Trường dòng chảy trong hệ thống đúc liên tục với lò sưởi cảm ứng đơn mới lạ

¹ TRỪU TƯỢNG:Đầy đủ vớinhiệt cảm ứngthiết bị ngày càng thu hút nhiều sự chú ý trong quá trình sản xuất thép trong những năm gần đây.Lò sưởi cảm ứng đôi sẽ chiếm một công suất tundish lớn, do đó làm giảm sản lượng của nhà máy thép.Một công nghệ tundish lò sưởi cảm ứng đơn đã được đưa vào nghiên cứu hiện nay.Đặc tính dòng chảy của nó được nghiên cứu bằng cách mô hình hóa nước với việc xem xét cả các tình huống dịch vụ không đẳng nhiệt và đẳng nhiệt, và so sánh với đặc tính của bộ gia nhiệt cảm ứng kép.Kết quả cho thấy rằng sự nhất quán chảy giữa các sợi khác nhau yếu hơn một chút với bộ gia nhiệt cảm ứng đơn so với bộ gia nhiệt cảm ứng đôi.Mặc dù vậy, trường hợp được tối ưu hóa hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu công nghiệp với phần thể tích chết 15% và thời gian nghỉ tối thiểu 92 giây.

TỪ KHÓA:Đun sôi với hệ thống sưởi cảm ứng loại kênh;Lò sưởi cảm ứng đơn;Trường dòng chảy;

1.Giới thiệu

Tundish là một tàu luyện kim quan trọng trong quá trình đúc liên tục để phân phối thép nóng chảy giữa muôi và khuôn, thúc đẩy loại bỏ tạp chất phi kim loại, và do đó cải thiện chất lượng bề mặt và bên trong của vật đúc [1-6].Tuy nhiên, với quá trình đúc, nhiệt độ của thép nóng chảy sẽ giảm đáng kể ở cả muôi và tuýt do mất nhiệt, điều này sẽ dẫn đến sự thay đổi tốc độ đúc để vận hành trơn tru và sự không ổn định của dòng chất lỏng trong ống và khuôn.Để giữ cho quá trình đúc ổn định trong một nhiệt độ ổn định nhất định, công nghệ gia nhiệt thép nóng chảy bằng súng plasma hoặc kênh cảm ứng ở tundish ngày càng được chú ý nhiều hơn trong những năm gần đây.Trong tình huống này, cả chất lượng bề mặt và chất lượng bên trong đồng nhất có thể đạt được cho các sản phẩm đúc.Tuy nhiên, do việc lắp đặt bộ gia nhiệt cảm ứng, thể tích hiệu dụng của một vùng nguyên thủy sẽ suy ra và các đặc tính chảy của chất lỏng sẽ thay đổi so với một vùng nguyên thủy thông thường.

Một tundish 7 sợi với kênh gia nhiệt cảm ứng đối xứng đã được đưa vào sử dụng trong một nhà máy thép của Trung Quốc, được sử dụng để sản xuất thép chịu lực và thép lò xo chất lượng cao.Tuy nhiên, các nghiên cứu công nghiệp phát hiện ra rằng tạp chất phi kim loại trong phôi của sợi 2 và sợi 6 nhiều hơn các sợi khác, điều này bị nghi ngờ là kết quả của cấu trúc tundish không hợp lý khi sử dụng kênh cảm ứng.Do đó, chúng tôi đã tiến hành tối ưu hóa cấu trúc và một trường hợp tối ưu hóa đã được cung cấp dựa trên lò sưởi cảm ứng đôi.So với cấu trúc nguyên mẫu, phần thể tích vùng chết của vỏ được tối ưu hóa đã giảm 30,16% và thời gian lưu trú trung bình kéo dài thêm 278 s.Để mở rộng khối lượng hiệu quả của tundish và tăng hiệu quả sản xuất, một lò sưởi cảm ứng đơn dự kiến ​​sẽ được áp dụng trong nhà máy thép này.Do đó, trong nghiên cứu hiện tại, cấu trúc của tundish 7 sợi với bộ gia nhiệt cảm ứng đơn này sẽ được tối ưu hóa bằng mô hình vật lý, và các đặc tính dòng chảy và hành vi của chất lỏng trong đó sẽ được tiết lộ, điều này có lợi cho việc ứng dụng tốt hơn. tàu sáng tạo trong ngành công nghiệp.

