الملخص:تم تطوير نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد يقترن بالمجال الكهرومغناطيسي وتدفق السوائل وتقلب المستوى لفحص سلوك تدفق الفولاذ المصهور في قالب الصب المستمر للبلاطة للفولاذ الخالي من الخلالية (IF).وفقًا للنتائج الصناعية والنمذجة ، يتم إنشاء الدوامات في المقطع العرضي بسبب القوة الكهرومغناطيسية (EMF) ويعتمد عددها على أزواج القطب المغناطيسي للحقول الكهرومغناطيسية.مع زيادة التردد الحالي ، تصل EMF إلى الحد الأقصى عند التردد الحالي البالغ 4.5 هرتز ثم تنخفض تدريجياً.عندما تزداد شدة التيار من 0A إلى 600A ، ينخفض ​​معدل فخ الخبث المرتبط بعيوب القضبان من 7.46٪ إلى 1.09٪ ، لكنه يزداد إلى 6.09٪ عندما تصل شدة التيار إلى 650A.تشير الدراسة إلى أن الكثافة الحالية المحسّنة للعفنالتحريك الكهرومغناطيسي(M-EMS) يمكن أن يمنع بشكل فعال عيوب السطح أو تحت السطح لإنتاج الفولاذ النظيف.

الكلمات الدالة:بيني-fري الصلبحقل كهرومغناطيسي؛تدفق السائل؛الكثافة الحالية؛Rأكل من فخ الخبث.

1 المقدمة

مع تطور إنتاج الفولاذ النظيف ، أصبحت متطلبات الجودة لمنتجات الصب المستمر صارمة بشكل متزايد^[1].بالنسبة لإنتاج الفولاذ الخالي من التداخل (IF) ، والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات نظرًا لخصائصه الممتازة في السحب العميق ، فإن عيوب السطح مثل الشظايا وبثور القلم الرصاص هي المشاكل الأكثر شيوعًا التي تؤدي إلى رفض منتجات الصفائح النهائية وخفضها^[2].من المهم بشكل خاص التحكم في تقلب مستوى سائل القالب أثناء الصب ، وتجنب مجموعة الشوائب تحت السطحية المتعلقة بخصائص غلاف الخطاف للفولاذ في الغضروف المفصلي.تم تقديم نظام M-EMS جديد يمكن أن ينتج تقليبًا دواميًا لتنظيف شوائب الخطاف المشهورة التي تم جمعها ، وقد تم تطوير نموذج الديناميكا المائية المغناطيسية المقترنة لتحليل خصائص المجال الكهرومغناطيسي ثلاثي الأبعاد وتدفق السوائل وظواهر تقلب المستوى في 0.23 م × 1.6 م قالب بلاطة.تم تحليل العلاقات بين المجالات الكهرومغناطيسية والكثافة الحالية أو التردد بالتفصيل.تمت دراسة تأثير تيار التحريك وموضع النمام على تذبذب مستوى الفولاذ المصهور.أخيرًا ، تتم مقارنة معلمات M-EMS المختلفة لشدة تيار الملف من خلال تحليل مشترك لسلوك تدفق القالب والتعليقات من تجارب المصانع الصناعية.

2 وصف النموذج

2.1 نموذج هندسي ثلاثي الأبعاد لـ M-EMS

رسم بياني 1نموذج هندسي وشبكة عناصر محدودة: (أ) محاكاة كهرومغناطيسية ؛(ب) محاكاة التدفق

يظهر النموذج الهندسي وشبكة العناصر المحدودة في شريط بلاطة مع محرك كهرومغناطيسي متحرك الموجة المتحركة في الشكل 1. يشتمل نموذج M-EMS بشكل أساسي على الفولاذ المصهور ، والقالب النحاسي ، واللوح الخلفي غير القابل للصدأ ، والقلب الحديدي ، وملف التحريك ، والهواء ( غير ظاهر).

