Studio sul comportamento del flusso nello stampo guidato da un'agitazione elettromagnetica sotterranea per la colata di lastre di acciaio IF
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Studio sul comportamento del flusso nello stampo guidato da un'agitazione elettromagnetica sotterranea per la colata di lastre di acciaio IF

numero Sfoglia:0     Autore:Editor del sito     Pubblica Time: 2021-08-19      Origine:motorizzato

Studio sul comportamento del flusso nello stampo guidato da un'agitazione elettromagnetica sotterranea per la colata di lastre di acciaio IF

Astratto:È stato sviluppato un modello numerico tridimensionale che accoppia il campo elettromagnetico, il flusso del fluido e la fluttuazione del livello per studiare il comportamento del flusso dell'acciaio fuso in uno stampo di colata continua a bramme per acciaio interstiziale (IF).Secondo i risultati industriali e di modellazione, i vortici sono generati sulla sezione trasversale a causa della forza elettromagnetica (EMF) e il suo numero dipende dalle coppie di poli magnetici dei campi elettromagnetici.Con l'aumento della frequenza attuale, l'EMF raggiunge il massimo alla frequenza attuale di 4,5 Hz e poi diminuisce gradualmente.Quando l'intensità di corrente aumenta da 0A a 600A, il tasso di intrappolamento delle scorie relativo ai difetti della billetta viene ridotto dal 7,46% all'1,09%, ma aumenta al 6,09% quando l'intensità di corrente raggiunge i 650A.Lo studio suggerisce che l'intensità di corrente ottimizzata della muffa-agitazione elettromagnetica(M-EMS) può prevenire efficacemente i difetti superficiali o sotto la superficie per una produzione di acciaio pulita.

Parole chiave:interstiziale-facciaio inossidabile;Campo elettromagnetico;Flusso del fluido;Intensità di corrente;Rmangiato di scorie intrappolate.

1. Introduzione

Con lo sviluppo della produzione di acciaio pulito, i requisiti di qualità per i prodotti di colata continua stanno diventando sempre più severi[1].Per la produzione di acciaio interstitial free (IF), ampiamente utilizzato nell'industria automobilistica grazie alle sue eccellenti proprietà di imbutitura profonda, i difetti superficiali come schegge e bolle di matita sono i problemi più frequenti che portano a scarti e al declassamento dei loro prodotti finali in lamiera[2].È particolarmente importante controllare la fluttuazione del livello del liquido dello stampo durante la colata, ed evitare la raccolta di inclusioni subsuperficiali legate al guscio del gancio caratteristico degli acciai al menisco.È stato introdotto un nuovo M-EMS in grado di produrre agitazione vorticosa per pulire le famose inclusioni raccolte a gancio, è stato sviluppato un modello magnetoidrodinamico accoppiato per analizzare le caratteristiche del campo elettromagnetico tridimensionale, il flusso del fluido e i fenomeni di fluttuazione del livello nei 0,23 m × Stampo per lastre da 1,6 m.Le relazioni tra l'EMF e l'intensità o frequenza della corrente sono state analizzate in dettaglio.Viene inoltre studiata l'influenza della corrente di agitazione e della posizione dell'agitatore sulla fluttuazione del livello dell'acciaio fuso.Infine, i vari parametri M-EMS dell'intensità della corrente della bobina vengono confrontati attraverso un'analisi combinata con il comportamento del flusso dello stampo e il feedback delle prove sugli impianti industriali.

2 Descrizione del modello

2.1 Modello geometrico tridimensionale di M-EMS

Modello geometrico tridimensionale di M-EMS

Fig. 1Modello geometrico e mesh agli elementi finiti:(a) simulazione elettromagnetica;(b) simulazione del flusso

Il modello geometrico e la maglia degli elementi finiti in un filo di lastra con un agitatore elettromagnetico a onde mobili sono mostrati nella Figura 1. Il modello di M-EMS include principalmente acciaio fuso, stampo in rame, tabellone inossidabile, nucleo di ferro, bobina di agitazione e aria ( non mostrato).

3. Risultati e discussioni

3.1 Validità del modello sviluppato

Per garantire la validità del modello matematico, i risultati calcolati per la densità del flusso magnetico lungo la linea Y=0,1 m al piano mediano dell'agitatore sono stati confrontati con i dati misurati in un impianto, come mostrato nella Figura 2. Il valore misurato i dati sono stati ottenuti dalla Hunan Zhongke Electric Co., Ltd attraverso un misuratore Gauss DSP Lake Shore 475.Da questa figura, le tendenze della densità del flusso magnetico sono distribuzione simmetrica centrale.I risultati calcolati sono in buon accordo con i dati misurati, il che indica che il modello matematico sviluppato è ragionevole per questo sistema di agitazione e i risultati calcolati potrebbero essere utilizzati per fornire una guida teorica per ottimizzare i parametri di operazione di agitazione nella produzione effettiva.Inoltre, la densità del flusso magnetico misurata è leggermente inferiore a quella calcolata, a causa della dispersione del campo magnetico e dell'errore misurato o calcolato.Tuttavia, questo errore è piccolo e può essere trascurato.

