Resumo:Um modelo numérico tridimensional acoplando o campo eletromagnético, fluxo de fluido e flutuação de nível foi desenvolvido para investigar o comportamento do fluxo de aço fundido em um molde de fundição contínua de placa para aço livre de intersticial (IF).De acordo com os resultados industriais e de modelagem, os redemoinhos são gerados na seção transversal devido à força eletromagnética (EMF) e seu número depende dos pares de pólos magnéticos dos campos eletromagnéticos.Com o aumento da frequência atual, a EMF atinge o máximo na frequência atual de 4,5 Hz e depois diminui gradualmente.Quando a intensidade da corrente aumenta de 0A para 600A, a taxa de aprisionamento de escória relacionada aos defeitos do tarugo diminui de 7,46% para 1,09%, mas aumenta para 6,09% quando a intensidade da corrente atinge 650A.O estudo sugere que a intensidade da corrente otimizada do moldeagitação eletromagnética(M-EMS) pode prevenir defeitos superficiais ou subterrâneos para uma produção limpa de aço.

Palavras-chave:Intersticial-free Steel;Campo eletromagnetico;O fluxo de fluido;Intensidade de corrente;Rcomeu de aprisionamento de escória.

1. Introdução

Com o desenvolvimento da produção de aço limpa, os requisitos de qualidade para produtos de fundição contínua estão se tornando cada vez mais rigorosos^[1].Para a produção de aço livre de intersticiais (IF), amplamente utilizado na indústria automobilística devido à sua excelente propriedade de repuxo profundo, os defeitos de superfície, como lascas e bolhas de lápis, são os problemas mais frequentes, levando a rejeições e rebaixamento de seus produtos finais de chapa^[2].É especialmente importante controlar a flutuação do nível do líquido do molde durante a fundição, e evitar a coleção de inclusões subsuperficiais relacionadas com a característica da casca do gancho dos aços no menisco.Um novo M-EMS foi introduzido, o qual pode produzir agitação para limpar as inclusões coletadas por gancho popular, o modelo magneto-hidrodinâmico acoplado foi desenvolvido para analisar as características do campo eletromagnético tridimensional, fluxo de fluido e fenômenos de flutuação de nível em 0,23m × Molde de placa de 1,6 m.As relações entre o EMF e a intensidade ou frequência da corrente foram analisadas em detalhes.A influência da corrente de agitação e da posição do agitador na flutuação do nível do aço fundido também é estudada.Finalmente, os vários parâmetros M-EMS da intensidade da corrente da bobina são comparados por meio de uma análise combinada do comportamento do fluxo do molde e do feedback dos testes da planta industrial.

2 Descrição do modelo

2.1 Modelo geométrico tridimensional de M-EMS

Figura 1Modelo de geometria e malha de elementos finitos: (a) simulação eletromagnética;(b) simulação de fluxo

O modelo de geometria e malha de elemento finito em uma laje de vertente com um agitador eletromagnético de onda progressiva é mostrado na Figura 1. O modelo de M-EMS inclui principalmente aço fundido, molde de cobre, tabela de aço inoxidável, núcleo de ferro, bobina de agitação e ar ( não mostrado).

3 Resultados e discussão

3.1 Validade do modelo desenvolvido

Para garantir a validade do modelo matemático, os resultados computados para a densidade do fluxo magnético ao longo da linha Y = 0,1m no plano médio do agitador foram comparados com os dados medidos em uma planta, que é mostrado na Figura 2. Os dados medidos os dados foram obtidos pela Hunan Zhongke Electric Co., Ltd através de um medidor Lake Shore 475 DSP Gauss.A partir desta figura, as tendências da densidade do fluxo magnético são distribuição simétrica central.Os resultados calculados estão de acordo com os dados medidos, o que indica que o modelo matemático desenvolvido é razoável para este sistema de agitação e os resultados calculados podem ser usados ​​para fornecer orientação teórica para otimizar os parâmetros de operação de agitação na produção real.Além disso, a densidade do fluxo magnético medida é um pouco menor do que a calculada, devido ao vazamento do campo magnético e ao erro medido ou computado.No entanto, esse erro é pequeno e pode ser negligenciado.

