Eine numerische und experimentelle Studie zur Erstarrungsstruktur von Fe-Cr-Ni-Stahlbrammenguss durch elektromagnetisches Rollenrühren

Nickelsparende Edelstahllegierungen wie Fe – 17 Gew.-% Cr – 0,6 Gew.-% Ni haben bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen eine Ferritstruktur, die dazu führt, dass sie während der Erstarrung leicht säulenförmige Kristalle entwickeln, wobei der Anteil gleichachsiger Kristalle im Stahl sehr gering ist Gussteile. Die säulenförmige Kristallstruktur weist im nachfolgenden plastischen Bearbeitungsprozess eine offensichtliche Anisotropie auf, die aufgrund der schlechten Tiefziehbarkeit wahrscheinlich zu faltenartigen Defekten in Plattenprodukten führt. Die Kontrolle der Gussstruktur und die Erzielung eines hohen Anteils gleichachsiger Kristalle während des Stranggussverfahrens (CC) ist wichtig, um die anschließende Warmumformleistung und -qualität des Produkts zu verbessern. Dies war schon immer ein zentrales Thema für die Stahlindustrie [1,2]. Kunstreich et al. [3] befasste sich mit der Oberflächen-/Untergrundqualität (Späne, Rohre, Nadellöcher, Lunker, Einschlussgehalt) und der Abweichungsrate (Codes für Abweichungen beim Brammenguss) von Produkten, die auf Dickbrammenmaschinen mit hohem oder niedrigem Durchsatz gegossen wurden. Sie fanden heraus, dass langsame oder breite Brammenmaschinen, die einen stabilen Doppelwalzenfluss in der Form erzeugen oder aufrechterhalten, der Schlüssel zur Beseitigung von Brammenfehlern sind, obwohl die Intensität des Doppelwalzenflussmusters nicht übermäßig sein darf. Elektromagnetisches Rühren (EMS) treibt den Fluss geschmolzenen Stahls an, um das Wärme- und Stoffübertragungsverhalten durch eine induktive, berührungslose elektromagnetische Kraft (EMF) zu steuern. Die Anordnung und Verwendung von EMS zur Steuerung des metallurgischen Verhaltens in der sekundären Kühlzone (SCZ) zur Verbesserung der Qualität von Strängen hat in der Forschung weniger Beachtung gefunden.

