게시: 2021-08-19 원산지 : 강화 된
추상적 인:IF(interstitial-free) 강의 슬래브 연속 주조 금형에서 용강의 유동 거동을 조사하기 위해 전자기장, 유체 흐름 및 레벨 변동을 결합하는 3차원 수치 모델이 개발되었습니다.산업 및 모델링 결과에 따르면, 전자기력(EMF)으로 인해 단면에 소용돌이가 발생하며 그 수는 전자기장의 자극 쌍에 의존합니다.전류 주파수가 증가함에 따라 EMF는 현재 주파수 4.5Hz에서 최대값에 도달한 후 점차 감소합니다.전류 세기가 0A에서 600A로 증가하면 빌릿 결함과 관련된 슬래그 포획율이 7.46%에서 1.09%로 감소하지만 전류 세기가 650A에 도달하면 6.09%로 증가한다.이 연구는 금형의 최적화된 전류 강도를 제안합니다.전자기 교반(M-EMS)는 깨끗한 철강 생산을 위해 표면 또는 표면 아래 결함을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
키워드:전면 광고-f리 스틸;전자기장;유체 흐름;전류 강도;R슬래그 포획을 먹었다.
청정 철강 생산의 발전으로 연속 주조 제품에 대한 품질 요구 사항이 점점 더 엄격해지고 있습니다.[1].우수한 딥 드로잉 특성으로 인해 자동차 산업에서 널리 사용되는 Interstitial Free(IF) 철강 생산의 경우 슬라이버 및 연필 블리스터와 같은 표면 결함이 가장 흔한 문제로 최종 판재 제품의 불량 및 품질 저하로 이어집니다.[2].주조 중 금형 액체 레벨 변동을 제어하고 메니스커스에서 강의 후크 쉘 특성과 관련된 표면 아래 개재물 수집을 방지하는 것이 특히 중요합니다.인기있는 후크 수집 개재물을 청소하기 위해 소용돌이 치는 교반을 생성 할 수있는 새로운 M-EMS가 도입되었으며 0.23m × 3 차원 전자기장의 특성, 유체 흐름 및 레벨 변동 현상을 분석하기 위해 결합 된 자기 유체 역학 모델이 개발되었습니다. 1.6m 슬래브 금형.EMF와 전류 세기 또는 주파수 사이의 관계를 자세히 분석했습니다.용강의 레벨 변동에 대한 교반 전류 및 교반기 위치의 영향도 연구됩니다.마지막으로 코일 전류 강도의 다양한 M-EMS 매개변수를 결합 분석을 통해 금형 흐름 거동과 산업 플랜트 시험의 피드백에 비교합니다.
그림 1기하학 모델 및 유한 요소 메쉬:(a) 전자기 시뮬레이션;(b) 유동 시뮬레이션
진행파 전자기 교반기가 있는 슬래브 스트랜드의 기하학적 모델 및 유한 요소 메쉬가 그림 1에 나와 있습니다. M-EMS 모델은 주로 용강, 구리 몰드, 스테인리스 백보드, 철심, 교반 코일 및 공기를 포함합니다( 표시되지 않음).
수학적 모델의 유효성을 보장하기 위해 교반기의 중앙면에서 Y=0.1m 선을 따라 계산된 자속 밀도에 대한 결과를 그림 2에 표시된 플랜트에서 측정된 데이터와 비교했습니다. 데이터는 Lake Shore 475 DSP Gauss 미터를 통해 Hunan Zhongke Electric Co., Ltd에서 얻었습니다.이 그림에서 자속 밀도의 경향은 중심 대칭 분포입니다.계산된 결과는 측정된 데이터와 잘 일치하며, 이는 개발된 수학적 모델이 이 교반 시스템에 적합하고 계산된 결과가 실제 생산에서 교반 작동 매개변수를 최적화하기 위한 이론적 지침을 제공하는 데 사용될 수 있음을 나타냅니다.게다가, 측정된 자속 밀도는 자기장 누설 및 측정 또는 계산 오차로 인해 계산된 것보다 약간 낮습니다.그러나 이 오류는 작기 때문에 무시할 수 있습니다.