Sơ đồ của nó được thể hiện trong Hình 1. Buồng rót và buồng xả được nối với nhau bằng các kênh gia nhiệt và hai lò sưởi nằm xung quanh các kênh.Thép nóng chảy chỉ chảy từ buồng rót vào buồng xả qua các kênh.

Hình 1.Sơ đồ của người tundish [8]

3. Kết quả và thảo luận

3.1Đối với nthí nghiệm đẳng nhiệt

Trong hoạt động công nghiệp, khi thép nóng chảy chảy qua kênh cảm ứng, nó sẽ được đốt nóng.Các công suất điện khác nhau sẽ tạo ra các hiệu ứng sưởi ấm khác nhau.Để quan sát ảnh hưởng của hiện tượng nung nóng cảm ứng đối với dòng chất lỏng, các thí nghiệm không đẳng nhiệt với sự chênh lệch nhiệt độ khác nhau (= 0, 5, 10, 20, 30 ° C) lần đầu tiên chất lỏng được thực hiện cho cá nguyên mẫu với bộ gia nhiệt cảm ứng đơn (5º của kênh nghiêng lên trên, 300mm từ kênh xuất đến bề mặt đáy màu nâu).Sơ đồ cấu trúc được thể hiện trong Hình 2. Sử dụng nước ở nhiệt độ xung quanh để mô hình hóa thép nóng chảy mà không bị nung nóng bên ngoài kênh, các nhiệt độ khác nhau của nước nóng được bơm vào từ đầu vào của kênh.Sơ đồ thử nghiệm được liệt kê trong Bảng 1.

Hình 2 Sơ đồ cấu tạo của tundish với lò sưởi cảm ứng đơn

Bảng 1. Sơ đồ của thí nghiệm không đẳng nhiệt.

Các thông số đặc trưng của chất lỏng đối với các trường hợp khác nhau được thể hiện trong Bảng 2 và các đường cong RTD được minh họa trong Hình 3.

Bàn2.Các thông số đặc trưng của trường hợp thí nghiệm không đẳng nhiệt.

Hình 3.Đường cong RTD của thí nghiệm không đẳng nhiệt ở cácΔT: (a) trường hợp P0,ΔT= 0° C;(b) P1, 5 ° C;(c) P2, 10 ° C;(d) P3, 20 ° C;(e) P4, 30 ° C.

Từ Bảng 2, đối với trường hợp P0 (= 0 ° C),chỉ là 35 s, phần thể tích chết đạt 54,58%, nghĩa là một nửa chất lỏng của vùng nguyên thủy chảy chậm.Lý do có thể được giải thích bởi các đường cong RTD của Hình 3 (a) như sau: nồng độ đỉnhC / C₀của sợi 2 và 6 trong trường hợp P0 đều vượt quá 5,0 và hiển thị các hình dạng sắc nét, điều này cho thấy rằng hầu hết chất đánh dấu trực tiếp chảy đến đầu ra2 và đầu ra6, tạo thành \\"dòng chảy ngắn mạch \\".So sánh trường hợp P0 với trường hợp bộ gia nhiệt cảm ứng kép nguyên mẫu A0 từ tài liệu tham khảo [8], vùng chết của cái trước và độ lệch chuẩnvàđều lớn hơn loại sau, cho thấy rằng không có vấn đề là lò sưởi cảm ứng đôi nguyên mẫu hay lò sưởi cảm ứng đơn, trường dòng chảy của chúng đều không hợp lý trong điều kiện không có sự chênh lệch nhiệt độ.

Đối với trường hợp P1 (= 5 ° C), tổnglà 45 giây vàtrong số 2^NSsợi là 44 s.Ngoài ra, có một sự khác biệt lớn giữa các đường cong RTD của các sợi khác nhau.Tuy nhiên, tỷ lệ vùng chết của toàn bộ cá ngừ đại dương chỉ là 3,66%, nhỏ hơn nhiều so với trường hợp P0.Với sự gia tăng chênh lệch nhiệt độ, thời gian nghỉ tối thiểu và thời gian cao điểm của các trường hợp P2 đến P4 rõ ràng là kéo dài và vùng chết biến mất.

