Trừu tượng:Một mô hình số ba chiều kết hợp giữa trường điện từ, dòng chất lỏng và dao động mức đã được phát triển để khảo sát đặc tính chảy của thép nóng chảy trong khuôn đúc liên tục dạng phiến cho thép không có kẽ (IF).Theo các kết quả công nghiệp và mô hình, các vòng xoáy được tạo ra trên mặt cắt ngang do lực điện từ (EMF) và số lượng của nó phụ thuộc vào các cặp cực từ của trường điện từ.Khi tần số dòng điện tăng lên, EMF đạt cực đại ở tần số dòng điện là 4,5 Hz và sau đó giảm dần.Khi cường độ dòng điện tăng từ 0A đến 600A, tỷ lệ bám xỉ liên quan đến khuyết tật phôi giảm từ 7,46% xuống 1,09%, nhưng tăng lên 6,09% khi cường độ dòng điện đạt 650A.Nghiên cứu cho thấy rằng cường độ dòng điện được tối ưu hóa của khuôn-khuấy điện từ(M-EMS) có thể ngăn ngừa hiệu quả các khuyết tật bề mặt hoặc bề mặt dưới bề mặt để sản xuất thép sạch.

Từ khóa:Trung gian-fthép ree;Trường điện từ;Dòng chảy chất lỏng;Cường độ dòng điện;Răn xỉ.

1. Giới thiệu

Với sự phát triển của sản xuất thép sạch, các yêu cầu về chất lượng đối với các sản phẩm đúc liên tục ngày càng trở nên khắt khe^[1].Đối với sản xuất thép không có kẽ (IF), được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô do đặc tính kéo sâu tuyệt vời của nó, các khuyết tật bề mặt như cúi và vỉ bút chì là những vấn đề thường xuyên nhất dẫn đến việc từ chối và hạ cấp sản phẩm tấm cuối cùng của họ^[2].Điều đặc biệt quan trọng là phải kiểm soát sự dao động mực chất lỏng của khuôn trong quá trình đúc, và để tránh tập hợp các tạp chất dưới bề mặt liên quan đến đặc tính vỏ móc của các loại thép ở mặt khum.Một M-EMS mới đã được giới thiệu có thể tạo ra khuấy xoáy để làm sạch các tạp chất được thu thập phổ biến, mô hình từ động lực học kết hợp đã được phát triển để phân tích các đặc điểm của trường điện từ ba chiều, dòng chất lỏng và hiện tượng dao động mức trong 0,23m × Khuôn bản 1.6m.Các mối quan hệ giữa EMF và cường độ hoặc tần số dòng điện đã được phân tích chi tiết.Ảnh hưởng của dòng khuấy và vị trí máy khuấy đến sự dao động mức độ của thép nóng chảy cũng được nghiên cứu.Cuối cùng, các thông số M-EMS khác nhau của cường độ dòng điện cuộn dây được so sánh thông qua một phân tích kết hợp với hành vi dòng chảy của khuôn và phản hồi từ các thử nghiệm nhà máy công nghiệp.

2 Mô tả mô hình

2.1 Mô hình hình học ba chiều của M-EMS

Hình 1Mô hình hình học và lưới phần tử hữu hạn: (a) mô phỏng điện từ;(b) mô phỏng dòng chảy

Mô hình hình học và lưới phần tử hữu hạn trong một sợi bản với máy khuấy điện từ sóng truyền được thể hiện trong Hình 1. Mô hình của M-EMS chủ yếu bao gồm thép nóng chảy, khuôn đồng, tấm nền không gỉ, lõi sắt, cuộn khuấy và không khí ( không được hiển thị).

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Tính hợp lệ của mô hình đã phát triển

Để đảm bảo tính hợp lệ của mô hình toán học, các kết quả tính toán cho mật độ từ thông dọc theo đường Y = 0,1m tại mặt phẳng giữa của máy khuấy được so sánh với dữ liệu đo được trong nhà máy, được thể hiện trong Hình 2. dữ liệu do Hunan Zhongke Electric Co., Ltd thu được thông qua máy đo Gauss 475 DSP của Lake Shore.Từ hình này, xu hướng của mật độ từ thông là phân bố đối xứng trung tâm.Kết quả tính toán phù hợp tốt với dữ liệu đo được ， cho thấy rằng mô hình toán học đã phát triển là hợp lý cho hệ thống khuấy này và kết quả tính toán có thể được sử dụng để cung cấp hướng dẫn lý thuyết cho việc tối ưu hóa các thông số vận hành máy khuấy trong sản xuất thực tế.Bên cạnh đó, mật độ từ thông đo được thấp hơn một chút so với tính toán, do rò rỉ từ trường và sai số đo hoặc tính toán.Tuy nhiên, lỗi này là nhỏ và có thể được bỏ qua.