그림 2자속강도 계산값과 측정값 비교
그림 3자속 밀도(BF, BL, BO).(a) 스테인리스 백보드 포함;(b) 스테인리스 백보드 없음
그림 3은 스테인리스 백보드가 있거나 없는 교반기의 중앙면에서 Y= -0.1m(BF), Y=0.1m(BL), Y=0m(B0)에 대한 선을 따른 자속 밀도를 보여줍니다.BF가 BL과 거의 같다는 것을 알 수 있습니다.그림 3a의 스테인리스 백보드의 경우 코일의 전자파 차폐 역할을 하는 스테인리스 백보드가 없는 경우보다 자속 밀도가 더 균일하고 작습니다.BF의 평균값은 스테인리스 백보드가 있는 경우와 없는 경우 각각 61.92mT 및 122.26mT이므로 M-EMS 기하학 모델에서 스테인리스 백보드를 무시하는 것은 정확하지 않습니다.
그림 4교반기 중앙면의 자속 밀도 분포(Z = -0.12m).(a) 벡터(b) 윤곽
그림 4는 교반기의 중앙면에서 자속 밀도의 벡터 및 등고선 플롯을 보여줍니다(Z = -0.12m).초기상의 자속밀도의 벡터와 등고선은 중심대칭으로 분포함을 알 수 있다.자속 밀도는 넓은 면의 가장자리에서 크고 외부에서 내부로 점차 감소합니다.최대값은 금형 폭 가장자리 부근에 있습니다(Y=0.125m 또는 Y= -0.125m).
그림 5교반기 중앙면(Z=−0.12m)에서 시간 평균 EMF의 벡터 및 등고선 플롯.(a) 벡터(b) 윤곽
그림 5는 교반기 중앙면(Z= -0.12m)에서 시간 평균화된 EMF의 벡터와 윤곽을 보여줍니다.자속밀도의 중심대칭 분포로 인해 EMF의 분포가 중심대칭임을 알 수 있다.모서리 부근의 EMF 접선 성분은 단면 내부의 접선 성분보다 크며, 넓은 면의 평행한 두 모서리에서 EMF의 접선 성분은 반대 방향에서 값이 같습니다.시간 평균 EMF의 4개의 횡방향 소용돌이가 단면 내부에 존재합니다.시간 평균 EMF의 최대값은 9000N/m3이며 X=0.57m, Y=0.125m 및 X=-0.57m, Y=-0.125m 지점에 나타납니다.시간 평균 EMF의 최소값은 내부에 나타나는 1000N/m3보다 낮습니다.
그림 6a는 4.5Hz에서 서로 다른 전류에 대한 자속 밀도 분포를 보여줍니다.자속밀도는 전류강도가 증가함에 따라 증가하며 대략적인 비례관계에 있다.그림 6b는 600A에서 다양한 전류 주파수에 대한 접선 EMF의 분포를 보여줍니다. 600A에서 M-EMS(1.0–5.5Hz)에 적용된 전류 주파수 범위에서 접선 EMF는 전류 주파수가 증가함에 따라 증가하고 최대값에 도달합니다. 현재 주파수 4.5Hz에서 점차 감소합니다.
그림 6자속 밀도 및 접선 EMF 분포.(a) 다른 전류;(b) 다른 주파수
무화과.7 3차원 레벨 변동의 비교: (a) M-EMS 꺼짐;(b) M-EMS, Z=-0.42m;(c) M-EMS, Z=-0.27m;(d) M-EMS, Z=-0.12m
그림 7은 교반기 중앙면의 다양한 위치에 따른 3차원 레벨 변동을 보여주며, 레벨 변동의 상태를 표현하기 위해 강철 체적분율 값 0.5의 평면이 선택되었습니다.M-EMS가 꺼짐에 따라 강철/슬래그 인터페이스가 거의 평평하다는 것을 직관적으로 알 수 있습니다.M-EMS의 영향으로 소용돌이치는 유동은 자유면의 변동을 증가시키고 M-EMS에 대한 최고 수준의 변동은 금형이 없는 표면의 네 모서리에서 발생합니다.로컬 지역에서 Z=-0.42m, -0.27m, -0.12m에서 M-EMS의 최대 레벨 변동 높이는 각각 1.0mm, 2.4mm 및 2.9mm입니다.교반기의 높이가 높아져 자유 표면의 변동을 쉽게 유발할 수 있습니다.결과는 교반기의 높이가 증가함에 따라 레벨 변동이 악화됨을 나타냅니다.Z= -0.12m에서 M-EMS의 최대 레벨 변동 값은 슬래그의 이동에 대해 허용되며 ±4mm 이내의 레벨 변동 범위는 플랜트에 허용됩니다.[15].따라서 M-EMS의 중간 평면에 대한 최적의 교반기 위치는 메니스커스 아래 Z= -0.12m입니다.