Es hat sich gezeigt, dass das Übertragungsverhalten von geschmolzenem Stahl in der SCZ während des Brammengießens direkten Einfluss auf die innere Qualität des Strangs hat und gleichzeitig die Qualität der gewalzten Materialien durch Anpassung des Flusses von geschmolzenem Stahl und der Temperatur steuern kann [4]. Die SCZ der Bramme ist hauptsächlich mit EMS vom Einschubtyp (Nippon Steel, Tokio, Japan), EMS vom Kastentyp (ABB, Zürich, Schweiz) und elektromagnetischem Rollenrührwerk (R-EMS) (Danieli Rotelec, Paris, Italien) ausgestattet ) [5]. Verglichen mit Einsteck- und Kasten-EMS, Rolle elektromagnetisches Rühren (R-EMS) hat die Spule innerhalb der Rolle und ersetzt die Stützrolle für den Strang und hat eine höhere EMF, um den internen Fluss des geschmolzenen Stahls anzutreiben. Lei et al. [6,7] untersuchten die Magnetfeld- und Strömungsfeldverteilung von drei R-EMS-Modi (Doppelscheibe, Doppelring und Dreifachring). EMS im Doppelringmodus war am effizientesten und erzeugte bei gleicher Leistung einen größeren Zirkulationsbereich im Strang als die anderen Modi. Mit zunehmender Frequenz nahm die magnetische Flussdichte in der Mitte der Bramme ab und die EMF und Geschwindigkeit des geschmolzenen Stahls nahmen zu, was darauf hindeutet, dass die EMF ein direkter Indikator für die Wirkung von R-EMS ist. Shen et al. [8] erstellten ein gekoppeltes Modell für das Fließ- und Erstarrungsverhalten der Bramme in SCZ auf der Grundlage der Maxwell-Gleichungen und des k-Epsilon-Modells und beobachteten, dass die Strömungsrichtung des geschmolzenen Stahls mit der EMF-Richtung übereinstimmte und dass das Rühren erfolgte Der Effekt wurde mit zunehmender Dicke der erstarrten Schale deutlich abgeschwächt. Wang et al. [9] schlugen vor, dass die durch das Wanderwellenmagnetfeld erzeugte EMF in der Nähe der breiten Oberfläche des Strangs konzentriert sei und dass die EMF eine horizontale Rührströmung erzeugt. Jiang et al. [10] erstellten ein dreidimensionales makroskopisches Transportmodell für die Platte und beobachteten, dass der Endpunkt der Erstarrung bei einem Viertel der Breitenrichtung der Platte lag. Im Vergleich zu einem zur Seite geschobenen Linearrührer begünstigt ein Rotationsrührer im SCZ eine gleichmäßige Verteilung der gelösten Stoffe am Erstarrungsende. Wang et al. [11] analysierten die Faktoren, die zum niedrigen gleichachsigen Kristallverhältnis von 430-Ferrit-Edelstahl beitragen. Bei unzureichendem EMS wird das Verhältnis der gleichachsigen Kristalle durch Anpassung der SCZ und der Gießgeschwindigkeit erheblich verbessert, wodurch die Kreuzrissbildung im Strang verringert wird. Zhou et al. [12] analysierten den Mechanismus der Wirkung von EMS auf die Erstarrungsstruktur von martensitischem Edelstahl beim Brammengießen und stellten fest, dass der zentrale gleichachsige Kristallanteil des Strangs durchschnittlich 50 % und bei Verwendung des geeigneten Magneten bis zu 57 % erreichte Flussdichte. Untersuchungen von Nippon Steel [13] haben gezeigt, dass R-EMS den effektiven Fluss der inneren Stahlschmelze steuern kann, um die säulenförmige Kristallstruktur von Elektrostahl und Edelstahl zu reduzieren und gleichzeitig das gleichachsige Kristallverhältnis zu erhöhen, um die zentrale Schrumpfung, Porosität und Entmischung zu verbessern der Bramme, was zur Verbesserung der Gießgeschwindigkeit und Qualität des Brammenproduktionsprozesses beiträgt.

Diese Studien deuten darauf hin, dass R-EMS die normale Andruckrolle in der CC-Maschine durch andere Rollenpaare ersetzen kann. Unterschiedliche Anordnungen der Walzen in den Segmenten führen zu unterschiedlichen Magnetfeldverteilungen, EMF-Bereichen und Strömungsmustern des geschmolzenen Stahls. Angesichts der Bedeutung des metallurgischen Verhaltens im SCZ eines Brammengusses im Hinblick auf die Kontrolle der inneren Qualität des Strangs wurde ein gekoppeltes Modell des dreidimensionalen (3-D) elektromagnetischen, Strömungs-, Wärmeübertragungs- und Erstarrungsverhaltens im SCZ berücksichtigt wurden in dieser Studie entwickelt. Wir verwendeten Fe-17 Gew.-% Cr-0,6 Gew.-% Ni-Stahl, um die Auswirkungen unterschiedlicher Anzahlen von Rollenpaaren für R-EMS auf die Magnetfeldverteilung und das Erstarrungsverhalten zu untersuchen. Unser Ziel war es, numerische Modelle zu verwenden, um theoretische Leitlinien für die Verbesserung der Erstarrungsstruktur und der inneren Qualität von Gussteilen aus Ferrit-Edelstahl bereitzustellen.

2. Methoden

2.1. Numerisch Modell Beschreibung

Die Struktur von EMS-Ausrüstung besteht im Wesentlichen aus einem Walzenmantel (Kupfer), einem magnetischen Abschirmring, einer Spule, einem Kern, geschmolzenem Stahl und einer Luftdomäne (Abbildung 1; Luftdomäne nicht dargestellt). Der magnetische Abschirmring besteht aus einem Ringabschnitt, dessen Rest mit Luft gefüllt ist. Die in den Simulationsrechnungen verwendeten thermophysikalischen Parameter und CC-Prozessparameter sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der Koordinatenursprung im Modell liegt in der Mitte des Formmeniskus, wo die Gießrichtung entlang der positiven Z-Achse verläuft, während die X-Achse und Y-Achsen verlaufen parallel zur schmalen bzw. breiten Seite des Strangs. Das rechnerische Domänenmodell wurde mit R-EMS im SCZ für die Herstellung von Fe-17 Gew.-% Cr-0,6 Gew.-% Ni-Stahl mit einem Querschnitt von 1280 mm × 200 mm entwickelt. Die R-EMS-Struktur ist linear, wobei sich fünf Spulen um die Walze mit einem Durchmesser von 240 mm und einer Länge von 1550 mm winden. Die drei Walzenpaare waren 4,159, 3,911 und 3,660 m vom Meniskus entfernt und es wurde der kontinuierliche lineare Rührmodus verwendet.