Figura 2Comparação entre os valores calculados e medidos de intensidade de fluxo magnético

3.2 Densidade de fluxo magnético

Fig.3A densidade do fluxo magnético (BF, BL, BO).(a) com tabela de aço inoxidável;(b) sem tabela de aço inoxidável

A Figura 3 mostra a densidade do fluxo magnético ao longo das linhas para Y = -0,1m (BF), Y = 0,1m (BL), Y = 0m (B0) no plano médio do agitador com e sem tabela de aço inoxidável.Pode-se observar que o BF é quase igual ao BL.Para o caso com a tabela de aço inoxidável da Fig. 3a, sua densidade de fluxo magnético é mais uniforme e menor do que a sem tabela de aço inoxidável, que desempenha um papel de blindagem eletromagnética das bobinas.Os valores médios de BF são respectivamente 61,92 mT e 122,26 mT para com e sem tabela de aço inoxidável, portanto, não é preciso ignorar a tabela de aço inoxidável no modelo de geometria M-EMS.

Fig. 4Distribuição da densidade do fluxo magnético no plano médio do agitador (Z = −0,12 m).(a) Vetor;(b) contorno

A Figura 4 mostra os gráficos vetoriais e de contorno da densidade do fluxo magnético no plano médio do agitador (Z = −0,12 m).É visto que o vetor e o contorno da densidade do fluxo magnético da fase inicial distribuem-se centrosimétricos.A densidade do fluxo magnético é maior na borda da face larga e diminui gradualmente do exterior para o interior.Os máximos estão localizados nas proximidades da borda larga do molde (Y = 0,125m ou Y = -0,125m).

Fig. 5Gráficos de vetor e contorno de EMF com média de tempo no plano médio do agitador (Z = −0,12 m).(a) vetor;(b) contorno

A Figura 5 mostra o vetor e o contorno do EMF com média de tempo no plano médio do agitador (Z = −0,12 m).É visto que a distribuição de EMF é centrosimétrica devido à distribuição centrosimétrica da densidade do fluxo magnético.Os componentes tangenciais dos EMFs na vizinhança das bordas são maiores do que na parte interna da seção transversal e os componentes tangenciais dos EMFs nas duas bordas paralelas da face larga são iguais em valor com direção oposta.Quatro redemoinhos transversais do EMF com média de tempo existem no interior da seção transversal.O máximo da média do tempo EMF é 9000 N / m3, que aparece nos pontos X = 0,57m, Y = 0,125m e X = -0,57m, Y = -0,125m.O mínimo da média do tempo EMF é inferior a 1000 N / m3, que aparece no interior.

A Figura 6a mostra a distribuição da densidade do fluxo magnético para diferentes correntes em 4,5 Hz.A densidade do fluxo magnético aumenta com o aumento da intensidade da corrente e eles estão em uma relação proporcional aproximada.A Figura 6b mostra a distribuição de EMF tangencial para diferentes frequências de corrente em 600 A. Na faixa de frequências de corrente aplicada para M-EMS (1,0–5,5 Hz) em 600 A, a EMF tangencial aumenta com o aumento da frequência de corrente e atinge o máximo na frequência atual de 4,5 Hz e, em seguida, diminui gradualmente.

Fig. 6Distribuição da densidade do fluxo magnético e EMF tangencial.(a) diferentes correntes;(b) frequências diferentes

FIG.7 A comparação das flutuações de nível tridimensional: (a) M-EMS desligado;(b) com M-EMS, Z = -0,42m;(c) com M-EMS, Z = -0,27m;(d) com M-EMS, Z = -0,12m

