Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2021-08-19 Происхождение:Работает
Абстрактный:Представляем сегментированную модель муфты для разливки слябов роликом.электромагнитное перемешивание(In-roll EMS) электромагнитного поведения, потока, теплопередачи и затвердевания на основе магнитогидродинамики и теории затвердевания.Трехмерная (3-D) сегментированная модель связи, включающая электромагнитные элементы, элементы потока и теплопередачи, была создана с использованием программ Ansoft Maxwell и ANSYS Fluent.Влияние роликовой втулки, магнитного экранирующего кольца, катушки, сердечника, расплавленной стали и воздушной области на электромагнитное, тепловое поля и поля потока было изучено численно.Точность модели была проверена путем измерения плотности магнитного потока на центральной линии в паре роликов и электромагнитной силы медной пластины.На основе численных результатов определения оптимальных технических параметров было исследовано влияние IN-ROLL EMS на затвердевание нержавеющей стали Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni.Результаты показали, что с каждой дополнительной парой электромагнитных роликов средняя электромагнитная сила увеличивалась на 2969 Н / м.3в направлении разливки, и 5600 Н / м3в центральной части роликов.С увеличением количества пар валков эффективная область перемешивания увеличивалась, и скорость расплавленной стали на фронте затвердевания сначала увеличивалась, а затем снижалась.Сильный электромагнитный эффект промывки с завихрением снизил скорость затвердевания оболочки сляба и способствовал рассеиванию перегретой расплавленной стали в центре пряди.Соотношение центральных равноосных кристаллов сляба было улучшено до 69% с помощью двух пар валков IN-ROLL EMS и электромагнитных параметров 400 A / 7 Гц, что было полезно для получения однородной и плотной затвердевшей структуры для улучшения последующей горячей обработки. и качество продукции.
Ключевые слова:роликовое электромагнитное перемешивание (IN-ROLL EMS);Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni сталь;структура затвердевания;количество пар для роликов;эффект стиркиАбстрактный:Мы представляем сегментированную модель муфты для разливки слябов с помощью валкового электромагнитного перемешивания (In-roll EMS) с электромагнитным поведением, течением, теплопередачей и затвердеванием на основе магнитогидродинамики и теории затвердевания.Трехмерная (3-D) сегментированная модель связи, включающая электромагнитные элементы, элементы потока и теплопередачи, была создана с использованием программ Ansoft Maxwell и ANSYS Fluent.Влияние роликовой втулки, магнитного экранирующего кольца, катушки, сердечника, расплавленной стали и воздушной области на электромагнитное, тепловое поля и поля потока было изучено численно.Точность модели была проверена путем измерения плотности магнитного потока на центральной линии в паре роликов и электромагнитной силы медной пластины.На основе численных результатов определения оптимальных технических параметров было исследовано влияние IN-ROLL EMS на затвердевание нержавеющей стали Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni.Результаты показали, что с каждой дополнительной парой электромагнитных роликов средняя электромагнитная сила увеличивалась на 2969 Н / м.3в направлении разливки, и 5600 Н / м3в центральной части роликов.С увеличением количества пар валков эффективная область перемешивания увеличивалась, и скорость расплавленной стали на фронте затвердевания сначала увеличивалась, а затем снижалась.Сильный электромагнитный эффект промывки с завихрением снизил скорость затвердевания оболочки сляба и способствовал рассеиванию перегретой расплавленной стали в центре пряди.Соотношение центральных равноосных кристаллов сляба было улучшено до 69% с помощью двух пар валков IN-ROLL EMS и электромагнитных параметров 400 A / 7 Гц, что было полезно для получения однородной и плотной затвердевшей структуры для улучшения последующей горячей обработки. и качество продукции.
1.Вступление
Никель-сберегающие сплавы нержавеющей стали, такие как Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni, имеют ферритную структуру при комнатной и высоких температурах, что приводит к легкому образованию столбчатых кристаллов во время затвердевания с очень низким соотношением равноосных кристаллов в стали. отливки.Столбчатая кристаллическая структура имеет очевидную анизотропию в последующем процессе пластической обработки, которая, вероятно, приведет к образованию морщинистых дефектов в пластинчатых изделиях из-за плохой способности к глубокой вытяжке.Контроль структуры литья и получение высокого соотношения равноосных кристаллов в процессе непрерывной разливки (CC) важны для улучшения характеристик и качества продукции при последующей горячей обработке;это всегда было центральным вопросом для сталелитейной промышленности.