So sánh các trường hợp P1 đến P4, các đường cong RTD của bảy sợi trở nên phù hợp hơn với sự gia tăngvà độ lệch chuẩn (S) trong Bảng 2 nhìn chung đang giảm.

Để giải thích các hiện tượng trên, quỹ đạo mực của trường hợp P0 và P3 lần lượt được minh họa trong Hình 4 và Hình 5.

hinh 4.Quỹ đạo phân tán mực trong trường hợp P0

Hình 5.Quỹ đạo phân tán mực trong trường hợp P3

Đối với trường hợp P0, mực đen đầu tiên chảy dọc theo kênh nghiêng (Hình 4a).Ở 78 giây, một số mực phân tán ra bề mặt bồn tắm, trong khi mực còn lại trực tiếp chảy đến đầu ra2, tạo thành \\"dòng chảy ngắn mạch \\".Trong tình huống này, các tạp chất phi kim loại trong sợi này sẽ không có đủ thời gian để trôi và loại bỏ.Từ Hình 4 (c) và (d), mực gần như không thể chảy đến gần đầu ra 4, trong khi mực tập trung nhiều nhất ở cả hai bên của tundish, cho thấy rằng vùng gần đầu ra 4 là nguồn chính của vùng chết.Từ Bảng 2,đạt 54,58%, chiếm hơn một nửa lượng cá tuýt.Ngoài ra,vàtương ứng là 122.40 và 101,94, có sự khác biệt lớn về tính năng dòng chảy giữa các sợi khác nhau được chỉ ra.Do đó, việc tối ưu hóa cấu trúc bên trong của tundish nguyên mẫu với lò sưởi cảm ứng đơn trong điều kiện= 0 là rất cần thiết.

Từ Hình 5, quỹ đạo mực trong trường hợp P3 rất khác biệt với trường hợp P0, trước tiên nó chảy lên bề mặt bồn tắm cùng với nước nóng từ kênh (Hình 5 (a)) do sự nổi nhiệt, và sau đó tích tụ lại toàn bộ vùng nguyên thủy. bề mặt (Hình 5 (b)), không tạo ra dòng ngắn mạch trong trường hợp này.Sau đó, dòng nóng dần dần đi xuống mọi cửa xả.Khi trải qua một thời gian dài từ bề mặt đến đáy của bể, thời gian lưu trú của chất lỏng được tăng lên rất nhiều.Ngoài ra, dòng chảy nóng hoàn toàn chìm xuống, do đó khối lượng chết của trường hợp này biến mất.

3.2VìThử nghiệm đẳng nhiệt

Như đã được mô tả trong tài liệu tham khảo [8], khi hệ thống sưởi cảm ứng của tundish chạy trong một khoảng thời gian, sự chênh lệch nhiệt độ của thép nóng chảy bên trong và bên ngoài kênh cảm ứng sẽ giảm cho đến khi biến mất.Khi đó, thép nóng chảy ở tuabin sẽ trở thành dòng chảy đẳng nhiệt.Ngoài ra, hoạt động gia nhiệt cảm ứng thường được sử dụng cho một số loại thép đặc biệt như thép chịu lực và thép lò xo để xem xét kinh tế.Đối với các loại thép thông thường, chức năng gia nhiệt của các kênh sẽ không chạy.Trong tình huống này, dòng chảy của thép nóng chảy qua kênh cũng là đẳng nhiệt.Vì vậy, để tối ưu hóa cấu trúc của một vùng lãnh nguyên với hệ thống sưởi cảm ứng đơn, thí nghiệm đẳng nhiệt của mô hình nước là cần thiết.

Dựa trên các kết quả của bộ gia nhiệt cảm ứng đôi [8], trường hợp của bộ gia nhiệt cảm ứng đơn được thiết kế như sau: kênh cảm ứng được đặt nằm ngang và được nâng cao lên 340mm so với bề mặt đáy của tuabin, hai đập ở mỗi bên của tundish được phân bố đối xứng giữa các cửa xả, đập1 ở vị trí 375mm đến cửa xả2, đập2 ở vị trí 240mm đến cửa xả3.Chiều cao của các đập lần lượt được sắp xếp là 0, 340, 420 và 500 mm, và sơ đồ thí nghiệm được liệt kê trong Bảng 3. Các thông số đặc trưng dòng chảy được trình bày trong Bảng 4 và các đường cong RTD của chúng được thể hiện trong Hình 6.

