Campo di flusso in una paniera di colata continua con un nuovo riscaldatore a induzione singola

¹ ASTRATTO:paniera conriscaldamento a induzioneapparecchio ha attirato sempre più attenzioni nel processo di produzione dell'acciaio negli ultimi anni.Il doppio riscaldatore a induzione occuperà una grande capacità della paniera, che di conseguenza diminuirà la produzione dell'impianto siderurgico.Nel presente lavoro è stata proposta una tecnologia paniera con riscaldatore a induzione singola.La sua caratteristica di flusso viene studiata mediante modellazione dell'acqua considerando situazioni di servizio sia non isoterme che isotermiche, e confrontata con quella del riscaldatore a doppia induzione.I risultati mostrano che la consistenza del flusso tra i diversi fili è un po' più debole con il riscaldatore a induzione singola che con il riscaldatore a doppia induzione.Nonostante ciò, il case ottimizzato può soddisfare completamente i requisiti industriali con la sua frazione di volume morto del 15% e il tempo di rottura minimo 92s.

PAROLE CHIAVE:Paniera con riscaldamento a induzione a canale;Riscaldatore a induzione singola;Campo di flusso;

1.introduzione

La paniera è un importante recipiente metallurgico nel processo di colata continua per distribuire l'acciaio fuso tra siviera e stampo, favorendo la rimozione di inclusioni non metalliche e migliorando di conseguenza la superficie e la qualità interna dei getti [1-6].Tuttavia, con il procedere della colata, la temperatura dell'acciaio fuso diminuirà notevolmente sia in siviera che in paniera a causa della perdita di calore, il che porterà a una variazione della velocità di colata per un funzionamento regolare e all'instabilità del flusso del fluido nella paniera e nello stampo.Per mantenere stabile la colata a una data temperatura costante, la tecnologia di riscaldamento dell'acciaio fuso mediante pistola al plasma o canale di induzione in paniera è stata oggetto di sempre più attenzioni negli ultimi anni.In questa situazione, ci si può aspettare di ottenere sia la qualità della superficie che una qualità interna costante per i prodotti di colata.Tuttavia, a causa dell'installazione del riscaldatore a induzione, si dedurrà il volume effettivo di una paniera e le caratteristiche di scorrimento del fluido varieranno, rispetto a una paniera convenzionale.

Una paniera a 7 fili con canale di riscaldamento a induzione simmetrico è stata utilizzata in un'acciaieria cinese, utilizzata per produrre acciai per cuscinetti e molle di alta qualità.Tuttavia, le piste industriali hanno scoperto che le inclusioni non metalliche nelle billette del filamento2 e del filamento6 sono più di altri filamenti, che si sospettava fossero il risultato di una struttura irrazionale della paniera quando si adottava il canale di induzione.Pertanto, è stata condotta un'ottimizzazione strutturale da parte nostra ed è stato fornito un caso ottimizzato basato sul riscaldatore a doppia induzione.Rispetto alla struttura del prototipo, la frazione di volume della zona morta del caso ottimizzato è stata ridotta del 30,16% e il tempo di permanenza medio è stato prolungato di 278 s.Per aumentare il volume effettivo della paniera e aumentare l'efficienza produttiva, è prevista l'adozione di un riscaldatore a singola induzione in questa acciaieria.Pertanto, nel presente lavoro, la struttura di questa paniera a 7 fili con riscaldatore a induzione singola sarà ottimizzata mediante modello fisico e verranno rivelate le caratteristiche di flusso e i comportamenti del fluido in esso contenuto, il che è vantaggioso per una migliore applicazione di questo nave innovativa nell'industria.

Il suo schema è mostrato in Figura 1. La camera di colata e la camera di scarico sono collegate dai due canali di riscaldamento e due riscaldatori sono attorno ai canali.L'acciaio fuso scorre dalla camera di colata nella camera di scarico solo attraverso i canali.

Figura 1.Schema della paniera [8]

3. Risultati e discussioni

3.1Per nesperimento isotermico

Nel funzionamento industriale, quando l'acciaio fuso scorre attraverso il canale di induzione, verrà riscaldato.Diverse potenze elettriche genereranno vari effetti di riscaldamento.Per osservare gli effetti del riscaldamento a induzione sul flusso del liquido, esperimenti non isotermici con varie differenze di temperatura (= 0, 5, 10, 20, 30 °C) di fluido sono stati dapprima eseguiti per il prototipo di paniera con riscaldatore a induzione singola (5º di inclinazione del canale verso l'alto, 300 mm dall'uscita del canale alla superficie inferiore della paniera).Lo schema strutturale è mostrato in Figura 2. Adottando l'acqua a temperatura ambiente per modellare l'acciaio fuso senza riscaldarlo all'esterno del canale, sono state iniettate varie temperature di acqua calda dall'ingresso del canale.Lo schema sperimentale è riportato nella tabella 1.