A Figura 7 mostra as flutuações de nível tridimensional em diferentes posições do plano médio do agitador, em que o plano de valor de fração de volume de aço 0,5 é escolhido para expressar o status da flutuação de nível.Pode ser visto intuitivamente que a interface aço / escória é quase plana quando o M-EMS está desligado.O fluxo turbulento do efeito de M-EMS aumenta a flutuação da superfície livre, e as flutuações de nível mais alto para M-EMS acontecem em quatro cantos da superfície livre de molde.Nas regiões locais, a altura máxima de flutuação de nível para M-EMS em Z = -0,42m, -0,27m, -0,12m são 1,0 mm, 2,4 mm e 2,9 mm, respectivamente.A altura do agitador aumenta, o que pode induzir facilmente a flutuação da superfície livre.Os resultados indicam que à medida que a altura do agitador aumenta, a flutuação do nível é agravada.O maior valor de flutuação de nível sob M-EMS em Z = -0,12m é aceitável para o movimento de escória, em que a faixa de flutuação de nível dentro de ± 4mm é aceitável para a planta^[15].Portanto, a posição ideal do agitador para o plano médio do M-EMS é Z = -0,12m abaixo do menisco.

A Figura 8 indica o efeito da corrente de agitação na flutuação do nível.Com o aumento da corrente de agitação, a flutuação do nível é intensificada devido ao óbvio fluxo de turbilhão transversal induzido pelo M-EMS, que pode levar ao aprisionamento da escória.Nas regiões locais.A altura máxima de flutuação de nível para 500A, 550A, 600A, 650A atuais são 2,1 mm, 2,8 mm, 3,6 mm e 4,2 mm, respectivamente.Quando a corrente é 650A, a flutuação de nível excede ± 4 mm, o agravamento da flutuação de nível pode levar ao aprisionamento de escória.

FIG.8 A comparação de flutuações de nível tridimensional: (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

FIG.9 Distribuição de vetores no centro do EMS (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

A Figura 9 revela o padrão de fluxo no plano médio do M-EMS sob várias correntes.A velocidade tangencial aumenta com o aumento da intensidade da corrente.Quatro espirais transversais do aço fundido são simetricamente distribuídos, que quase coincidem com os quatro pares de pólos magnéticos.

33Qualidade da placa com diferentes parâmetros de processo

mesa 2A taxa de bloqueio para aprisionamento de escória com diferentes intensidades de corrente

De acordo com os resultados da simulação acima, quatro intensidades de corrente foram escolhidas para testar uma placa de aço livre de intersticial produzida por uma siderúrgica na China, a taxa de bloqueio de aprisionamento de escória foi contada na Tabela 2, que é uma das principais fontes de inclusões no produto final, e prejudicará muito a produção de aço limpo.Quando o M-EMS é ligado, a taxa de bloqueio do arrastamento de fluxo diminui.Na intensidade de corrente 600A, a taxa de bloqueio de aprisionamento de escória é de apenas 1,09%, o que é reduzido em 85% em comparação com a situação M-EMS desligado.Portanto, os resultados industriais concordam bem com os resultados calculados, e assim verificam o sucesso do presente modelo.

4Conclusões

Simulação numérica combinada e testes de planta, o efeito de M-EMS no campo eletromagnético, fluxo de fluido e flutuação de nível foram estudados.As principais conclusões são as seguintes:

(1) A densidade do fluxo magnético e o EMF se distribuem de forma simétrica central na face larga do molde.O EMF gera os redemoinhos na seção transversal e seu número corresponde aos pares de pólos magnéticos do campo eletromagnético.Com o aumento da frequência atual, a EMF atinge o máximo na frequência atual de 4,5 Hz e depois diminui gradualmente.

(2) Com o aumento da altura da posição do agitador, a flutuação do nível se agrava, podendo levar ao arrastamento do fluxo.Quando o plano médio do M-EMS está em Z = -0,12m, a flutuação do nível é de ± 4mm, o que é aceito pela planta.

(3) De acordo com os resultados estatísticos da taxa de bloqueio de arrastamento para diferentes parâmetros de processo em testes de planta industrial, a intensidade de corrente otimizada é 600A, e nesta intensidade de corrente, a taxa de bloqueio de aprisionamento de escória é de apenas 1,09%, muito inferior ao caso com M-EMS desligado.

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