Aufgrund der magnetischen Reynolds-Zahl Rm < 1 beim elektromagnetischen Rühren im CC-Prozess war der Einfluss des Stahlflusses auf das äußere Magnetfeld vernachlässigbar. Der Einfluss der festen und flüssigen Phasen von Stahl mit wenig unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit wurde in der Hochtemperaturzone auf die elektromagnetische Kraft vernachlässigt. Die Entwicklung gekoppelter Gleichungen für das elektromagnetische Feld, das Strömungsfeld, die Wärmeübertragung und das Erstarrungsverhalten ist relativ ausgereift, wie von Li et al. ausführlich beschrieben. [14] und Wang et al. [15]. Die Prinzipien des Linearrührers sind in Abbildung 2 dargestellt [16]. Bei der elektromagnetischen Walze handelt es sich um einen Wandermagnetrührer, was bedeutet, dass der Eisenkern und der Magnetkreis voneinander getrennt sind und dass der elektromagnetische Schub zu einer Seite die lineare Bewegung des geschmolzenen Stahls steuert.

2.2. Grenze Bedingungen Und Numerisch Lösung Verfahren

Für das elektromagnetische Feld wurde im elektromagnetischen Modell ein Tetraedernetz mit einer Maschenzahl von 518.230 verwendet. Für die Rollenpaare verfügte jedes R-EMS über fünf Spulen, die mit zweiphasigem Wechselstrom beaufschlagt wurden, und die Phasendifferenz jeder Phase betrug 90°. Die magnetische Linie verlief parallel zur Oberfläche der Lufteinheit, die den Rührer umgab. Die Isolationsrandbedingungen wurden zwischen Spule, Kupferrohr und Eisenkern festgelegt.

Zur Berechnung von Strömung und Erstarrung wurde ein segmentiertes Modell ohne elektromagnetische Kraft in der Form und einem Fuß-Roll-Bereich zur Berechnung der Erstarrungs- und Strömungsinformationen erstellt; Für die Fluidberechnung wurde ein Hexaedernetz verwendet. In Bereichen mit intensiver Transmissionsdichte, wie der Düsengrenzschicht und dem Erstarrungsbereich, wurden Gitter verfeinert, was zu einer Gesamtzahl von etwa 3 Millionen Gittern führte. Die Restwerte für die Energie waren kleiner als 10−6 und andere waren kleiner als 10−4. Zur Beurteilung der Konvergenz während der Berechnung wurde ANSYS Fluent 16.0 (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, USA) verwendet. Das Modul „Profile“ in ANSYS Fluent wurde verwendet, um das erste Segment der Ausgangsdaten der Rechendomäne als Eintrittsbedingung für das zweite Segment zu extrahieren. Um den effektiven Bereich der EMF-Wirkung und die volle Entwicklung der Turbulenzströmung sicherzustellen, wurden in dieser Studie 3–4,8 m SCZ für den Berechnungsbereich ausgewählt. Die ANSOFT Maxwell-Simulation (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, USA) wurde verwendet, um die elektromagnetischen Felddaten des Rechenbereichs zu erhalten, und Fluent-Software wurde verwendet, um die Strömungs-, Wärmeübertragungs- und Erstarrungsinformationen im stationären Zustand zu berechnen im SCZ. Die Knotenkoordinateninformationen in Fluent wurden in Maxwell geladen und die zeitlich gemittelte EMF wurde mithilfe des Koordinateninterpolationsalgorithmus extrahiert. Schließlich wurde die EMK mithilfe der benutzerdefinierten Funktion (UDF) in die Impulsgleichung geladen. Die Randbedingungen des Modells waren wie folgt:

1. Eintritt in die Rechendomäne: Die Geschwindigkeit und Temperatur des ersten Austritts aus der Rechendomäne sowie die Informationen zum Anteil der flüssigen Phase wurden als Eintrittsrandbedingungen geladen.