IN-ROLL EMS может заменить обычный прижимной ролик в машине CC другими парами роликов.Различное расположение роликов в сегментах будет иметь различное распределение магнитного поля, площади ЭДС и схемы течения расплавленной стали.Принимая во внимание важность металлургического поведения в SCZ отливки слябов с точки зрения контроля внутреннего качества стренги, комбинированная модель трехмерного (3-D) электромагнитного поведения, потока, теплопередачи и затвердевания в SCZ имеет были разработаны в этом исследовании.
Плотность магнитного потока измерялась с помощью прибора LakeShore Digital Signal Processing Mode Tesla Meter 475 (Zhongke Electric, Хунань, Китай).ЭДС была проверена с помощью измерителя тяги собственного производства, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3.Метод измерения медной пластины: (a) Структурная схема;(b) физическая схема устройства.
Основные химические компоненты стали Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni приведены в таблице 2.
Рисунок 4.Вырезка образцов из отливки слябов для металлографического анализа.
3. Результаты и их обсуждение
3.1.Анализ электромагнитного поля
На рисунке 5a показано сравнение рассчитанных и измеренных значений плотности магнитного потока, а на рисунке 5b показана ЭДС на средней линии широкой поверхности с парой роликов.Измеренные и рассчитанные значения плотности магнитного потока на средней линии ролика и ЭДС медной пластины примерно совпадают, что подтверждает надежность модели на приемлемом уровне.Рисунок 5b показывает, что ЭДС быстро увеличивалась, а затем медленно уменьшалась по мере увеличения частоты, и наибольшая ЭДС пары валковых мешалок была получена при частоте 9 Гц.
Рисунок 5.Сравнение измеренных и расчетных значений на средней линии широкой грани пары роликов: (a) плотность магнитного потока, (b) электромагнитная сила.
На рис. 6а – в показано распределение плотности магнитного потока на поверхности пластины для силы тока 400 А и частоты 7 Гц для случаев одной пары, двух пар и трех пар соответственно, в которых эффективная площадь плотности магнитного потока увеличивалась с увеличением количества роликов.Магнитное поле бегущей волны имело определенную направленность, которая приводила к конечному эффекту, что приводило к большей плотности магнитного потока на напорной стороне (правая сторона пряди на Рисунке 6), чем на начальной стороне (левая сторона пряди на Рисунке 6). ).
Рисунок 6.Контур плотности магнитного потока на поверхности стенда с (a) одна пара, (b) две пары, и (c) три пары роликов.
На рис. 7а показано распределение ЭДС по средней линии в направлении разливки при разном количестве пар валков для тока 400 А и частоты 7 Гц, а на рис. 7б показано распределение ЭДС вдоль осевой линии валков. в широком направлении.Для одной, двух и трех пар роликов максимальная ЭДС на средней линии сляба вдоль направления разливки составляла 12 090, 18 573 и 21 229 Н / м.3соответственно, а средняя ЭДС составила 2023, 5066 и 7962 Н / м3, соответственно.Максимальная ЭДС на средней линии широкой поверхности для каждой пары роликов составляла 12 354, 18 084 и 22 874 Н / м.3соответственно, а средняя ЭДС составила 10 247, 15 730 и 21 336 Н / м3, соответственно.Максимальная сила приходилась на упорную сторону плиты, и ЭДС расплавленной стали увеличивалась с увеличением количества пар роликов.
Рисунок 7.Распределение внутренней электромагнитной силы в пряди при разном количестве роликов (a) по осевой линии в направлении разливки, (b) по средней линии роликов в широком направлении.
На рис. 8а показано распределение ЭДС в направлении разливки под двумя парами роликов на разных частотах, а на рис. 8b показано распределение ЭДС в направлении разливки под двумя парами роликов при разных токах.Распределение ЭДС указывает на то, что она была небольшой на обоих концах, большой посередине и равномерно распределенной между роликами.Максимальная ЭДС в центре пряди увеличилась с 4750 до 19000 Н / м.3при увеличении силы тока с 200 до 400 А. Кроме того, максимальная ЭДС в центре жилы снизилась с 20 838 до 17 995 Н / м3при увеличении частоты с 4 до 8 Гц.Нить демонстрирует определенную магнитную проводимость, когда линии магнитной индукции из воздуха в нить отклоняются, группируются в одном месте и образуют магнитный экран.Разница в магнитном потоке между внутренней частью и краями жилы привела к неравномерному распределению индуцированного тока, который в основном концентрировался на поверхности пластины, явление, известное как «скин-эффект».Этот эффект приводит к уменьшению проникновения магнитного поля на более высоких частотах [17].Это показывает, что затвердевшая оболочка с определенной электропроводностью оказывает определенное экранирующее действие на магнитное поле, и поэтому интенсивность центральной магнитной индукции немного уменьшается с увеличением частоты тока.