Hình 2So sánh giữa các giá trị tính toán và đo được của cường độ từ thông

3.2 Mật độ từ thông

Hình 3Mật độ từ thông (BF, BL, BO).(a) với bảng sau không gỉ;(b) không có bảng sau không gỉ

Hình 3 cho thấy mật độ từ thông dọc theo các đường đối với Y = -0,1m (BF), Y = 0,1m (BL), Y = 0m (B0) tại mặt phẳng giữa của máy khuấy có và không có tấm nền không gỉ.Có thể quan sát thấy rằng BF gần như bằng BL.Đối với trường hợp có bảng sau không gỉ trong Hình 3a, mật độ từ thông của nó đồng đều hơn và nhỏ hơn so với trường hợp không có bảng sau không gỉ, đóng vai trò lá chắn điện từ khỏi các cuộn dây.Giá trị trung bình của BF lần lượt là 61,92 mT và 122,26 mT đối với có và không có bảng sau không gỉ, vì vậy sẽ không chính xác nếu bỏ qua bảng sau không gỉ trong mô hình hình học M-EMS.

Hình 4Phân bố mật độ từ thông trên mặt phẳng giữa máy khuấy (Z = −0,12 m).(a) Véc tơ;(b) đường viền

Hình 4 cho thấy đồ thị vectơ và đường bao của mật độ từ thông tại mặt phẳng giữa của máy khuấy (Z = −0,12 m).Người ta thấy rằng vectơ và đường bao của mật độ từ thông của pha ban đầu phân bố tâm đối xứng.Mật độ từ thông lớn hơn ở rìa của mặt rộng và nó giảm dần từ bên ngoài vào bên trong.Các cực đại nằm trong vùng lân cận của mép rộng khuôn (Y = 0,125m hoặc Y = -0,125m).

Hình 5Đồ thị vectơ và đường bao của EMF trung bình theo thời gian trên mặt phẳng giữa của máy khuấy (Z = −0,12 m).(a) vectơ;(b) đường viền

Hình 5 cho thấy vectơ và đường bao của thời gian EMF trung bình trên mặt phẳng giữa của máy khuấy (Z = −0,12 m).Người ta thấy rằng sự phân bố của EMF là tâm đối xứng do sự phân bố trung tâm của mật độ từ thông.Các thành phần tiếp tuyến của EMF ở vùng lân cận của các cạnh lớn hơn ở phần bên trong của mặt cắt ngang và các thành phần tiếp tuyến của các EMF tại hai cạnh song song của mặt rộng có giá trị bằng nhau theo hướng ngược lại.Bốn vòng xoáy ngang của EMF trung bình theo thời gian tồn tại ở bên trong mặt cắt ngang.Cực đại của EMF trung bình theo thời gian là 9000 N / m3, xuất hiện tại các điểm X = 0,57m, Y = 0,125m và X = -0,57m, Y = -0.125m.Mức tối thiểu của EMF trung bình theo thời gian là thấp hơn 1000 N / m3, xuất hiện ở bên trong.

Hình 6a cho thấy sự phân bố của mật độ từ thông đối với các dòng điện khác nhau ở tần số 4,5Hz.Mật độ từ thông tăng khi cường độ dòng điện tăng, và chúng có mối quan hệ tỷ lệ gần đúng.Hình 6b cho thấy sự phân bố của EMF tiếp tuyến đối với các tần số dòng điện khác nhau ở 600 A. Trong phạm vi tần số dòng điện áp dụng cho M-EMS (1,0–5,5 Hz) ở 600 A, EMF tiếp tuyến tăng khi tần số dòng điện tăng và đạt cực đại ở tần số dòng điện 4,5Hz rồi giảm dần.

Hình 6Phân bố mật độ từ thông và EMF tiếp tuyến.(a) các dòng điện khác nhau;(b) các tần số khác nhau

Quả sung.7 So sánh các dao động mức ba chiều: (a) M-EMS tắt;(b) với M-EMS, Z = -0,42m;(c) với M-EMS, Z = -0,27m;(d) với M-EMS, Z = -0,12m