Confronto tra i valori calcolati e misurati dell'intensità del flusso magnetico

Fig. 2Confronto tra i valori calcolati e misurati dell'intensità del flusso magnetico

3.2 Densità di flusso magnetico

La densità del flusso magnetico

Fig.3La densità di flusso magnetico (BF, BL, BO).(a) con tabellone inossidabile;(b) senza tabellone inossidabile

La Figura 3 mostra la densità del flusso magnetico lungo le linee per Y= -0,1 m (BF), Y=0,1 m (BL), Y=0 m (B0) al piano mediano dell'agitatore con e senza pannello in acciaio inossidabile.Si può osservare che il BF è quasi uguale a BL.Per il caso con il tabellone inossidabile in Fig. 3a, la sua densità di flusso magnetico è più uniforme e più piccola di quella senza il tabellone inossidabile, che svolge un ruolo di schermo elettromagnetico dalle bobine.I valori medi di BF sono rispettivamente 61,92 mT e 122,26 mT con e senza tabellone inossidabile, quindi non è accurato ignorare il tabellone inossidabile nel modello di geometria M-EMS.

Distribuzione della densità del flusso magnetico sul piano mediano dell'agitatore

Fig. 4Distribuzione della densità del flusso magnetico sul piano mediano dell'agitatore (Z = -0,12 m).(a) Vettore;(b) contorno

La Figura 4 mostra i grafici vettoriali e di contorno della densità del flusso magnetico nel piano medio dell'agitatore (Z = -0,12 m).Si vede che il vettore e il contorno della densità di flusso magnetico della fase iniziale distribuiscono centrosimmetricamente.La densità del flusso magnetico è maggiore sul bordo della faccia larga e diminuisce gradualmente dall'esterno verso l'interno.I massimi si trovano in prossimità del bordo largo dello stampo (Y=0.125m o Y=-0,125m).

Grafici vettoriali e di contorno dell'EMF mediato nel tempo sul piano intermedio dell'agitatore

Fig. 5Grafici vettoriali e di contorno dell'EMF mediato nel tempo sul piano mediano dell'agitatore (Z=-0,12 m).(a) vettore;(b) contorno

La Figura 5 mostra il vettore e il contorno dell'EMF mediato nel tempo sul piano mediano dell'agitatore (Z= -0,12 m).Si vede che la distribuzione dell'EMF è centrosimmetrica a causa della distribuzione centrosimmetrica della densità del flusso magnetico.Le componenti tangenziali dei campi elettromagnetici in prossimità dei bordi sono maggiori di quelle nella parte interna della sezione trasversale, e le componenti tangenziali dei campi elettromagnetici ai due bordi paralleli della faccia larga sono di valore uguale con direzione opposta.All'interno della sezione trasversale esistono quattro vortici trasversali dell'EMF mediato nel tempo.Il massimo dell'EMF mediato nel tempo è 9000 N/m3, che appare nei punti X=0,57 m, Y=0,125 m e X=-0,57 m, Y=-0,125 m.Il minimo dell'EMF mediato nel tempo è inferiore a 1000 N/m3, che appare all'interno.

La Figura 6a mostra la distribuzione della densità del flusso magnetico per diverse correnti a 4,5Hz.La densità del flusso magnetico aumenta con l'aumentare dell'intensità della corrente e sono in una relazione approssimativamente proporzionale.La Figura 6b mostra la distribuzione dell'EMF tangenziale per diverse frequenze di corrente a 600 A. Nell'intervallo di frequenze di corrente applicate per M-EMS (1,0-5,5 Hz) a 600 A, l'EMF tangenziale aumenta con l'aumento della frequenza di corrente e raggiunge il massimo alla frequenza attuale 4.5Hz e poi decresce gradualmente.

Distribuzione della densità del flusso magnetico e dell'EMF tangenziale

Figura 6Distribuzione della densità del flusso magnetico e dei campi elettromagnetici tangenziali.a) correnti diverse;(b) frequenze diverse