3. النتائج والمناقشة

3.1 صلاحية النموذج المطور

للتأكد من صحة النموذج الرياضي ، تمت مقارنة النتائج المحسوبة لكثافة التدفق المغناطيسي على طول خط Y = 0.1 متر في المستوى الأوسط للمحرك مع البيانات المقاسة في المصنع ، والذي يظهر في الشكل 2. تم الحصول على البيانات بواسطة شركة Hunan Zhongke Electric Co.، Ltd من خلال مقياس Lake Shore 475 DSP Gauss.من هذا الشكل ، فإن اتجاهات كثافة التدفق المغناطيسي هي توزيع متماثل مركزيًا.تتوافق النتائج المحسوبة جيدًا مع البيانات المقاسة التي تشير إلى أن النموذج الرياضي المطوّر معقول لنظام التحريك هذا ويمكن استخدام النتائج المحسوبة لتوفير إرشادات نظرية لتحسين معلمات عملية التحريك في الإنتاج الفعلي.إلى جانب ذلك ، فإن كثافة التدفق المغناطيسي المقاسة أقل قليلاً من تلك المحسوبة ، بسبب تسرب المجال المغناطيسي والخطأ المقاس أو المحسوب.ومع ذلك ، فإن هذا الخطأ صغير ويمكن إهماله.

الصورة 2مقارنة بين القيم المحسوبة والمقاسة لشدة التدفق المغناطيسي

3.2 كثافة التدفق المغناطيسي

تين. 3كثافة التدفق المغناطيسي (BF ، BL ، BO).(أ) مع لوح خلفي غير قابل للصدأ ؛(ب) بدون اللوح الخلفي غير القابل للصدأ

يوضح الشكل 3 كثافة التدفق المغناطيسي على طول الخطوط لـ Y = -0.1m (BF) ، Y = 0.1m (BL) ، Y = 0m (B0) في المستوى الأوسط للمحرك مع وبدون لوحة خلفية غير قابلة للصدأ.يمكن ملاحظة أن BF يساوي BL تقريبًا.بالنسبة للحالة ذات اللوحة الخلفية غير القابل للصدأ في الشكل 3 أ ، تكون كثافة التدفق المغناطيسي أكثر اتساقًا وأصغر من تلك التي لا تحتوي على لوحة خلفية غير قابلة للصدأ ، والتي تلعب دور الدرع الكهرومغناطيسي من الملفات.يبلغ متوسط ​​قيم BF على التوالي 61.92 طن متري و 122.26 طن متري للوح الخلفي غير القابل للصدأ وبدونه ، لذلك ليس من الدقة تجاهل اللوحة الخلفية غير القابل للصدأ في نموذج هندسة M-EMS.

الشكل 4توزيع كثافة التدفق المغناطيسي على المستوى المتوسط ​​للنمام (Z = −0.12 م).(أ) ناقلات ؛(ب) كفاف

يوضح الشكل 4 المخططات المتجهة والكنتورية لكثافة التدفق المغناطيسي في المستوى الأوسط للمحرك (Z = −0.12 م).يُلاحظ أن متجه ومحيط كثافة التدفق المغناطيسي للمرحلة الأولية يوزعان التماثل المركزي.كثافة التدفق المغناطيسي أكبر عند حافة الوجه العريض ، وتنخفض تدريجيًا من الخارج إلى الداخل.تقع الحدود القصوى بالقرب من حافة القالب العريضة (Y = 0.125m أو Y = -0.125m).