Hình 7 cho thấy các dao động mức ba chiều dưới các vị trí khác nhau của mặt phẳng giữa máy khuấy, trong đó mặt phẳng của giá trị phần thể tích thép 0,5 được chọn để thể hiện trạng thái dao động mức.Có thể thấy trực quan rằng giao diện thép / xỉ gần như phẳng khi M-EMS tắt.Dòng chảy xoáy do tác động của M-EMS làm tăng dao động của bề mặt tự do, và dao động ở mức cao nhất đối với M-EMS xảy ra ở bốn góc của bề mặt không có khuôn.Tại các khu vực địa phương, độ cao dao động mức tối đa đối với M-EMS tại Z = -0,42m, -0,27m, -0,12m lần lượt là 1,0 mm, 2,4 mm và 2,9 mm.Chiều cao của máy khuấy tăng lên, có thể dễ dàng tạo ra sự dao động của bề mặt tự do.Kết quả chỉ ra rằng khi chiều cao của máy khuấy được tăng lên, thì sự dao động mức càng trầm trọng hơn.Giá trị dao động mức lớn nhất theo M-EMS tại Z = -0,12m là chấp nhận được đối với sự di chuyển của xỉ, phạm vi dao động mức trong khoảng ± 4mm là chấp nhận được đối với nhà máy^[15].Do đó, vị trí máy khuấy tối ưu cho mặt phẳng giữa của M-EMS là Z = -0,12m dưới mặt khum.

Hình 8 chỉ ra ảnh hưởng của dòng khuấy đối với sự dao động mức.Với sự gia tăng của dòng điện khuấy, sự dao động mức càng gia tăng do dòng xoáy ngang rõ ràng do M-EMS gây ra, có thể dẫn đến hiện tượng bám xỉ.Ở các vùng địa phương.Chiều cao tối đa của mức dao động đối với dòng điện 500A, 550A, 600A, 650A lần lượt là 2,1 mm, 2,8 mm, 3,6 mm và 4,2 mm.Khi dòng điện là 650A, mức dao động vượt quá ± 4mm, mức dao động mức độ trầm trọng hơn có thể dẫn đến việc cuốn xỉ.

Quả sung.8 So sánh các dao động mức ba chiều: (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

Quả sung.9 Vector phân bố tại tâm của EMS (a) 500A;(b) 550A;(c) 600A;(d) 650A

Hình 9 cho thấy mô hình dòng chảy trên mặt phẳng giữa của M-EMS dưới các dòng điện khác nhau.Vận tốc tiếp tuyến tăng khi cường độ dòng điện tăng dần.Bốn vòng xoáy ngang của thép nóng chảy phân bố đối xứng, gần như trùng với bốn cặp cực từ.

3.3Chất lượng của tấm với các thông số quy trình khác nhau

ban 2tỷ lệ chặn của ông ta đối với quá trình bám xỉ với các cường độ hiện tại khác nhau

Theo kết quả mô phỏng ở trên, bốn cường độ dòng điện được chọn để thử nghiệm cho một tấm thép không có kẽ hở do một nhà máy thép ở Trung Quốc sản xuất, tỷ lệ chặn xỉ bám vào được tính trong Bảng 2, đây là một trong những nguồn chính của tạp chất. trong sản phẩm cuối cùng, và sẽ gây hại rất nhiều cho việc sản xuất thép sạch.Khi M-EMS được bật, tốc độ chặn dòng chảy giảm rõ rệt.Ở cường độ dòng điện 600A ， tỷ lệ chặn xỉ bám vào chỉ là 1,09%, giảm 85% so với tình huống tắt M-EMS.Do đó, các kết quả công nghiệp phù hợp tốt với các kết quả tính toán, và do đó xác minh sự thành công của mô hình hiện tại.

4Kết luận

Mô phỏng số kết hợp và thử nghiệm thực vật, tác động của M-EMS lên trường điện từ, dòng chất lỏng và dao động mức đã được nghiên cứu.Các kết luận chính như sau:

(1) Mật độ từ thông và EMF phân bố đối xứng trung tâm trên bề mặt rộng của khuôn.EMF tạo ra các vòng xoáy trên mặt cắt ngang và số của nó tương ứng với các cặp cực từ của trường điện từ.Khi tần số dòng điện tăng lên, EMF đạt cực đại ở tần số dòng điện là 4,5 Hz và sau đó giảm dần.

(2) Với sự gia tăng chiều cao của vị trí máy khuấy, sự dao động mức trầm trọng hơn, có thể dẫn đến sự cuốn theo dòng chảy.Khi mặt phẳng giữa M-EMS ở Z = -0,12m, mức dao động là ± 4mm, được nhà máy chấp nhận.

(3) Theo kết quả thống kê về tỷ lệ chặn xỉ đối với các thông số quy trình khác nhau trong các thử nghiệm nhà máy công nghiệp, cường độ dòng điện tối ưu hóa là 600A, và ở cường độ dòng điện này, tỷ lệ chặn bụi xỉ chỉ là 1,09%, thấp hơn nhiều so với trường hợp với M-EMS tắt.

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