基于电流加热连铸恒温出坯温度场的分布与演变规律

doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2327

上海大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 28 ›› Issue (5): 857-871.doi: 10.12066/j.issn.1007-2861.2327

基于电流加热连铸恒温出坯温度场的分布与演变规律

郑天晴, 徐燕祎, 张云虎(), 翟启杰

上海大学先进凝固技术中心, 上海 200072

收稿日期:2021-06-01 出版日期:2022-10-30 发布日期:2022-11-12
通讯作者: 张云虎 E-mail:zhangyunhu.zyh@163.com
作者简介:张云虎(1987—), 男, 副研究员, 博士生导师, 博士, 研究方向为外场对金属的凝固作用及均质化技术. E-mail: zhangyunhu.zyh@163.com
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2017YFB0304205);国家自然科学基金重点资助项目(U1760204)

Distribution and evolution of the temperature field in a continuous casting billet heated by an electric current

ZHENG Tianqing, XU Yanyi, ZHANG Yunhu(), ZHAI Qijie

Center for Advanced Solidification Technology, Shanghai University, Shanghai 200072, China

Received:2021-06-01 Online:2022-10-30 Published:2022-11-12
Contact: ZHANG Yunhu E-mail:zhangyunhu.zyh@163.com

摘要/Abstract

摘要：

恒温出坯是实现连铸直轧的重要条件. 提出了基于电流加热恒温出坯方法, 并通过数值模拟验证了该方法的可行性. 结果表明: 高频电流产生的焦耳热对连铸坯起到了补热作用, 补热效果随电流频率的增加而增加, 随连铸坯移动速度的增加而减小; 电流产生的焦耳热能降低连铸坯径向和长度方向的温度梯度. 为了根据实际工况确定实现连铸恒温出坯所需的加热功率, 通过理论分析, 建立了连铸坯电流加热功率计算模型, 为数值模拟优化电流参数提供了理论依据.

关键词: 电流加热, 连铸, 数值模拟, 恒温出坯

Abstract:

Achieving homogenized temperature distribution in continuous casting billets is critical in the application of direct rolling. A method that reduced the temperature differences in a continuous casting billet using an electric current was proposed. Numerical simulations revealed that the Joule heat generated by an alternating current with high frequency could supply an external heating effect and improve the temperature distribution in the continuous casting billet. Results showed that this heating effect increased with an increase in the current frequency and decreased with an increase in the moving speed of the billet. In addition, it was shown that the Joule heat generated by the current could reduce the temperature gradient in both the radial and longitudinal directions of the continuous casting billet. A theoretical model was established to calculate the heating power required to generate homogenized temperature distribution in a continuous casting billet. This study provides a theoretical basis for optimizing current parameters in numerical simulations.

Key words: current heating, continuous casting, numerical simulation, constant temperature billet

中图分类号:

TG155.22

郑天晴, 徐燕祎, 张云虎, 翟启杰. 基于电流加热连铸恒温出坯温度场的分布与演变规律[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2022, 28(5): 857-871.

ZHENG Tianqing, XU Yanyi, ZHANG Yunhu, ZHAI Qijie. Distribution and evolution of the temperature field in a continuous casting billet heated by an electric current[J]. Journal of Shanghai University（Natural Science Edition）, 2022, 28(5): 857-871.