Bàn3.Sơ đồ của thí nghiệm đẳng nhiệt

Bàn4.Các thông số đặc trưng dòng chảy trong thí nghiệm đẳng nhiệt

Hình 6Các đường cong RTD của thí nghiệm đẳng nhiệt ở các trường hợp khác nhau: (a) G1;(b) G2;(c) G3;(d) G4

Từ Bảng 4, thời gian lưu trú trung bình của trường hợp G1 tăng lên 292 s và phần vùng chết giảm một nửa so với trường hợp P0, cho thấy rằng độ cao của kênh cảm ứng là thuận lợi cho việc cải thiện trường dòng chảy.Tuy nhiên, kênh cảm ứng không thể quá cao do các giới hạn của bề mặt chất lỏng của tundish và thép cư trú.

So sánh các trường hợp từ G2 đến G4, thời gian cư trú trung bình kéo dài, tỷ lệ vùng chết và nồng độ đỉnh giảm cùng với sự gia tăng chiều cao đập, cho thấy rằng đập cao có lợi cho việc tối ưu hóa trường dòng chảy của vùng lãnh nguyên này.Điều này là do chất lỏng chảy lên trên chứ không phải trực tiếp đến cửa xả 2 và cửa xả6 do dẫn hướng của đập cao.Trong tình huống này, dòng chảy ngắn hạn bị loại bỏ.Các thông số chảy của trường hợp G3 gần với thông số của trường hợp G4, do đó trường hợp G3 được cho là tối ưu, xem xét sản lượng thực tế và lượng thép dư.

Từ các đường cong RTD trong Hình 6, sự khác biệt giữa các sợi khác nhau là tương đối lớn vì bộ gia nhiệt cảm ứng đơn làm cho trường dòng chảy không đối xứng ở cả hai phía của buồng xả của tundish.

4.Kết luận

Đặc tính dòng chảy cho một tundish đúc sáng tạo với bộ gia nhiệt cảm ứng đơn kiểu kênh được tiết lộ bằng phương pháp mô hình nước, dựa trên các điều kiện làm việc đẳng nhiệt và không đẳng nhiệt của tundish, và thiết kế điều khiển dòng chảy tối ưu được đưa ra.Các kết luận sau đây được rút ra:

Trong điều kiện không đẳng nhiệt, chất lỏng từ kênh gia nhiệt chảy trực tiếp lên bề mặt chất lỏng, điều này có khả năng thuận lợi cho việc loại bỏ tạp chất phi kim loại trong thép.Chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài kênh gia nhiệt càng lớn thì dòng chảy tăng càng rõ ràng.Khi chênh lệch nhiệt độ lên đến 10 ° C, vùng chết của cá ngừ hoàn toàn bị loại bỏ, và thời gian cư trú tối thiểu của chất lỏng và thời gian cư trú trung bình lần lượt đạt 353 s và 1067 s, lâu hơn nhiều so với thời gian không có chênh lệch nhiệt độ .

Trong điều kiện đẳng nhiệt, việc nâng cao kênh cảm ứng và tập hợp các đập kép ở vùng lãnh nguyên có thể làm giảm tỷ lệ vùng chết, và đập cao có lợi thế hơn đập thấp.Tỷ lệ vùng chết trong trường hợp G3 và G4 giảm từ 45,57% trong trường hợp nguyên mẫu và 54,58% trong trường hợp P0 xuống dưới 16%.Nếu xét đến chiều cao của bề mặt chất lỏng và lượng thép dư trong bể, trường hợp G3 (chiều cao kênh cảm ứng 340mm, chiều cao hai đập 420mm) có thể được coi là sự lựa chọn tối ưu cho một sản xuất thực tế.

Nó không được phép sử dụng bài viết này dưới bất kỳ hình thức nào, bao gồm sao chép hoặc sửa đổi mà không có sự cho phép bằng văn bản của tác giả gốc.