2. Berechnung des Domänenausgangs: Nullgradienten für alle physikalischen Größen in Richtung der Exportnormalen unter Verwendung ausgereifter Randbedingungen.

3. Wand: Die Abkühlungsbedingungen wurden mit dem konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten [10] beschrieben.

2.3. Experimental Verfahren

Die magnetische Flussdichte wurde mit einem LakeShore Digital Signal Processing Mode Tesla Meter 475 (Zhongke Electric, Hunan, China) gemessen. Die EMF wurde mit einem selbst hergestellten Schubmessgerät getestet, wie in Abbildung 3 dargestellt. Das Prinzip des Prüfgeräts basierte auf der Messmethode der Kupferplatte, die den Strang simulierte. Mehrere dünne Kupferplatten mit 2 mm Dicke wurden gleichmäßig verteilt und symmetrisch und parallel zur Strangdicke zwischen den Arbeitsflächen des EMS aufgehängt. Der auf jede Kupferplatte ausgeübte elektromagnetische Schub wurde separat mit einem Spannungswandler gemessen, wobei jede Kupferplatte den Schub darstellte, den ein Strang mit einer bestimmten Dicke an der entsprechenden Position aufnahm.

Die wichtigsten chemischen Komponenten des Fe-Stahls mit 17 Gew.-% Cr und 0,6 Gew.-% Ni sind in Tabelle 2 aufgeführt. Der Probenahmeort des Brammenquerschnitts, der unter den entsprechenden Arbeitsbedingungen hergestellt wurde, ist in Abbildung 4 dargestellt. Der Querschnitt von Die Probe wurde unter jeder Arbeitsbedingung mit einer Drehmaschine abgeflacht und mit einer Fräsmaschine poliert, sodass keine Bearbeitungsspuren auftraten, die die Beobachtung der Prüfoberfläche beeinträchtigten. Als Erosionsmittel wurde eine wässrige Lösung industrieller Salzsäure im Volumenverhältnis 1:1 verwendet. Die oberflächenveredelten Proben wurden in das Säureätzmittel getaucht und 20 Minuten lang bei einer Wasserbadtemperatur von 70 °C erodiert. Unmittelbar nach der Erosion wurde die Oberfläche mit Wasser gespült und mit einem Hochdruckluftstrom trockengeblasen, es wurden Bilder aufgenommen und das Verhältnis der gleichachsigen Kristalle wurde mit Image-Pro Plus (Media cybernetics, Inc., Rockville, MD, United) aufgezeichnet Staaten).

3. Ergebnisse Und Diskussion

3.1. Analyse von Elektromagnetisch Feld

Abbildung 5a zeigt einen Vergleich der berechneten und gemessenen Werte der magnetischen Flussdichte und Abbildung 5b zeigt die EMF auf der Mittellinie der breiten Oberfläche mit einem Rollenpaar. Die gemessenen und berechneten Werte der magnetischen Flussdichte auf der Mittellinie der Walze und der EMK der Kupferplatte stimmen ungefähr überein, was die Zuverlässigkeit des Modells auf einem akzeptablen Niveau bestätigt. Abbildung 5b zeigt, dass die EMF mit zunehmender Frequenz schnell zunahm und dann langsam abnahm. Die größte EMF eines Rollenrührerpaars wurde bei einer Frequenz von 9 Hz erhalten.

Abbildung 6a–c zeigt die Verteilung der magnetischen Flussdichte auf der Oberfläche der Platte für eine Stromstärke von 400 A und eine Frequenz von 7 Hz bei einem Paar.

zwei Paare bzw. drei Paare, bei denen die wirksame Fläche der magnetischen Flussdichte mit zunehmender Anzahl der Rollen zunahm. Das Wanderwellenmagnetfeld hatte eine bestimmte Richtung, die einen Endeffekt erzeugte, der zu einer größeren magnetischen Flussdichte auf der Schubseite (rechte Seite des Strangs in Abbildung 6) als auf der Startseite (linke Seite des Strangs in Abbildung 6) führte ).