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参考文献 19

[1]	干勇. 现代连续铸钢实用手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2010.
[2]	谭海林, 冯光宏, 张宏亮. 中频感应加热在连铸直轧过程中的应用及发展[J]. 特钢技术, 2015, 21(2): 1-4.
[3]	刘浩, 陈立亮, 周建新. 基于ANSYS的连铸坯感应加热温度场数值模拟[J]. 特种铸造及有色合金, 2007(4): 259-261.
[4]	Cho K H. Coupled electro-magneto-thermal model for induction heating process of a moving billet[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2012, 60: 195-204. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2012.05.003
[5]	肖宏, 余超, 刘剑, 等. 板坯连铸直轧感应补热有限元分析与试验[J]. 钢铁, 2017, 52(2): 44-50.
[6]	王学兵, 张兴中, 仇圣桃, 等. 直轧过程中铸坯感应补热技术的研究[J]. 热加工工艺, 2019, 48(9): 105-107.
[7]	黄化伟. 电感应加热线圈优化设计及变频电源控制研究[D]. 沈阳: 东北大学, 2015.
[8]	姜周华, 姚聪林, 朱红春, 等. 电弧炉炼钢技术的发展趋势[J]. 钢铁, 2020, 55(7): 1-12.
[9]	姜周华. 电渣冶金学[M]. 北京: 科学出版社, 2015.
[10]	Qin R S. Electric-field-induced alignment of electrically neutral disk-like particles: modelling and calculation[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1): 8449. doi: 10.1038/s41598-017-09180-7 pmid: 28814765
[11]	Qin R S. Using electric current to surpass the microstructure breakup limit[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1): 41451. doi: 10.1038/srep41451
[12]	种雪颖. 脉冲电流及时效处理对不同初始态 TC4 钛合金组织及性能的影响[D]. 长春: 吉林大学, 2020.
[13]	张弘斌, 房蕊蕊, 邓娜娜, 等. 脉冲电流处理对冷轧态 GH3030 合金再结晶组织性能的影响[J]. 精密成形工程, 2021, 13(1): 95-104.
[14]	Qin S Y, Hao J Q, Yan L G, et al. Ultrafast solution treatment to improve the comprehensive mechanical properties of superalloy by pulsed electric current[J]. Scripta Materialia, 2021, 199: 113879. doi: 10.1016/j.scriptamat.2021.113879
[15]	Xiang S Q, Ma R, Zhang X F. Removing hydrogen in solid metal using electric current pulse[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 845: 156083. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156083
[16]	蔡圣善, 朱耘, 徐建军. 电动力学[M]. 第2版. 北京: 高等教育出版社, 2002.
[17]	陶文铨. 数值传热学[M]. 第2版. 西安: 西安交通大学出版社, 2001.
[18]	郭茂先, 顾根华. 连铸连轧温度补偿感应加热装置的研制[J]. 工业加热, 1995(1): 3-7.
[19]	刘金英. 电磁学与电动力学[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

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Distribution and evolution of the temperature field in a continuous casting billet heated by an electric current

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[1]	严佳, 柴军生, 任国哲, 吴忱韩, 唐小龙, 杨小权, 丁珏, 翁培奋. 航空发动机涡轮流动及噪声数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(6): 993-1009.
[2]	连景杰, 郭加宏, 雷作胜. 高频调幅交变电磁场金属液滴悬浮振荡的 3 维数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(5): 879-890.
[3]	施美华, 董李, 袁经超, 张树祥, 邵勤思, 颜蔚, 李江, 李爱军, 张久俊. 铅酸电池多物理场建模与数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(3): 444-453.
[4]	邓放, 韩桂来, 刘美宽, 丁珏, 翁培奋, 姜宗林. 不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 307-324.
[5]	高俊丽, 徐宏飞, 袁川, 曹威. 不同温度环境下加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的颗粒流数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2021, 27(2): 336-346.
[6]	赵慧玲, 王振江. 预应力工字型围护桩接头的抗剪性能[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(4): 640-650.
[7]	狄勤丰, 王楠, 陈锋, 王文昌, 牛新明, 张金成. 油井管螺纹接头力学特性的研究进展[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(2): 163-180.
[8]	陈博, 何幼桦. 缺失数据下滑动平均模型的估计方法[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(2): 181-188.
[9]	刘迪, 肖依, 江旭伟, 李红, 俞鸣明, 任慕苏, 孙晋良. SiC/UHMWPE 复合装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2020, 26(2): 234-243.
[10]	顾婕, 张孟喜. 基于强度折减理论的加筋土边坡稳定性分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2019, 25(6): 990-1002.
[11]	郝军利, 赵静, 仲红刚, 徐智帅, 李仁兴, 翟启杰. PMO作用下连铸二冷区电磁场-流场-温度场的数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2018, 24(3): 412-421.
[12]	朱宏达, 雷作胜, 郭加宏. 高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡特性的数值模拟分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2018, 24(2): 249-256.
[13]	张亚辉1, 张孟喜1, 陈强2, 王东2, 罗康军2. 典型松散体边坡滚石运动距离的运动学分析[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2017, 23(6): 949-.
[14]	李航, 陆烨, 孙康. 标准砂直剪试验的PFC 数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2017, 23(5): 780-788.
[15]	张曙梅1, 徐向荣1, 徐浩2, 周涛1, 李双1, 李妍1. 基于多元相场理论的细菌生物膜生长动力学建模及其数值模拟[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2017, 23(4): 563-574.