Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ КОНДУКТИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

Кабаков З.К., Самойлович Ю.А., Чирихин В.Ф.

В 2004 г. Россия произвела 65 млн. тонн стали. При этом 57 % жидкой стали разлито на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В наиболее развитых странах эта величина составляет более 90 %. К числу мер, которые позволили достичь такого высокого уровня, является использование электромагнитного перемешивания почти на каждой МНЛЗ.

Электромагнитное перемешивание применяют для повышения структурной и химической однородности металла, увеличения марочника разливаемых сталей и расширения сортамента слитков. Широко известны два типа устройств для перемешивания: индуктивный (ЭМП) и кондуктивный (КЭМП). Самыми простыми и экономичными являются устройства КЭМП. Схема такого устройства, разработанного и опробованного Пермским научно-исследовательским институтом (ПНИТИ) на вертикальной МНЛЗ Пермского машиностроительного завода (ПМЗ), представлена на рис. 1.

Сущность способа КЭМП состоит в пропускании постоянного электрического тока через незатвердевшую часть слитка и создании постоянного магнитного поля в той же части. В области жидкого ядра, где скрещиваются ток и магнитное поле, возникает поле электромагнитных сил, под действием которых жидкий металл начинает перемещаться (рис. 1). На рис. 1 показана схема роликового варианта КЭМП, поле сил и картина циркуляции жидкой фазы.

p

Рисунок 1. Схема роликового варианта КЭМП (а), распределения электромагнитной силы (б) и линии тока расплава (в) в жидком ядре непрерывного слитка: 1 - жидкая фаза; 2 - корка слитка; 3 - токопроводящие ролики; 4 - ролики - полюся электромагнита; 5 - немагнитные ролики; 6 - предлагаемая циркуляция жикой фазы

При разработке и обосновании основных параметров устройств КЭМП возникает сложный комплекс взаимосвязанных вопросов, связанных со следующими процессами:

  1. магнитогидродинамические,
  2. тепловые,
  3. магнитные и электрические поля,
  4. металлургический эффект.

В результате экспериментальных и теоретических исследований этих процессов, выполненных для различных конструкций КЭМП, сложилась определенная методология, основные этапы которой представлены на рис. 2.

p

Рисунок 2. Методология обоснования конструкции и режима работы устройства КЭМП

На первом этапе на основании данных об мнлз, проблемах качества слитка и опыте применения ЭМП при непрерывной разливке стали выдвигается прикидочный вариант устройства КЭМП. На этом этапе намечается место расположения устройства на технологический линии мнлз, участки слитка, к которым необходимо подвести ток и на которых следует создать магнитное поле.

На втором этапе выполняется измерение температуры в теле слитка. Измерение температуры осуществляется по методике, изложенной в работе [1]. В результате получают кривые охлаждения представительных точек сечения слитка, оценивают размеры жидкого ядра.

Результаты первых двух этапов используют при создании физической модели (третий этап) гидродинамических явлений в жидком ядре слитка при использовании КЭМП. Модель разрабатывается в соответствии с теорией подобия магнитогидродинамических процессов. В качестве модельной жидкости используют электропроводные жидкости: электролиты и жидкие металлы [2]. На модели изучают связь между гидродинамическими характеристиками (картины циркуляции, размеры контуров циркуляции, скорости движения жидкости в характерных точках) и основными параметрами устройства КЭМП (сила тока, магнитная индукция, в рабочем зазоре электромагнита, размеры полюса и т.п.). Кроме того, исследуют распределение магнитной индукции в рабочем зазоре электромагнита и фиксируют кривую намагничивания электромагнита.

Результаты физического моделирования используют для настройки математической модели процесса КЭМП [3] (четвертый этап). На этом этапе расширяют пределы применимости экспериментальных данных, рассчитываются рациональные режимы работы устройства КЭМП (режимы перемешивания).

Параллельно четвертому этапу выполняют пятый этап, связанный с расчетом электромагнита (количество ампервитков, параметров обмотки, системы ее охлаждения, размеры электромагнита и его мощность). При этом для проверки методики расчета используют результаты этапа 2 по измерению параметров магнитных явлений в рабочем зазоре электромагнита.

Параметры переноса тепла, установленные в результате физического моделирования тепловых процессов при КЭМП, применяются при математическом моделировании тепловых явлений в слитке для условий перемешивания (этап 6). Усиление интенсивности переноса тепла при перемешивании учитываются в модели путем введения эффективного коэффициента теплопроводности [1]. Предварительно на основе кривых охлаждения (этап 3) устанавливается взаимосвязь между коэффициентом теплоотдачи и интенсивности охлаждения слитка для конкретных конструкций форсунок и поддерживающих слиток устройств. Затем с помощью модели уточняются размеры жидкого ядра для этапа 3, продолжительность затвердевания слитка и температура поверхности слитка на участке перемешивания в условиях повышенной интенсивности переноса тепла в жидком ядре слитка. Основным результатом данного этапа является разработка режимов вторичного охлаждения слитка в условиях КЭМП.

Выполнение перечисленных этапов позволяет в полной мере обосновать основные параметры устройства КЭМП, рациональные режимы перемешивания и режимы вторичного охлаждения слитка на участке перемешивания. Разработанная методология в полной мере использована при создании и опытно - промышленном опробовании устройства КЭМП для вертикальной МНЛЗ ККЦ-1 НЛМК. Полученные результаты исследований позволяют сократить объем экспериментов при разработке и освоении КЭМП на других МНЛЗ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Тепловые процессы при непрерывном литье стали./ Самойлович Ю.А., Крумвецкий С.А., Горянков В.А., Кабаков З.К. М.: Металлургия, 1982, 152 с.
  2. Физическое моделирование кондуктивного электромагнитного перемешивания. / В.М. Брыксин, З.К. Кабаков, А.Г. Подорванов, А.А. Смирнов. В кн.: Исследование тепловых процессов и агрегатов основных переделов черной металлургии / МЧМ СССР М.: Металлургия, 1987. с. 41-46.
  3. Математическое моделирование процесса кондукционного перемешивания расплава в незатвердевающей части непрерывного слитка/Ю.А. Самойлович, Э.Р. Шифман, ВМ Брыксин, З.К. Кабаков - Магнитная гидродинамика, 1987. № 4, с. 107-112.

Работа представлена на юбилейную конференцию с международным участием «Современные проблемы науки и образования», 5-6 декабря 2005г., г.Москва. Поступила в редакцию 01.12.2005г.


Библиографическая ссылка

Кабаков З.К., Самойлович Ю.А., Чирихин В.Ф. МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ КОНДУКТИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 1. – С. 76-78;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4652 (дата обращения: 16.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074