Abbildung 7a zeigt die Verteilung der EMF entlang der Mittellinie in Gießrichtung unter einer unterschiedlichen Anzahl von Walzenpaaren für einen Strom von 400 A und eine Frequenz von 7 Hz, und Abbildung 7b zeigt die Verteilung der EMF entlang der Mittellinie von die Rollen in Breitrichtung. Für ein, zwei und drei Rollenpaare betrug die maximale EMF auf der Mittellinie der Bramme entlang der Gießrichtung 12.090, 18.573 bzw. 21.229 N/m3 und die durchschnittliche EMF betrug 2023, 5066 und 7962 N/m3 bzw. Die maximale EMF auf der Mittellinie der breiten Oberfläche betrug für jedes Walzenpaar 12.354, 18.084 bzw. 22.874 N/m3, und die durchschnittliche EMF betrug 10.247, 15.730 bzw. 21.336 N/m3. Die maximale Kraft lag auf der Druckseite der Bramme und die EMK der Stahlschmelze nahm mit zunehmender Anzahl der Rollenpaare zu.

Abbildung 8a zeigt die Verteilung der EMK in Gießrichtung unter zwei Walzenpaaren bei unterschiedlichen Frequenzen und Abbildung 8b zeigt die Verteilung der EMK in Gießrichtung unter den beiden Walzenpaaren bei unterschiedlichen Stromstärken. Die Verteilung der EMF lässt darauf schließen, dass sie an beiden Enden klein, in der Mitte groß und gleichmäßig zwischen den Walzen verteilt war. Die maximale EMF in der Mitte des Strangs stieg von 4750 auf 19.000 N/m3, wenn die Stromstärke von 200 auf 400 A anstieg. Darüber hinaus verringerte sich die maximale EMF in der Mitte des Strangs von 20.838 auf 17.995 N/m3, wenn die Stromstärke anstieg Frequenz von 4 auf 8 Hz erhöht. Der Strang zeigte eine gewisse magnetische Leitfähigkeit, als die magnetischen Induktionslinien von der Luft in den Strang abwichen, sich an einer Stelle sammelten und eine magnetische Abschirmung bildeten. Der Unterschied im magnetischen Fluss zwischen dem Inneren und den Kanten des Strangs führte zu einer ungleichmäßigen Verteilung des induzierten Stroms, der sich größtenteils auf die Oberfläche der Platte konzentrierte, ein Phänomen, das als „Skin-Effekt“ bekannt ist. Dieser Effekt führt zu einer Verringerung der Durchdringung des Magnetfeldes bei höheren Frequenzen [17]. Es zeigt sich, dass die erstarrte Hülle mit einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit eine gewisse Abschirmwirkung auf das Magnetfeld hat und daher die zentrale magnetische Induktionsintensität mit zunehmender Stromfrequenz leicht abnimmt.

3.2. Analyse von Fließen Und Erstarrung Verhalten

Abbildung 9a zeigt die Geschwindigkeitsverteilung entlang der Mittellinie in Gießrichtung auf der charakteristischen Linie von geschmolzenem Stahl mit einer unterschiedlichen Anzahl von Rollenpaaren und Abbildung 9b zeigt die Geschwindigkeitsverteilung entlang der Mittellinie der Rollen in breiter Richtung. Eine Erhöhung der Anzahl der Rollen führte zu einer Vergrößerung des lokalen Volumens der EMF auf dem Strang, und die EMF war die treibende Kraft des Flusses geschmolzenen Stahls, um die Erstarrungsfront im SCZ zu waschen. Der effektive Waschgeschwindigkeitsbereich – definiert als der Bereich, in dem die Strömungsgeschwindigkeit größer als die Gießgeschwindigkeit ist – der Erstarrungsfront entlang der Gießrichtung betrug zum einen 4,0–4,35 m, 3,8–4,35 m und 3,6–4,35 m , zwei bzw. drei Walzenpaare und die maximale Waschgeschwindigkeit betrug 0,7, 0,8 bzw. 0,76 m/s. Zhang et al. [18] fanden heraus, dass der Hochgeschwindigkeitsstrahlfluss aus den Seitenlöchern zu einer größeren Turbulenzzone in der Formzone und einem Teil der SCZ führen kann. Obwohl die EMF von zwei Walzenpaaren geringer ist als die von drei Paaren, liegt der Waschbereich der beiden Paare weiter unten, was zu einer geringeren Intensität der turbulenten kinetischen Energie im versetzten Formbereich führt. Somit hat der Strang bei zwei Walzenpaaren eine größere maximale Waschgeschwindigkeit als bei drei Walzenpaaren. Abbildung 8b zeigt, dass die maximale Strömungsgeschwindigkeit bei unterschiedlicher Anzahl von Rollenpaaren auf einer Seite des Strangs verteilt war. Die Strömungsgeschwindigkeit auf der Schubseite des EMF war größer als auf der Startseite, was in etwa mit den Bewegungseigenschaften des Wanderwellenmagnetfelds übereinstimmt.

