éxito del presente modelo.
Se estudió la simulación numérica combinada y los ensayos en planta, el efecto de M-EMS sobre el campo electromagnético, el flujo de fluido y la fluctuación de nivel.Las conclusiones principales son las siguientes:
(1) La densidad de flujo magnético y la EMF se distribuyen simétricamente en el centro de la cara ancha del molde.El EMF genera los remolinos en la sección transversal y su número corresponde a los pares de polos magnéticos del campo electromagnético.Con el aumento de la frecuencia actual, la EMF alcanza el máximo a la frecuencia actual de 4.5 Hz y luego disminuye gradualmente.
(2) Con el aumento de la altura de la posición del agitador, la fluctuación de nivel se agrava, lo que puede conducir al arrastre de flujo.Cuando el plano medio de M-EMS está en Z = -0,12 m, la fluctuación de nivel es de ± 4 mm, que es aceptada por la planta.
(3) De acuerdo con los resultados estadísticos de la tasa de bloqueo de arrastre para diferentes parámetros de proceso en ensayos de plantas industriales, la intensidad de corriente optimizada es 600A, y a esta intensidad de corriente, la tasa de bloqueo de atrapamiento de escoria es solo 1.09%, mucho menor que la caso con M-EMS desactivado.
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