Distribuzione della densità del flusso magnetico e dell'EMF tangenziale

Fico.7 Il confronto delle fluttuazioni di livello tridimensionale: (a) M-EMS off;(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 mostra le fluttuazioni di livello tridimensionali in diverse posizioni del piano mediano dell'agitatore, in cui viene scelto il piano del valore della frazione di volume dell'acciaio 0,5 per esprimere lo stato di fluttuazione del livello.Si può vedere intuitivamente che l'interfaccia acciaio/scorie è quasi piatta quando l'M-EMS è spento.Il flusso vorticoso dell'effetto di M-EMS aumenta la fluttuazione della superficie libera e le fluttuazioni di livello più alto per M-EMS si verificano ai quattro angoli della superficie libera dallo stampo.Nelle regioni locali, l'altezza massima della fluttuazione del livello per M-EMS a Z=-0,42 m, -0,27 m, -0,12 m è rispettivamente di 1,0 mm, 2,4 mm e 2,9 mm.L'altezza dell'agitatore aumenta, il che può facilmente indurre la fluttuazione della superficie libera.I risultati indicano che all'aumentare dell'altezza dell'agitatore, la fluttuazione del livello è aggravata.Il valore più grande di fluttuazione del livello in M-EMS a Z= -0,12 m è accettabile per il movimento della scoria, mentre l'intervallo di fluttuazione del livello entro ± 4 mm è accettabile per l'impianto[15].Pertanto, la posizione ottimale dell'agitatore per il piano medio di M-EMS è a Z= -0,12 m al di sotto del menisco.

La figura 8 indica l'effetto della corrente di agitazione sulla fluttuazione del livello.Con l'aumento della corrente di agitazione, la fluttuazione del livello si intensifica a causa dell'evidente flusso vorticoso trasversale indotto dall'M-EMS, che può portare all'intrappolamento di scorie.Nelle regioni locali.L'altezza massima della fluttuazione del livello per gli attuali 500A, 550A, 600A, 650A è rispettivamente di 2,1 mm, 2,8 mm, 3,6 mm e 4,2 mm.Quando la corrente è 650 A, la fluttuazione del livello supera ±4 mm, l'aggravamento della fluttuazione del livello può portare all'intrappolamento della scoria.

Il confronto delle fluttuazioni di livello tridimensionale

Fico.8 Il confronto delle fluttuazioni di livello tridimensionale: (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

La distribuzione dei vettori al centro di EMS

Fico.9 Distribuzione vettoriale al centro di EMS (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

La Figura 9 rivela il modello di flusso sul piano medio di M-EMS sotto varie correnti.La velocità tangenziale aumenta con l'aumentare dell'intensità della corrente.Quattro vortici trasversali dell'acciaio fuso sono distribuiti simmetricamente, che quasi coincidono con le quattro coppie di poli magnetici.

3.3Qualità della lastra con diversi parametri di processo

Tavolo 2il tasso di blocco per l'intrappolamento delle scorie con diverse intensità di corrente

Intensità della corrente di agitazione

0A

500A

550A

600A

650A

Tasso di blocco dell'intrappolamento delle scorie

7,46%

6,86%

2,80%

1,09%

6,90%

Secondo i risultati della simulazione di cui sopra, sono state scelte quattro intensità di corrente per testare una bramma di acciaio priva di interstizi prodotta da un'acciaieria in Cina, il tasso di blocco dell'intrappolamento delle scorie è stato contato nella Tabella 2, che è una delle principali fonti di inclusioni nel prodotto finale e danneggerà notevolmente la produzione di acciaio pulito.Quando l'M-EMS è acceso, la velocità di blocco del trascinamento del flusso diminuisce ovviamente.All'intensità di corrente 600A, il tasso di blocco dell'intrappolamento delle scorie è solo dell'1,09%, che è diminuito dell'85% rispetto alla situazione M-EMS spento.Pertanto, i risultati industriali concordano bene con i risultati calcolati e quindi verificano il successo del presente modello.

4Conclusioni

Sono stati studiati la simulazione numerica combinata e le prove sugli impianti, l'effetto di M-EMS sul campo elettromagnetico, il flusso del fluido e la fluttuazione del livello.Le principali conclusioni sono le seguenti:

(1) La densità del flusso magnetico e l'EMF si distribuiscono in modo centrale simmetrico sull'ampia faccia dello stampo.L'EMF genera i vortici sulla sezione trasversale e il suo numero è corrispondente alle coppie di poli magnetici del campo elettromagnetico.Con l'aumento della frequenza attuale, l'EMF raggiunge il massimo alla frequenza attuale di 4,5 Hz e poi diminuisce gradualmente.

(2) Con l'aumento dell'altezza della posizione dell'agitatore, la fluttuazione del livello si aggrava, il che può portare al trascinamento del flusso.Quando il piano medio di M-EMS è a Z= -0,12 m, la fluttuazione del livello è ± 4 mm, che è accettata dall'impianto.

(3) Secondo i risultati statistici della velocità di blocco del trascinamento per diversi parametri di processo nelle prove di impianti industriali, l'intensità di corrente ottimizzata è 600A e, a questa intensità di corrente, la velocità di blocco dell'intrappolamento delle scorie è solo dell'1,09%, di gran lunga inferiore al caso con M-EMS disattivato.

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