Figura 2 Schemi costruttivi paniera con riscaldatore a induzione singola

Tabella 1. Schema dell'esperimento non isotermico.

I parametri caratteristici del fluido per i diversi casi sono mostrati nella Tabella 2 e le curve RTD sono illustrate nella Figura 3.

Tavolo2.Parametri caratteristici di casi sperimentali non isotermici.

Figura 3.Curve RTD di esperimenti non isotermici a differentiT: (a)caso P0,T= 0°C;(b)P1, 5 °C;(c)P2, 10°C;(d)P3, 20°C;(e)P4, 30 °C.

Dalla tabella 2, per il caso P0 (= 0°C),è solo 35 s, la frazione di volume morto raggiunge il 54,58 %, il che significa che mezzo fluido della paniera scorre lentamente.Il motivo può essere spiegato dalle curve RTD della Figura 3(a) come segue: le concentrazioni di piccoC/C₀dei trefoli 2 e 6 nel caso in cui P0 sia superiore a 5,0 e mostri forme nette, il che suggerisce che la maggior parte del tracciante fluisce direttamente all'uscita2 e all'uscita6, formando \\"flusso in cortocircuito\\".Confrontando il caso P0 con il prototipo del riscaldatore a doppia induzione caso A0 dal riferimento [8], la zona morta del primo, e le deviazioni standardesono tutti più grandi di quest'ultimo, indicando che non importa il prototipo di riscaldatore a doppia induzione o riscaldatore a induzione singola, i loro campi di flusso sono entrambi irrazionali nella condizione senza differenza di temperatura.

Per il caso P1 (= 5 °C), il totaleè 45 s e ildel 2^nsil filo è 44 s.Inoltre, c'è una grande differenza tra le curve RTD di diversi fili.Tuttavia, la frazione di zona morta dell'intera paniera è solo del 3,66%, molto più piccola del caso P0.All'aumentare della differenza di temperatura, ovviamente, il tempo di pausa minimo e il tempo di picco dei casi da P2 a P4 si allungano e la zona morta scompare.

Confrontando i casi da P1 a P4, le curve RTD di sette filamenti diventano più coerenti con l'aumento di, e le deviazioni standard (S) nella tabella 2 sono generalmente in diminuzione.

Per spiegare i suddetti fenomeni, la traiettoria dell'inchiostro dei casi P0 e P3 è stata illustrata rispettivamente nelle figure 4 e 5.

Figura 4.Traiettoria di dispersione dell'inchiostro nel caso P0

Figura 5.Traiettoria di dispersione dell'inchiostro nel caso P3

Per il caso P0, l'inchiostro nero scorre dapprima lungo il canale inclinato (figure 4a).A 78 s, una parte dell'inchiostro si disperde sulla superficie del bagno, mentre l'altra fluisce direttamente all'uscita2, formando \\"flusso in cortocircuito\\".In questa situazione, le inclusioni non metalliche in questo filo non avranno abbastanza tempo per galleggiare e rimuovere.Dalle Figure 4 (c) e (d), l'inchiostro non potrebbe quasi fluire vicino all'uscita4, mentre il più concentrato su entrambi i lati della paniera, suggerendo che la regione vicino all'uscita4 è la principale fonte di zona morta.Dalla tabella 2, ilraggiunge il 54,58 %, rappresentando più della metà del volume della paniera.Inoltre, ilemostrano rispettivamente 122.40 e 101.94, che indica una grande differenza nella caratteristica di flusso tra diversi trefoli.Pertanto, ottimizzando la struttura interna del prototipo paniera con riscaldatore a induzione singola a condizione di= 0 è molto necessario.

Dalla Figura 5, la traiettoria dell'inchiostro nel caso P3 è molto distinta dal caso P0, prima scorre alla superficie del bagno con l'acqua calda dal canale (Figura 5 (a)) a causa della galleggiabilità termica, e poi si accumula a tutta la paniera superficie (Figura 5 (b)), in questo caso non si genera flusso di cortocircuito.Dopodiché, il flusso caldo scende gradualmente in ogni uscita.Man mano che si passa molto tempo dalla superficie al fondo della paniera, il tempo di permanenza del liquido aumenta notevolmente.Inoltre, il flusso caldo affonda completamente, quindi il volume morto di questo caso scompare.