Abbildung 10a–d zeigt die Temperaturverteilung und die Stromlinie des geschmolzenen Stahls auf der Mittelfläche der schmalen Fläche in der Bramme mit 0–3 Rollenpaaren. Die EMF bewirkte, dass sich der geschmolzene Stahl von einer Seite der schmalen Oberfläche zur anderen bewegte, und die Kontinuität der Strömung zur schmalen Erstarrungsfront führte zur Bildung einer oberen und unteren Zirkulation des geschmolzenen Stahls, was zu einem gleichmäßigen Kern führte Temperatur und Durchmischung der Bramme. Mit zunehmender Anzahl von Walzenpaaren vergrößerte sich der Bereich des geschmolzenen Stahlflusses am Querschnitt und der erzwungene Wärmeaustausch zwischen der zentralen Hochtemperatur-Stahlschmelze und der erstarrten Hülle führte zu einer größeren Niedertemperaturzone in der Mitte des Stranges. Der Erstarrungstheorie zufolge begünstigt eine niedrigere Temperatur der zentralen Stahlschmelze die Bildung von Keimbildungspartikeln. Xu et al. wiesen darauf hin [19], dass das Waschen von geschmolzenem Stahl gegen die Erstarrungsfront zum „Schmelzen“ des Dendritenarms führen kann, um Keimbildungspartikel für die Bildung gleichachsiger Kristalle bereitzustellen, was letztendlich den zentralen gleichachsigen Kristallanteil des Strangs erhöht.

Abbildung 11a zeigt die Variation der erstarrten Schale an der Startseite entlang der Gießrichtung in der Mitte der Schmalseite für den Strang mit unterschiedlicher Anzahl von Rollenpaaren, und Abbildung 11b zeigt die Änderung der Schalendicke an der Druckseite entlang Gießrichtung in der Mitte der Schmalseite für den Strang mit unterschiedlicher Anzahl von Rollenpaaren. Als Erstarrungsfront gilt der Ort, an dem der Flüssigphasenanteil 0,3 beträgt. Für null, eins, zwei und drei Walzenpaare betrug die Dicke der erstarrten Schale am Ausgang des Berechnungsbereichs 42,37, 40,96, 40,14 bzw. 38,43 mm auf der Startseite des EMF und 42,37, 42,27 , 37,62 bzw. 37,60 mm auf der Schubseite des EMF. Der Hochgeschwindigkeitsstrom geschmolzenen Stahls strömt zur Erstarrungsfront und unterbricht einige der säulenförmigen Kristalle, was zu einem langsamen Wachstum der erstarrten Schale im Rührbereich führt. Die Erstarrungsgeschwindigkeit auf der elektromagnetischen Schubseite war deutlich geringer als auf der Startseite, was in etwa mit den Eigenschaften des Wanderwellenmagnetfelds übereinstimmt.

