概要：電磁場、流体の流れ、およびレベル変動を結合する3次元数値モデルを開発して、侵入型フリー（IF）鋼のスラブ連続鋳造金型内の溶鋼の流動挙動を調査しました。産業およびモデリングの結果によると、渦は電磁力（EMF）によって断面に生成され、その数は電磁界の磁極ペアに依存します。電流周波数の増加に伴い、EMFは4.5 Hzの電流周波数で最大に達し、その後徐々に減少します。電流強度が0Aから600Aに増加すると、ビレット欠陥に関連するスラグの捕捉率は7.46％から1.09％に減少しますが、電流強度が650Aに達すると6.09％に増加します。この研究は、カビの最適化された電流強度が電磁攪拌（M-EMS）は、クリーンな鉄鋼生産のために表面または表面下の欠陥を効果的に防止できます。
キーワード:間質性-fリースチール;電磁界;流体の流れ;現在の強度;Rスラグの閉じ込めを食べました。
クリーン鋼生産の発展に伴い、連続鋳造製品の品質要件はますます厳しくなっています[1]。深絞り性に優れ、自動車業界で広く使用されているインタースティシャルフリー（IF）鋼の製造では、スライバーやペンシルブリスターなどの表面欠陥が最も頻繁に発生する問題であり、最終シート製品の不合格やダウングレードにつながります。[2]。鋳造中の金型液面変動を制御し、メニスカスの鋼のフックシェル特性に関連する表面下介在物の収集を回避することが特に重要です。人気のフック収集介在物を洗浄するために旋回攪拌を生成できる新しいM-EMSが導入され、結合電磁流体力学モデルが開発されて、0.23m×の3次元電磁界、流体の流れ、およびレベル変動現象の特性が分析されました。 1.6mのスラブモールド。EMFと現在の強度または周波数との関係が詳細に分析されています。溶鋼のレベル変動に及ぼす攪拌電流と攪拌機の位置の影響も研究されています。最後に、コイル電流強度のさまざまなM-EMSパラメータを、組み合わせた分析を通じて、金型の流れの挙動と産業プラントの試験からのフィードバックと比較します。
図1ジオメトリモデルと有限要素メッシュ：（a）電磁シミュレーション。（b）流れシミュレーション
進行波電磁攪拌機を備えたスラブストランドの形状モデルと有限要素メッシュを図1に示します。M-EMSのモデルには、主に溶鋼、銅型、ステンレス製バックボード、鉄心、攪拌コイル、および空気（表示されていません）。
数学モデルの妥当性を確認するために、攪拌機の中央面でのY = 0.1m線に沿った磁束密度の計算結果を、図2に示すプラントでの測定データと比較しました。データは、湖岸475DSPガウスメーターを介してHunanZhongke Electric Co.、Ltdによって取得されました。この図から、磁束密度の傾向は中心的に対称的な分布です。計算結果は測定データとよく一致しており、開発された数学モデルがこの攪拌システムに適していることを示しており、計算結果は実際の生産で攪拌操作パラメータを最適化するための理論的ガイダンスを提供するために使用できます。その上、測定された磁束密度は、磁場の漏れと測定または計算された誤差のために、計算されたものより少し低くなります。ただし、このエラーは小さく、無視できます。
図2磁束強度の計算値と測定値の比較
図3磁束密度（BF、BL、BO）。（a）ステンレス製のバックボード付き。（b）ステンレス製バックボードなし
図3は、ステンレス製バックボードがある場合とない場合のスターラーの中央面でのY = -0.1m（BF）、Y = 0.1m（BL）、Y = 0m（B0）の線に沿った磁束密度を示しています。BFがBLにほぼ等しいことが観察できます。図3aのステンレス製バックボードを使用した場合、その磁束密度は、コイルからの電磁シールドの役割を果たすステンレス製バックボードを使用しない場合よりも均一で小さくなります。BFの平均値は、ステンレス製バックボードがある場合とない場合でそれぞれ61.92mTと122.26mTであるため、M-EMSジオメトリモデルでステンレス製バックボードを無視することは正確ではありません。
図4スターラー中央面（Z = -0.12 m）での磁束密度の分布。（a）ベクトル;（b）輪郭
図4は、スターラーの中央面（Z = -0.12 m）での磁束密度のベクトルプロットと等高線プロットを示しています。初期相の磁束密度のベクトルと等高線が中心対称に分布していることがわかります。磁束密度は広い面の端で大きくなり、外側から内側に向かって徐々に減少します。最大値は、金型の広いエッジの近くにあります（Y = 0.125mまたはY = -0.125m）。
図5攪拌機の中央平面（Z = -0.12 m）での時間平均EMFのベクトルおよび等高線図。（a）ベクトル;（b）輪郭
図5は、スターラー中央平面（Z = -0.12 m）での時間平均EMFのベクトルと等高線を示しています。磁束密度の中心対称分布により、EMFの分布は中心対称であることがわかります。エッジ付近のEMFの接線成分は、断面の内側部分の接線成分よりも大きく、広い面の2つの平行なエッジのEMFの接線成分は、反対方向の値が等しくなります。時間平均EMFの4つの横方向の渦が断面の内部に存在します。時間平均EMFの最大値は9000N / m3であり、X = 0.57m、Y = 0.125m、X = -0.57m、Y = -0.125mのポイントに現れます。時間平均EMFの最小値は、内部に現れる1000 N / m3未満です。
