新しい単一誘導加熱装置を備えた連続鋳造タンディッシュの流れ場

¹ 概要：タンディッシュ誘導加熱アプライアンスは、近年、製鋼プロセスでますます注目を集めています。二重誘導加熱器は大きなタンディッシュ容量を占めるため、製鉄所の生産量が減少します。現在の作業では、単一誘導加熱器のタンディッシュ技術が提案されています。その流動特性は、非等温および等温の両方の使用状況を考慮した水モデリングによって研究され、二重誘導加熱器のそれと比較されます。結果は、異なるストランド間の流動一貫性が、二重誘導加熱器よりも単一誘導加熱器の方が少し弱いことを示しています。それにもかかわらず、最適化されたケースは、デッドボリュームの割合が15％で、最小ブレークタイムが92秒であるため、産業要件を完全に満たすことができます。

キーワード：チャネルタイプの誘導加熱を備えたタンディッシュ。単一誘導加熱器;流れ場;

1.1。序章

タンディッシュは、溶鋼を取鍋と金型の間に分配し、非金属介在物の除去を促進し、結果として鋳造物の表面と内部の品質を改善するための連続鋳造プロセスにおける重要な冶金容器です[1-6]。しかし、鋳造が進むと、熱損失により溶鋼の温度が取鍋とタンディッシュの両方で著しく低下し、鋳造速度が変化してスムーズに動作し、タンディッシュとモールド内の流体の流れが不安定になります。一定の温度下で安定した鋳造を維持するために、プラズマガンまたはタンディッシュの誘導チャネルによる溶鋼の加熱技術が近年ますます注目されている。このような状況下では、鋳造製品の表面品質と一貫した内部品質の両方を達成することが期待できます。ただし、誘導加熱器の設置により、従来のタンディッシュと比較して、タンディッシュの有効量が推定され、流体の流動特性が変化します。

対称誘導加熱チャネルを備えた7ストランドのタンディッシュが、高品質のベアリング鋼とばね鋼の製造に使用されている中国の製鉄所で使用されています。しかし、工業トレイルは、ストランド2とストランド6のビレット内の非金属介在物が他のストランドよりも多いことを発見しました。これは、誘導チャネルを採用したときの不合理なタンディッシュ構造の結果であると疑われました。そのため、当社が構造最適化を実施し、二重誘導加熱器をベースに最適化されたケースを提供しました。プロトタイプ構造と比較して、最適化されたケースの不感帯体積分率は30.16％減少し、平均滞留時間は278秒延長されました。タンディッシュの有効量を拡大し、生産効率を高めるために、この製鉄所では単一誘導加熱器の採用が見込まれています。したがって、本研究では、単一誘導加熱器を備えたこの7ストランドタンディッシュの構造を物理モデルによって最適化し、その中の流体の流れ特性と挙動を明らかにします。これは、これをより適切に適用するために有益です。業界の革新的な船。

その概略図を図1に示します。注入チャンバーと排出チャンバーは2つの加熱チャネルによって接続されており、2つのヒーターがチャネルの周囲にあります。溶鋼は、チャネルを通ってのみ、注入チャンバーから排出チャンバーに流れ込みます。

図1。タンディッシュの概略図[8]

3.結果と考察

3.1nの場合等温実験

工業運転では、溶鋼が誘導チャネルを横切って流れるとき、それは加熱されます。異なる電力は、さまざまな加熱効果を生成します。液体の流れに対する誘導加熱の影響を観察するために、さまざまな温度差を使用した非等温実験（ = 0、5、10、20、30°C）の流体は、最初に、単一誘導加熱器を備えたプロトタイプのタンディッシュに対して実行されました（チャネルのエクスポートからタンディッシュの底面まで300mm、チャネルの傾斜が5º上向き）。構造概略図を図2に示します。チャネルの外側で加熱せずに溶鋼をモデル化するために周囲温度の水を採用し、チャネルの入口からさまざまな温度の温水を注入しました。実験スキームを表1に示します。

図2単一誘導加熱器を備えたタンディッシュの構造概略図

表1.非等温実験のスキーム。

さまざまなケースの流体の特性パラメータを表2に示し、RTD曲線を図3に示します。

テーブル2.非等温実験ケースの特性パラメータ。

図3。異なる場所での非等温実験のRTD曲線ΔT：（a）ケースP0、ΔT= 0°C;（（b）P1、5°C;（（c）P2、10°C;（（d）P3、20°C;（（e）P4、30°C。

表2から、ケースP0（ = 0°C）、 はわずか35秒で、死体積分率は54.58％に達します。これは、タンディッシュの半分の流体がゆっくり流れることを意味します。この理由は、図3（a）のRTD曲線によって次のように説明できます。ピーク濃度C / C₀P0が両方とも5.0を超える場合、ストランド2と6の数はシャープな形状を示します。これは、ほとんどのトレーサーが出口2と出口6に直接流れ、「短絡流」を形成していることを示しています。ケースP0を参考文献[8]のプロトタイプの二重誘導加熱器ケースA0と比較すると、デッドゾーンが発生します。 前者の、および標準偏差 と はすべて後者よりも大きく、プロトタイプの二重誘導加熱器または単一誘導加熱器に関係なく、 それらの流れ場は、温度差のない条件下では両方とも不合理です。

ケースP1の場合（ = 5°C）、合計 45秒であり、 2の^NSストランドは44秒です。また、異なるストランドのRTD曲線には大きな違いがあります。ただし、タンディッシュ全体の不感帯の割合はわずか3.66％であり、ケースP0よりもはるかに小さくなっています。温度差の増加に伴い、ケースP2からP4の最小ブレーク時間とピーク時間は明らかに延長され、不感帯はなくなります。

