Статья

Наименование	Физическое моделирование электромагнитной обработки стали в промежуточном ковше
Авторы	Куберский С. В., к. т. н., проф. Завгородний С. Р., асп. Филатов М. А., ст. преп. Федотов О. В., ст. преп. Кухарев А. Л., д. т. н., доц.
Раздел	Металлургия и материаловедение
Год	2022	Выпуск	72	Страницы	67 - 76
УДК	669.046.516			EDN	JUKPKI
Аннотация	Разработана физическая модель и подобраны модельные растворы для исследования процессов электромагнитного перемешивания стали в промежуточном ковше МНЛЗ. Установлены значения удельного электросопротивления водных растворов электролитов при различном содержании в них солей, а также зависимость скорости потоков, возникающих под действием электромагнитного поля, от силы электрического тока на электродах и электромагните. Получены исходные данные для дальнейшего усовершенствования модели, исследования характера и динамики потоков, образующихся под действием электромагнитных сил.
Реферат	Цель. Исследовать характер и скорость потоков жидкости, образующихся в промежуточном ковше при воздействии на нее электромагнитного поля различной интенсивности. Методы исследования. Исследования производили в условиях лаборатории кафедры металлургии черных металлов. С целью определения влияния электромагнитных воздействий на расплав была разработана физическая модель промежуточного ковша (ПК), оснащенного электромагнитным перемешивателем, в масштабе 1:10 к реальному ПК Алчевского металлургического комбината емкостью 60 т и линейными размерами 7000×1200×800 мм. Для моделирования потоков расплава в ПК был использован электропроводный раствор хлорида натрия в дистиллированной воде. В качестве силовых установок, обеспечивающих работу ЭМП, использовался тиристорный возбудитель ТЕ8-320/75, позволяющий регулировать силу тока в обмотках электромагнита и создавать утяжеление в активной зоне, а также источник постоянного тока ТИР-630, предназначенный для подачи тока на электроды, находящиеся в активной зоне (АЗ) модели. С целью определения скорости потока, переходящего из АЗ ПК в миксерную зону (МЗ), на стенках модели были выполнены измерительные шкалы с ценой деления 1 мм. Для визуального наблюдения за характером потока и определения его скорости электролит подкрашивался водным раствором пищевого красителя, который подавался в АЗ ПК непосредственно к нижнему переливному каналу. Процесс обработки фиксировался видеокамерой с последующей обработкой отснятого материала в видеоредакторе VideoPad. Скорость возникающих потоков электропроводного раствора рассчитывалась по визуальному определению пройденного пути за единицу времени, фиксируемого секундомером. Для повышения точности и воспроизводимости результатов измерений все опыты проводились по три раза на свежих электролитах. Результаты. Анализ величины удельного электрического сопротивления, силы тока, протекающего в водных растворах различных солей, а также их поведения при электролизе показал, что наиболее приемлемым для физического моделирования процессов электромагнитного перемешивания стали в ПК является 10%-ный водный раствор хлорида натрия, а в качестве электродов АЗ целесообразно использовать комбинацию из графитового электрода на катоде и алюминиевого на аноде. В ходе физического моделирования процессов электромагнитного перемешивания стали в ПК установлена зависимость скорости потока электролита, выходящего из АЗ в МЗ, от величины силы тока и показано, что регулировать ее можно как изменением силы тока на обмотках электромагнита (IЭМ), так и на электродах (IЭЛ). Однако повышение IЭМ выше 50 А относительно слабо влияет на интенсивность перемешивания и для ее более существенного увеличения целесообразно повышать IЭЛ. Используемые для создания электромагнитных воздействий, источники обеспечивают интенсивное перемешивание лишь трети электролита, находящегося в МЗ физической модели, что требует ее дальнейшего усовершенствования. Научная новизна. Получили дальнейшее развитие представления об эффективном влиянии электромагнитных воздействий на расплав стали в ПК с целью организации управляемых направленных потоков, способствующих ее гомогенизации и рафинированию. Установлена связь между скоростью образующихся потоков и силой тока на обмотках электромагнита и электродах. Практическая значимость. Результаты исследований позволили визуализировать гидродинамические процессы, протекающие в жидком расплаве стали, и установить степень влияния электромагнитных воздействий на модельный раствор физической модели промежуточного ковша с электромагнитным перемешиванием, что позволит в дальнейшем усовершенствовать технологию эффективной обработки стали в ПК МНЛЗ.
Ключевые слова	промежуточный ковш, электролит, потоки, электрическое сопротивление, хладостойкость, электромагнит, электроды, модельный раствор, ток, время воздействия, ионы, электромагнитное воздействие.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Вдовин, К. Н. Рафинирование металла в промежуточном ковше МНЛЗ [Текст] / К. Н. Вдовин, М. В. Семенов, В. В. Точилкин. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. — 118 с. 2. Water Model Study on Convection Pattern of Molten Steel Flow in Continuous Casting Tundish [Text] / D. Y. Sheng, C.-S. Kim, J.-K. Yoon et al. // ISIJ International. — 1998. — Vol. 38. — Iss. 8. — P. 843–851. 3. Ефимова, В. Г. Эффективные технологии рафинирования в промежуточных ковшах МНЛЗ [Текст] / В. Г. Ефимова // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Металургія. — 2010. — № 12 (177). — С. 108–114. 4. Рафинирование стали в промковше слябовой МНЛЗ при продувке аргоном через кольцевую пористую фурму [Текст] / А. Н. Смирнов, В. Г. Ефимова, А. В. Кравченко, К. Е. Писмарев // Сталь. — 2013. — № 12. — С. 14–21. 5. Mazumdar, D. Physical and mathematical modelling of continuous casting tundish systems [Text] / D. Mazumdar, R. I. L. Guthrie. — 1999. — Iss. 6. — Р. 524–547. 6. Смирнов, А. Н. Электродуговая и электромагнитная обработка расплавов [Текст] / А. Н. Смирнов, С. В. Куберский, С. Б. Эссельбах. — Алчевск: ДонГТУ, 2013. — 320 с. 7. Федотов, О. В. Исследование параметров электромагнитного перемешивания на физической модели промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / О. В. Федотов, С. В. Куберский, С. Р. Завгородний // Актуальные проблемы металлургии чугуна и стали: сб. тезисов докл. науч.-прак. конф. / под общ. ред. С. В. Куберского. — Алчевск: ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2020. — С. 16–19. 8. Бойко, Е. Н. Электролиз водных растворов электролитов [Текст]: метод. указ. / Е. Н. Бойко, В. П. Кузьмичева, Е. А. Петухова. — Великий Новгород: НовГУ, 2006. — 14 с.
Полный текст