3.2PerIsotermico sperimentale

Come è stato descritto nel riferimento [8], quando il riscaldamento a induzione della paniera funziona per un periodo di tempo, la differenza di temperatura dell'acciaio fuso all'interno e all'esterno del canale di induzione si ridurrà fino a scomparire.A quel punto, l'acciaio fuso nella paniera diventerà un flusso isotermico.Inoltre, l'operazione di riscaldamento a induzione viene solitamente utilizzata per alcuni tipi di acciaio speciale come acciai per cuscinetti e per molle a fini economici.Per i normali tipi di acciaio, la funzione di riscaldamento dei canali non verrà eseguita.In questa situazione, anche il flusso di acciaio fuso attraverso il canale è isotermico.Pertanto, per l'ottimizzazione strutturale di una paniera con riscaldamento a singola induzione, è necessario l'esperimento isotermico del modello ad acqua.

Sulla base dei risultati del riscaldatore a doppia induzione [8], il caso del riscaldatore a induzione singola è progettato come segue: il canale di induzione è impostato come orizzontale ed è elevato a 340 mm di distanza dalla superficie inferiore della paniera, le due dighe a ciascun lato della paniera è distribuito simmetricamente tra le prese, dam1 è nella posizione 375 mm rispetto all'uscita2, dam2 è a 240 mm rispetto all'uscita3.Le altezze delle dighe sono rispettivamente disposte come 0, 340, 420 e 500 mm e lo schema sperimentale è elencato nella Tabella 3. I parametri caratteristici del flusso sono presentati nella Tabella 4 e le loro curve RTD sono mostrate nella Figura 6.

Tavolo3.Schema dell'esperimento isotermico

Tavolo4.Parametri caratteristici del flusso nell'esperimento isotermico

Figura 6Curve RTD dell'esperimento isotermico in diversi casi: (a)G1;(b)G2;(c)G3;(d)G4

Dalla tabella 4, il tempo di permanenza medio del caso G1 è aumentato di 292 s e la frazione di zona morta è diminuita della metà rispetto al caso P0, indicando che l'elevazione del canale di induzione è favorevole al miglioramento del campo di flusso.Tuttavia, il canale di induzione non può essere troppo alto a causa dei limiti di superficie del liquido della paniera e dell'acciaio di residenza.

Confrontando i casi da G2 a G4, il tempo di permanenza medio si prolunga e la frazione di zona morta e la concentrazione di picco diminuiscono con l'aumento dell'altezza della diga, suggerendo che la diga alta è vantaggiosa per l'ottimizzazione del campo di flusso di questa paniera.Ciò è dovuto al fatto che il fluido scorre verso l'alto anziché direttamente all'uscita2 e all'uscita6 a causa della guida della diga alta.In questa situazione, il flusso di cortocircuito viene eliminato.I parametri di scorrimento del caso G3 sono vicini a quelli del caso G4, quindi il caso G3 è ritenuto ottimale, considerando la produzione effettiva e la quantità di acciaio residuo.

Dalle curve RTD in Figura 6, la differenza tra i vari trefoli è relativamente grande poiché l'insieme del riscaldatore a induzione singola rende il campo di flusso asimmetrico su entrambi i lati della camera di scarico della paniera.

4. Conclusioni

Le caratteristiche di flusso per un'innovativa paniera di colata con riscaldatore a induzione singolo di tipo a canale sono rivelate dal metodo del modello dell'acqua, basato su condizioni di lavoro isotermiche e non isotermiche della paniera, e viene proposto il progetto di controllo del flusso ottimale.Si traggono le seguenti conclusioni:

Nella situazione non isotermica, il fluido dal canale di riscaldamento scorre verso l'alto direttamente sulla superficie del liquido, il che è potenzialmente favorevole alla rimozione delle inclusioni non metalliche nell'acciaio.Maggiore è la differenza di temperatura all'interno e all'esterno del canale di riscaldamento, più evidente è il flusso in aumento.Quando la differenza di temperatura raggiunge i 10 °C, la zona morta della paniera è completamente eliminata e il tempo minimo di permanenza del fluido e il tempo medio di permanenza raggiungono rispettivamente 353 s e 1067 s, molto più lunghi di quelli in condizione di assenza di differenza di temperatura .

Nella situazione isotermica, l'elevazione del canale di induzione e l'insieme delle doppie dighe in paniera possono ridurre la frazione della zona morta e la diga alta ha un vantaggio rispetto alla diga bassa.La frazione di zona morta dei casi G3 e G4 è diminuita dal 45,57 % nella paniera prototipo e dal 54,58 % nel caso P0 a meno del 16 %.Considerando l'altezza della superficie del liquido e la quantità di acciaio residuo nella paniera, la cassa G3 (altezza canale induzione 340 mm, altezza due dighe 420 mm) può essere considerata la scelta ottimale per una produzione vera e propria.

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