الشكل 5مخططات المتجهات والكنتور لـ EMF بمتوسط ​​الوقت على المستوى المتوسط ​​للنمام (Z = −0.12 م).(أ) ناقلات ؛(ب) كفاف

يوضح الشكل 5 متجه ومحيط متوسط ​​الوقت EMF على المستوى الأوسط للمحرك (Z = −0.12 م).من الملاحظ أن توزيع المجالات الكهرومغناطيسية متماثل مركزي بسبب التوزيع المركزي لكثافة التدفق المغناطيسي.تكون المكونات العرضية للمجالات الكهرومغناطيسية بالقرب من الحواف أكبر من تلك الموجودة في الجزء الداخلي من المقطع العرضي ، والمكونات العرضية للمجالات الكهرومغناطيسية عند الحافتين المتوازيتين للوجه العريض متساوية في القيمة مع الاتجاه المعاكس.توجد أربع دوامات عرضية من EMF متوسط ​​الوقت في الجزء الداخلي من المقطع العرضي.الحد الأقصى لمتوسط ​​EMF الزمني هو 9000 N / m3 ، والذي يظهر عند النقاط X = 0.57m ، Y = 0.125m و X = -0.57m ، Y = -0.125m.الحد الأدنى لمتوسط ​​الوقت الكهرومغناطيسي أقل من 1000 نيوتن / متر مكعب ، والذي يظهر في الداخل.

يوضح الشكل 6 أ توزيع كثافة التدفق المغناطيسي لتيار مختلف عند 4.5 هرتز.تزداد كثافة التدفق المغناطيسي مع زيادة شدة التيار ، وهما في علاقة تناسبية تقريبية.يوضح الشكل 6 ب توزيع المجالات الكهرومغناطيسية العرضية للترددات الحالية المختلفة عند 600 ألف. في نطاق الترددات الحالية المطبقة لـ M-EMS (1.0-5.5 هرتز) عند 600 ألف ، يزداد المجال الكهرومغناطيسي العرضي مع زيادة التردد الحالي ويصل إلى الحد الأقصى عند التردد الحالي 4.5 هرتز ثم يتناقص تدريجياً.

الشكل 6توزيع كثافة التدفق المغناطيسي والمجالات الكهرومغناطيسية العرضية.(أ) التيارات المختلفة.(ب) ترددات مختلفة

تين.7 مقارنة تقلبات المستوى ثلاثية الأبعاد: (أ) إيقاف M-EMS ؛(ب) مع M-EMS ، Z = -0.42 م ؛(ج) مع M-EMS ، Z = -0.27 م ؛(د) مع M-EMS ، Z = -0.12 م

يوضح الشكل 7 تقلبات المستوى ثلاثية الأبعاد في مواضع مختلفة لمستوى النمام الأوسط ، حيث يتم اختيار مستوى كسر حجم الصلب 0.5 للتعبير عن حالة تقلب المستوى.يمكن أن نرى بشكل بديهي أن واجهة الفولاذ / الخبث مسطحة تقريبًا مع إيقاف تشغيل M-EMS.يزيد التدفق الدوامي من تأثير M-EMS من تذبذب السطح الحر ، وتحدث تقلبات المستوى الأعلى لـ M-EMS في أربع زوايا من السطح الخالي من العفن.في المناطق المحلية ، يبلغ الحد الأقصى لارتفاع تقلب مستوى M-EMS عند Z = -0.42m و -0.27m و -0.12m 1.0 مم و 2.4 مم و 2.9 مم على التوالي.يزداد ارتفاع المحرك ، مما قد يؤدي بسهولة إلى تذبذب السطح الحر.تشير النتائج إلى أنه كلما زاد ارتفاع المحرك ، يتفاقم تقلب المستوى.أكبر قيمة لتقلب المستوى في ظل M-EMS عند Z = -0.12m مقبولة لحركة الخبث ، والتي يكون نطاق تقلب المستوى في حدود ± 4 مم مقبولاً للمصنع^[15].لذلك ، يكون موضع المحرك الأمثل للمستوى المتوسط ​​لـ M-EMS عند Z = -0.12m أسفل الغضروف المفصلي.