그림 8은 레벨 변동에 대한 교반 전류의 영향을 나타냅니다.교반 전류가 증가함에 따라 M-EMS에 의해 유도된 명백한 횡단 소용돌이 흐름으로 인해 레벨 변동이 강화되어 슬래그 포획으로 이어질 수 있습니다.지역에서.전류 500A, 550A, 600A, 650A에 대한 레벨 변동의 최대 높이는 각각 2.1mm, 2.8mm, 3.6mm 및 4.2mm입니다.전류가 650A일 때 레벨 변동이 ±4mm를 초과하면 레벨 변동의 악화로 슬래그가 끼일 수 있습니다.
무화과.8 3차원 레벨 변동의 비교: (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A
무화과.9 EMS (a) 500A의 중심에서 벡터 분포;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A
그림 9는 다양한 전류에서 M-EMS의 중간면의 흐름 패턴을 보여줍니다.접선 속도는 전류 강도가 증가함에 따라 증가합니다.용강의 4개의 횡방향 소용돌이는 대칭적으로 분포되어 있으며, 이는 4개의 자극 쌍과 거의 일치합니다.
표 2전류 강도가 다른 슬래그 포획에 대한 차단율
교반 전류 강도 | 0A | 500A | 550A | 600A | 650A |
슬래그 포집 차단율 | 7.46% | 6.86% | 2.80% | 1.09% | 6.90% |
위의 시뮬레이션 결과에 따르면 중국 제철소에서 생산되는 무간질강 슬래브에 대해 4가지 전류강도를 선택하였으며, 주요 개재물 중 하나인 표 2에 슬래그 포획 차단율을 계산하였다. 최종 제품에서 발생하고 깨끗한 철강 생산에 큰 피해를 줄 것입니다.M-EMS에 전원이 공급되면 자속 유입 차단율이 확실히 감소합니다.전류 강도 600A에서 슬래그 포획 차단율은 1.09%에 불과하며 이는 M-EMS 꺼짐 상황에 비해 85% 감소합니다.따라서 산업적 결과는 계산된 결과와 잘 일치하여 본 모델의 성공을 검증한다.
수치 시뮬레이션과 플랜트 시험을 결합하여 M-EMS가 전자기장, 유체 흐름 및 레벨 변동에 미치는 영향을 연구했습니다.주요 결론은 다음과 같습니다.
(1) 자속 밀도와 EMF는 금형의 넓은 면에서 중심 대칭으로 분포합니다.EMF는 단면에 소용돌이를 생성하고 그 수는 전자기장의 자극 쌍에 해당합니다.전류 주파수가 증가함에 따라 EMF는 현재 주파수 4.5Hz에서 최대값에 도달한 후 점차 감소합니다.
(2) 교반기 위치의 높이가 증가함에 따라 레벨 변동이 심화되어 플럭스 비말동반이 발생할 수 있습니다.M-EMS의 중간면이 Z= -0.12m일 때 레벨 변동은 ±4mm로 플랜트에서 허용됩니다.
(3) 산업 플랜트 시험에서 다양한 공정 매개변수에 대한 비말동반 차단율의 통계적 결과에 따르면 최적화된 전류 강도는 600A이고 이 전류 강도에서 슬래그 포착 차단율은 1.09%에 불과하여 M-EMS가 꺼진 경우.
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