ケースP1からP4を比較すると、7つのストランドのRTD曲線は、 、および標準偏差（S表2の）は一般的に減少しています。

上記の現象を説明するために、ケースP0とP3のインクの軌跡をそれぞれ図4と図5に示しました。

図4。P0の場合のインク分散軌道

図5。P3の場合のインク分散軌道

ケースP0の場合、黒インクは最初に傾斜したチャネルに沿って流れます（図4a）。78秒で、一部のインクはバス表面に分散し、他のインクは直接出口2に流れて、「短絡流」を形成します。この状況では、このストランド内の非金属介在物は、浮いて除去するのに十分な時間がありません。図4（c）および（d）から、インクは出口4の近くにほとんど流れることができませんでしたが、タンディッシュの両側に最も集中しており、出口4の近くの領域がデッドゾーンの主な発生源であることを示唆しています。表2から、 54.58％に達し、タンディッシュボリュームの半分以上を占めています。加えて と それぞれ122.40と101.94を示し、異なるストランド間での流れの特徴の大きな違いが示されています。したがって、プロトタイプタンディッシュの内部構造を単一誘導加熱器で最適化する = 0は大いに必要です。

図5から、ケースP3のインクの軌跡はケースP0とは大きく異なり、熱浮力のために最初にチャネルからの温水とともにバス表面に流れ（図5（a））、次にタンディッシュ全体に蓄積します。表面（図5（b））では、この場合、短絡流は発生しません。その後、熱流は徐々にすべての出口に沈みます。タンディッシュの表面から底部まで長時間かかるため、液体の滞留時間が大幅に長くなります。さらに、ホットフローが完全に沈むため、このケースのデッドボリュームはなくなります。

3.2にとって等温実験

参考文献[8]に記載されているように、タンディッシュの誘導加熱が一定期間行われると、誘導チャネルの内側と外側の溶鋼の温度差はなくなるまで減少します。その際、タンディッシュの溶鋼は等温流になります。さらに、誘導加熱操作は通常、経済的な考慮から、ベアリング鋼やばね鋼などの一部の特殊鋼グレードに使用されます。通常の鋼種の場合、チャネルの加熱機能は実行されません。この状況では、チャネルを通る溶鋼の流れも等温です。したがって、単一誘導加熱によるタンディッシュの構造最適化には、水モデルの等温実験が必要です。

二重誘導加熱器[8]の結果に基づいて、単一誘導加熱器の場合は次のように設計されています。誘導チャネルは水平に設定され、タンディッシュの底面から340mmの位置にあり、2つのダムはタンディッシュの各側は出口間で対称的に分布しており、dam1はoutlet2に対して375mmの位置にあり、dam2はoutlet3に対して240mmの位置にあります。ダムの高さはそれぞれ0、340、420、500 mmに配置され、実験スキームは表3に示されています。流れ特性パラメーターは表4に示され、それらのRTD曲線は図6に示されています。

テーブル3.等温実験のスキーム

テーブル4.等温実験における流動特性パラメータ

図6さまざまなケースでの等温実験のRTD曲線：（a）G1;（b）G2;（c）G3;（d）G4

表4から、ケースG1の平均滞留時間はケースP0と比較して292秒増加し、不感帯の割合は半分に減少し、誘導チャネルの高さが流れ場の改善に有利であることを示しています。ただし、タンディッシュと滞留鋼の液面の制限により、誘導チャネルを高くしすぎることはできません。

ケースG2とG4を比較すると、平均滞留時間が長くなり、ダムの高さが高くなるにつれて不感帯の割合とピーク濃度が減少し、高ダムがこのタンディッシュの流れ場の最適化に有益であることを示唆しています。これは、ハイダムの誘導により、流体が直接oulet2やoutlet6に流れるのではなく、上向きに流れるためです。この状況では、短い循環の流れが排除されます。ケースG3の流動パラメータはケースG4の流動パラメータに近いため、実際の生産量と残留鋼量を考慮すると、ケースG3が最適であると考えられます。

図6のRTD曲線から、単一誘導加熱器のセットがタンディッシュの排出チャンバーの両側で流れ場を非対称にするため、さまざまなストランド間の差は比較的大きくなります。

4.結論

チャネル型単一誘導加熱器を備えた革新的な鋳造タンディッシュの流動特性を、タンディッシュの等温および非等温作業条件に基づく水モデル法によって明らかにし、最適なフロー制御設計を提案します。次の結論が導き出されます。

非等温状況下では、加熱チャネルからの流体は液体表面に直接上向きに流れます。これは、鋼中の非金属介在物の除去に潜在的に有利です。加熱チャネルの内側と外側の温度差が大きいほど、上昇する流れがより明白になります。温度差が10°Cに達すると、タンディッシュの不感帯が完全になくなり、流体の最小滞留時間と平均滞留時間は、それぞれ353秒と1067秒に達し、温度差がない場合よりもはるかに長くなります。 。

等温状況下では、誘導水路の標高とタンディッシュの二重ダムのセットにより、不感帯の割合を減らすことができ、高ダムは低ダムよりも有利です。ケースG3とG4の不感帯の割合は、プロトタイプのタンディッシュの45.57％からケースP0の54.58％から16％未満に減少しています。液面の高さとタンディッシュ内の残留鋼の量を考慮すると、ケースG3（誘導チャネルの高さ340mm、2つのダムの高さ420mm）が実際の生産に最適な選択と見なすことができます。

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