يوضح الشكل 8 تأثير التحريك الحالي على تقلب المستوى.مع زيادة تيار التحريك ، يتم تكثيف تذبذب المستوى بسبب التدفق الدوامي المستعرض الواضح الناجم عن M-EMS ، والذي قد يؤدي إلى انحباس الخبث.في المناطق المحلية.أقصى ارتفاع لتقلب المستوى للتيار 500A ، 550A ، 600A ، 650A هو 2.1 ملم ، 2.8 ملم ، 3.6 ملم ، و 4.2 ملم ، على التوالي.عندما يكون التيار 650 أمبير ، فإن تقلب المستوى يتجاوز ± 4 مم ، قد يؤدي تفاقم تقلب المستوى إلى انحباس الخبث.

تين.8 مقارنة تقلبات المستوى ثلاثية الأبعاد: (أ) 500 ألف ؛(ب) 550 ألف ؛(ج) 600 ألف ؛(د) 650 أ

تين.9 توزيع النواقل في مركز EMS (أ) 500A ؛(ب) 550 ألف ؛(ج) 600 ألف ؛(د) 650 أ

يوضح الشكل 9 نمط التدفق على المستوى الأوسط لـ M-EMS تحت تيارات مختلفة.ترتفع السرعة العرضية مع زيادة شدة التيار.يتم توزيع أربع دوامات عرضية من الفولاذ المصهور بشكل متماثل ، والتي تتطابق تقريبًا مع أزواج الأقطاب الأربعة المغناطيسية.

3.3جودة البلاطة بمعلمات عملية مختلفة

الجدول 2معدل الحجب لاحتباس الخبث بكثافة تيار مختلفة

وفقًا لنتائج المحاكاة أعلاه ، تم اختيار أربع شدة حالية لاختبار لوح فولاذي خالٍ من الخلالية ينتج عن طريق مصنع للصلب في الصين ، تم حساب معدل انسداد فخ الخبث في الجدول 2 ، وهو أحد المصادر الرئيسية للشوائب في المنتج النهائي ، وسوف يضر بشكل كبير بإنتاج الفولاذ النظيف.عند تشغيل M-EMS ، ينخفض ​​معدل حجب تدفق التدفق بشكل واضح.عند الشدة الحالية 600A ، فإن معدل حجب فخ الخبث هو 1.09٪ فقط ، والذي ينخفض ​​بنسبة 85٪ مقارنة مع الوضع M-EMS off.لذلك فإن النتائج الصناعية تتفق بشكل جيد مع النتائج المحسوبة ، وبالتالي تتحقق من نجاح النموذج الحالي.

4الاستنتاجات

تمت دراسة المحاكاة العددية المجمعة والتجارب النباتية ، وتأثير M-EMS على المجال الكهرومغناطيسي وتدفق السوائل وتقلب المستوى.الاستنتاجات الرئيسية هي على النحو التالي:

(1) توزع كثافة التدفق المغناطيسي و EMF بشكل مركزي متماثل على الوجه العريض للقالب.تولد EMF الدوامات على المقطع العرضي وعددها يتوافق مع أزواج القطب المغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي.مع زيادة التردد الحالي ، تصل EMF إلى الحد الأقصى عند التردد الحالي البالغ 4.5 هرتز ثم تنخفض تدريجياً.

(2) مع زيادة ارتفاع موضع المحرض ، يتفاقم تقلب المستوى ، مما قد يؤدي إلى احتباس التدفق.عندما يكون المستوى الأوسط لـ M-EMS عند Z = -0.12m ، يكون تقلب المستوى ± 4 مم ، وهو ما يقبله المصنع.

(3) وفقًا للنتائج الإحصائية لمعدل حجب الإدخال لمعلمات العملية المختلفة في تجارب المصانع الصناعية ، فإن شدة التيار المحسَّنة هي 600 ألف ، وفي هذه الشدة الحالية ، يكون معدل منع حبس الخبث 1.09٪ فقط ، وهو أقل بكثير من حالة مع M-EMS قبالة.

لا يجوز استخدام هذه المقالة بأي شكل ، بما في ذلك النسخ أو التعديل بدون إذن كتابي من المؤلف الأصلي.