Рисунок 8.Распределение электромагнитной силы в направлении разливки под двумя парами роликов при (a) разные частоты и под (b) разные токи.
3.2.Анализ поведения течения и затвердевания
На рис. 9а показано распределение скорости по средней линии в направлении разливки на характеристической линии жидкой стали с разным количеством пар роликов, а на рис. 9b показано распределение скорости по средней линии роликов в широком направлении.Увеличение количества валков привело к увеличению локального объема ЭДС на пряди, а ЭДС была движущей силой потока расплавленной стали, омывающего фронт затвердевания в ЗКН.Диапазон эффективных скоростей промывки - определяемый как диапазон, в котором скорость потока превышает скорость разливки - фронта затвердевания вдоль направления разливки составлял 4,0–4,35 м, 3,8–4,35 м и 3,6–4,35 м для одного, двух , и три пары валков соответственно, а максимальная скорость стирки составляла 0,7, 0,8 и 0,76 м / с соответственно.Zhang et al.[18] обнаружили, что высокоскоростной струйный поток из боковых отверстий может привести к большей зоне турбулентности в зоне литейной формы и части SCZ.Хотя ЭДС двух пар валков ниже, чем у трех пар, зона промывки двух пар находится дальше вниз, в результате чего интенсивность турбулентной кинетической энергии в зоне смещения формы ниже.Таким образом, прядь имеет большую максимальную скорость стирки с двумя парами валков, чем с тремя парами.Рисунок 8b показывает, что максимальная скорость потока при разном количестве пар валков была распределена на одной стороне пряди.Скорость потока на напорной стороне ЭДС была больше, чем на стартовой, что примерно соответствует характеристикам движения магнитного поля бегущей волны.
Рисунок 9.Распределение скорости при разном количестве роликов (a) по средней линии в направлении разливки и (b) по средней линии роликов в широком направлении.
На рис. 10a – d показано распределение температуры и линия тока жидкой стали на центральной поверхности узкой грани сляба с 0–3 парами роликов.ЭДС заставляла расплавленную сталь перемещаться с одной стороны узкой поверхности на другую, и непрерывность потока к узкому фронту затвердевания приводила к образованию верхней и нижней циркуляции расплавленной стали, что приводило к однородному ядру. температура и перемешивание плиты.С увеличением количества пар валков область потока расплавленной стали в поперечном сечении увеличивалась, а принудительный теплообмен между центральной высокотемпературной расплавленной сталью и затвердевшей оболочкой приводил к большей низкотемпературной зоне в центре прядь.Согласно теории затвердевания, более низкая температура центральной жидкой стали более способствует образованию зародышевых частиц.Xu et al.указали [19], что промывание расплавленной стали по фронту затвердевания может вызвать «плавление» дендритного плеча, чтобы обеспечить зародышеобразование для образования равноосных кристаллов, что в конечном итоге увеличивает центральное соотношение равноосных кристаллов пряди.
Рисунок 10.Распределение температуры и поток на узкой центральной поверхности пряди с (a) нулевые пары, (b) одна пара, (c) две пары, и (d) три пары роликов.
На рис. 11а показано изменение затвердевшей оболочки на начальной стороне вдоль направления разливки в центре узкой грани для пряди с различным количеством пар валков, а на рис. 11б показано изменение толщины оболочки на упорной стороне вдоль направление разливки по центру узкой грани для стренги с разным количеством пар валков.Фронтом затвердевания считается место, где доля жидкой фазы составляет 0,3.Для нулевой, одной, двух и трех пар роликов толщина застывшей оболочки на выходе из расчетной области составила 42,37, 40,96, 40,14 и 38,43 мм на стартовой стороне ЭДС соответственно и 42,37, 42,27 мм. , 37,62 и 37,60 мм на упорной стороне ЭДС соответственно.Высокоскоростной поток расплавленной стали устремляется к фронту затвердевания и прерывает некоторые столбчатые кристаллы, что приводит к медленному росту затвердевшей оболочки в области перемешивания.Скорость затвердевания на стороне электромагнитной тяги была значительно ниже, чем на стороне запуска, что примерно совпадает с характеристиками магнитного поля бегущей волны.