図6aは、4.5Hzでのさまざまな電流に対する磁束密度の分布を示しています。磁束密度は電流強度の増加とともに増加し、それらはほぼ比例関係にあります。図6bは、600 Aでのさまざまな電流周波数に対する接線EMFの分布を示しています。600AでのM-EMS（1.0〜5.5 Hz）に適用される電流周波数の範囲では、接線EMFは電流周波数の増加とともに増加し、最大値に達します。現在の周波数4.5Hzで、その後徐々に減少します。
図6磁束密度と接線EMFの分布。（a）異なる電流;（b）異なる周波数
イチジク。7 3次元レベル変動の比較：（a）M-EMSオフ。（b）M-EMSの場合、Z = -0.42m;（c）M-EMSの場合、Z = -0.27m;（d）M-EMSの場合、Z = -0.12m
図7は、攪拌機の中央平面のさまざまな位置での3次元レベル変動を示しています。ここでは、レベル変動の状態を表すために、鋼の体積分率値0.5の平面が選択されています。M-EMSをオフにすると、鋼とスラグの界面がほぼ平坦であることが直感的にわかります。M-EMSの効果による旋回流は自由表面の変動を大きくし、M-EMSの最高レベルの変動は金型自由表面の四隅で発生します。地域では、Z = -0.42m、-0.27m、-0.12mでのM-EMSのレベル変動の最大高さは、それぞれ1.0 mm、2.4 mm、2.9mmです。攪拌機の高さが高くなり、自由表面の変動を引き起こしやすくなります。結果は、攪拌機の高さが増加するにつれて、レベル変動が悪化することを示している。Z = -0.12mでのM-EMSでのレベル変動の最大値は、スラグの移動に許容され、±4mm以内のレベル変動の範囲はプラントに許容されます。[15]。したがって、M-EMSのミッドプレーンの最適なスターラー位置は、メニスカスの下のZ = -0.12mです。
図8は、レベル変動に対する攪拌電流の影響を示しています。攪拌電流の増加に伴い、M-EMSによって引き起こされる明らかな横方向の旋回流によりレベル変動が激しくなり、スラグの閉じ込めにつながる可能性があります。地方で。現在の500A、550A、600A、650Aのレベル変動の最大高さは、それぞれ2.1 mm、2.8 mm、3.6 mm、および4.2mmです。電流が650Aの場合、レベル変動が±4mmを超えると、レベル変動が悪化するとスラグが閉じ込められる可能性があります。
イチジク。8 3次元レベル変動の比較：（a）500A;（b）550A;（c）600A;（d）650A
イチジク。9 EMSの中心でのベクトル分布（a）500A;（b）550A;（c）600A;（d）650A
図9は、さまざまな電流の下でのM-EMSのミッドプレーン上のフローパターンを示しています。接線速度は、電流強度の増加とともに上昇します。溶鋼の4つの横方向の渦巻きは対称的に分布しており、4つの磁極ペアとほぼ一致しています。
表2異なる電流強度でのスラグ捕捉のブロッキング率
攪拌電流強度 | 0A | 500A | 550A | 600A | 650A |
スラグ捕捉の阻止率 | 7.46％ | 6.86％ | 2.80％ | 1.09％ | 6.90％ |
上記のシミュレーション結果によると、中国の製鉄所で製造された侵入型のない鉄鋼スラブをテストするために4つの電流強度が選択され、スラグ捕捉のブロッキング率が表2にカウントされました。これは介在物の主な原因の1つです。最終製品に含まれ、クリーンスチールの生産に大きな悪影響を及ぼします。M-EMSの電源を入れると、磁束エントレインメントのブロッキング率が明らかに低下します。現在の強度600Aでは、スラグ捕捉の遮断率はわずか1.09％であり、M-EMSがオフの状況と比較して85％減少しています。したがって、産業結果は計算結果とよく一致し、したがって現在のモデルの成功を検証します。
数値シミュレーションとプラント試験を組み合わせて、電磁界、流体の流れ、レベル変動に対するM-EMSの影響を調べました。主な結論は次のとおりです。
（1）磁束密度とEMFは、金型の広い面に中央対称に分布します。EMFは断面に渦を生成し、その数は電磁界の磁極ペアに対応します。電流周波数の増加に伴い、EMFは4.5 Hzの電流周波数で最大に達し、その後徐々に減少します。
（2）スターラー位置の高さが高くなると、レベル変動が悪化し、フラックスの巻き込みにつながる可能性があります。M-EMSの中央面がZ = -0.12mの場合、レベル変動は±4mmであり、プラントで受け入れられます。
（3）産業プラント試験におけるさまざまなプロセスパラメータのエントレインメントブロッキング率の統計結果によると、最適化された電流強度は600Aであり、この電流強度では、スラグ捕捉のブロッキング率はわずか1.09％であり、 M-EMSがオフの場合。
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