3.3. Experimente von Erstarrung Struktur Erhalten von R‐EMS

In den Experimenten zur Erstarrungsstrukturkontrolle durch R-EMS wurden zwei Walzenpaare für den Stahlbrammenguss aus Fe, 17 Gew.-% Cr und 0,6 Gew.-% Ni ausgewählt. Die halbfeste Zone in der Mitte der Bramme war bei Verwendung von zwei Rollenpaaren größer als bei Verwendung von nur einem Rollenpaar. Obwohl die EMF kleiner war als bei Verwendung von drei Paaren, war die Waschgeschwindigkeit der Erstarrungsfront bei zwei Paaren größer als bei drei Paaren, was sich positiv auf die Bildung gleichachsiger Kristalle im Strang auswirkte. Darüber hinaus sind die Instrumentierungskosten und der Stromverbrauch geringer, wenn zwei Rollenpaare verwendet werden. Die Erstarrungsstrukturen der Platte, die beim Aus- und Einschalten des R-EMS erzeugt wurde, wurden während des Experiments verglichen, wie in Abbildung 12 dargestellt. Wenn das R-EMS ausgeschaltet war, war die Makrostruktur der Platte im säulenförmigen Kristall stärker entwickelt , was mit den Eigenschaften von Fe-17 Gew.-% Cr-0,6 Gew.-% Ni-Stahl zusammenhängt. Ein Cr-Gehalt im Stahl von mehr als 16 % führte zu einem Erstarrungsprozess ohne α→γ Phasenübergangsprozess, wobei die Ferritstruktur erhalten bleibt. Pang et al. [20] fanden heraus, dass es keinen Phasenübergang gab, der die Entwicklung säulenförmiger Kristalle während des Kornwachstumsprozesses behinderte; Daher war die Korngröße grob und die chemischen Elemente neigten zur Entmischung, was die Produktqualität ernsthaft beeinträchtigen kann. Wenn das R-EMS mit elektromagnetischen Parametern von 400 A und 7 Hz eingeschaltet wurde, verursachte die durch das Wanderwellenmagnetfeld erzeugte EMF eine heftige Strömung des geschmolzenen Stahls und wusch die säulenförmige Kristallfront, um den Temperaturgradienten bei der Erstarrung zu verringern vorne und hemmt das Wachstum säulenförmiger Kristalle. Gleichzeitig kann der Hochgeschwindigkeitsfluss der Stahlschmelze den säulenförmigen Dendritenarm aufbrechen und im zentralen Tieftemperaturbereich freie Keime bilden. Schließlich wurde das zentrale gleichachsige Kristallverhältnis des Strangs auf erhöht

69 %.

4. Schlussfolgerungen

Hier wurde ein segmentiertes 3D-Kopplungsmodell für elektromagnetisches Verhalten, Strömungs- und Wärmeübertragungsverhalten für den Brammenguss von Edelstahl erstellt. Die Auswirkungen von R-EMS auf die Magnetfeldverteilung und das Erstarrungsverhalten wurden aufgedeckt und die optimalen technischen Parameter zur Steuerung der Makrostruktur von Stahl Fe – 17 Gew.-% Cr – 0,6 Gew.-% Ni im gegossenen Zustand wurden vorgestellt. Die wichtigsten Schlussfolgerungen lauten wie folgt:

1. Die Eigenschaften des Wandermagnetfelds des R-EMS im SCZ erzeugen eine maximale EMF, die sich auf der Startseite des Plattenstrangs befindet. Mit jedem weiteren elektromagnetischen Walzenpaar erhöht sich die durchschnittliche EMK in Gießrichtung um 2969 N/m3 und die durchschnittliche EMK im Mittelteil der Walzen um 5600 N/m3.

2. Mit zunehmender Anzahl von Rührwalzenpaaren vergrößert sich durch die EMK die effektive Rührfläche der Stahlschmelze im Strang und die Geschwindigkeit der Stahlschmelze an der Erstarrungsfront nimmt zunächst zu und dann ab. Der Strömungswascheffekt durch die starke elektromagnetische Kraft verringert die Erstarrungsrate der lokalen Hülle und beschleunigt die überhitzte Ableitung des geschmolzenen Stahlzentrums, was sich positiv auf die Bildung gleichachsiger Kristalle auswirkt.

3. Durch den Einsatz von zwei elektromagnetischen Walzenpaaren bei 400 A und 7 Hz kann im Brammenstrang von 200 mm × 1280 mm ein gleichachsiges Kristallverhältnis von 69 % erzeugt werden, was zur Verbesserung des Warmumformverhaltens beiträgt.

Autor Beiträge: Konzeptualisierung, HX und BY; Methodik, HX und PW; Untersuchung, BY und XC; Ressourcen, AL und WL; Schreiben – ursprüngliche Entwurfsvorbereitung, HX und PW; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, HX, PW und JZ; Visualisierung, XC und PW; Supervision, AL, HT und JZ; Projektverwaltung, HT und JZ; HX und PW sind Co-Erstautoren. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Finanzierung: Diese Forschung wurde von der Beijing Municipal Natural Science Foundation (BJNSF) (Grant-Nr. 2182038) und der National Natural Science Foundation of China (NSFC) (Grant-Nr. 51874033 und Nr. U1860111), dem National Key R&D Program of China (Grand No .016YEB0601302).

Danksagungen: Die Autoren danken für den Industrietest in Hunan Valin Lianyuan Iron & Steel Croup Co., Ltd.

Konflikte von Interesse: Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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