Рисунок 11.Распределение толщины оболочки на узкой центральной грани пряди на (a) начальная сторона и (b) упорная сторона.
3.3.Эксперименты по структуре затвердевания, полученной с помощью IN-ROLL EMS
В экспериментах по контролю структуры затвердевания с помощью IN-ROLL EMS были выбраны две пары роликов для разливки стальных слябов Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni.Зона полутвердого тела в центре плиты при использовании двух пар валков была больше, чем при использовании одной пары валков.Хотя ЭДС была меньше, чем при использовании трех пар, скорость промывки фронта затвердевания была больше с двумя парами, чем с тремя парами, что было благоприятным для образования равноосных кристаллов в нити.Кроме того, при использовании двух пар роликов снижаются стоимость оборудования и энергопотребление.Структуры затвердевания плиты, полученные при выключении и включении IN-ROLL EMS, сравнивались во время эксперимента, как показано на рисунке 12. Когда IN-ROLL EMS был выключен, макроструктура плиты была более развита в столбчатый кристалл, связанный с характеристиками стали Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni.Содержание Cr в стали более 16% привело к процессу затвердевания безα→γфазовый переход с сохранением ферритной структуры.Pang et al.[20] обнаружили, что фазовый переход, препятствующий развитию столбчатых кристаллов в процессе роста зерна, отсутствует;таким образом, размер зерна был крупным, а химические элементы были склонны к сегрегации, что могло серьезно повлиять на качество продукта.Когда IN-ROLL EMS был включен с электромагнитными параметрами 400 А и 7 Гц, ЭДС, создаваемая магнитным полем бегущей волны, заставляла расплавленную сталь интенсивно течь и омывать столбчатый фронт кристалла, чтобы уменьшить градиент температуры на фронте затвердевания. , препятствуя росту столбчатых кристаллов.В то же время высокоскоростной поток жидкой стали может разрушить столбчатый дендритный рукав с образованием свободных зародышей в центральной низкотемпературной области.Наконец, центральное соотношение равноосных кристаллов нити было увеличено до 69%.
Рисунок 12.Поперечное сечение в литая макроструктура пряди (a) без IN-ROLL EMS и (b) с двумя парами роликов, используемых в IN-ROLL EMS (при 400 А и 7 Гц).
4. Выводы
Здесь для отливки слябов из нержавеющей стали была создана трехмерная сегментированная модель муфты для электромагнитного, потока и теплопередачи.Выявлено влияние ЭМС IN-ROLL на распределение магнитного поля и поведение затвердевания, а также представлены оптимальные технические параметры для контроля макроструктуры литой стали Fe – 17 мас.% Cr – 0,6 мас.% Ni.Основные выводы таковы:
1. Характеристики магнитного поля бегущей волны ЭМС IN-ROLL в ЗКН будут обеспечивать максимальную ЭДС, находящуюся на начальной стороне полосы сляба.На каждую дополнительную пару электромагнитных валков средняя ЭДС в направлении разливки увеличивается на 2969 Н / м.3, а средняя ЭДС в центроплане роликов увеличивается на 5600 Н / м3.
2. С увеличением количества пар перемешивающих валков эффективная площадь перемешивания расплавленной стали внутри стренги увеличивается за счет ЭДС, и скорость расплавленной стали на фронте затвердевания сначала увеличивается, а затем уменьшается.Эффект промывки потоком из-за сильной электромагнитной силы снизит скорость затвердевания локальной оболочки и ускорит рассеивание перегретого центра расплавленной стали, что благоприятно для образования равноосного кристалла.
3. Использование двух пар электромагнитных роликов на 400 А и 7 Гц может обеспечить соотношение центральных равноосных кристаллов 69% в стренге сляба размером 200 мм × 1280 мм, что помогает улучшить его характеристики при горячей обработке.
Запрещается использовать эту статью в любых формах, включая воспроизведение или изменение, без письменного разрешения первоначального автора.
