热镀锌工艺中锌液表面流速的在线电磁测量
发布时间：2021-06-23 11:57
通过Lorentz力测速方法对热镀锌工艺中锌锅内锌液流速进行了测量研究。该方法具有非接触式、在线、连续测量的特点和优势。设计了适合镀锌工艺特点的电磁流速测量仪,通过数值建模和模拟实验进行了校准,并进行了工厂测试,分析了锌液的流动行为和流场特点。测量结果表明,该方法可对锌液的表面流速进行实时、在线、定量的测量,为冶金工业生产中高温金属液流速监测提供了一种新手段。
【文章来源】：金属学报. 2020,56(07)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Lorentz力测速仪(LFV)测速原理图Fig.1ApplicationprincipleofLorentzforcevelocime‐
锌液流动模式为湍流。该体系对应的磁Reynolds数Rm=σlvzdzμ0≈0.41<1(其中σl为锌液电导率，3.25×106S/m；μ0为真空磁导率，4π×10-7N/A2)，由此涡流产生的感应磁场可忽略不计。设计的流速测量装置通过垂直角钢与铝架刚性固定在锌锅上方。实验过程中，通过调整支架来控制测量装置与锌锅内液面的高度(h)以及装置在锌锅表面的水平位置，并用热电偶监测仪器内部的温度来确保测量中永磁体和传感器处于工作温度范围(<93℃)。本工作在h=50mm进行了图3所示5处位置的测量，5处位置沿x方向水平布置，间距Δx=30mm，每个位置进行30s的在线测量。1.3数值模型及数值校准热镀锌工艺中，锌锅内锌液的流动具有湍流特征，其流动测量的校准十分复杂和困难。Minchenya等[16]、Hernández等[23]和Stelian[24]的研究表明，在高Reynolds数(Re>104，锌液的Re约为1.6×105)液体流动行为中，复杂数值模型的校准计算可以用简单的图2Lorentz力测速仪结构图Fig.2SchematicofLFVdevice(1—support,2—forcesensor,3—insulationcoating,4—magnetsys‐tem)图3锌液流速测量方案(俯视图)Fig.3Measurementschematicofmoltenzincflow(topview)(I,II,III,IVandVarethetestpositions;Δx—distancebetweenthetwoadjacentposi‐tions,Δy—distancebetweenthetestpositionandsideofthezincbath;Z+andZ-aretheoutwardandinwarddirectionsofgalvanizedsheet,re‐spectively)931
竟ぷ骼??COMSOL5.3a数值模拟软件，采用锌板(图4)作为校准模型，锌板电导率σs=1.69×107S/m，σl=3.25×106S/m，根据式(5)，可以采用不同电导率的金属导体在不同速度下对应的Lorentz力的不同，来确定锌板的移动速率，进而计算出实验中待测的锌液流速，如下式：Fsσsvs=Flσlvl(6)式中，Fs为数值模拟条件下锌板Lorentz力；vs为数值模拟条件下锌板移动速度，为便于换算，取vs=0.1m/s；vl为待测锌液流动速度。如图4所示，考虑永磁体在LFV装置中的布置特点，其与锌板沿z向的距离H=h+ζ，其中ζ为永磁体下表面至LFV外壳外表面的垂直距离。锌板长和宽均为a，厚度为δ。为分析永磁体中心相对于固体锌板中心沿x方向的偏离对校准结果的影响，本工作还进行了永磁体中心相对于锌板在不同位置(如P1、P2、P3、P4等)时的数值计算。2实验结果与分析讨论2.1数值校准结果及其有效性分析采用图4方案进行的多物理场(COMSOL5.3aAC/DC模块)数值模拟，一方面，在实际热镀锌工艺中，可以假设锌液相对于小尺寸的永磁体(截面尺寸50mm×50mm)是无限深，而数值模型中锌板厚度采用近似条件的假设，即认为超过选取的模型厚度尺寸后，对电磁感应产生的Lorentz力影响可以忽略不计；另一方面，测量装置置于锌锅的上方，由于现场空间、实验操作等因素限制，实际测量只能在测量装置可达的部分位置进行，这些位置往往不是在锌锅中心，而是靠近锌锅边缘的位置。因此，需要对锌板的尺寸、与永磁体的相对位置等参数进行分析，以评估它们对数值校准结果的具体影响。数?
【参考文献】：
期刊论文
[1]锌液体外循环净化对连续热镀锌锅流动与传热的影响[J]. 冒飞飞,董安平,韩兰英,祝国梁,疏达,王俊,孙宝德. 热加工工艺. 2017(08)
[2]带钢入锌锅温度对连续热镀锌层的影响[J]. 李婷婷,李腾飞,汤茜,李化龙. 金属热处理. 2014(09)
[3]水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响[J]. 邓小旋,熊霄,王新华,李林平,郝晨晖,魏鹏远,季晨曦. 北京科技大学学报. 2014(04)
[4]Development of a Non-Contact Electromagnetic Surface Velocity Sensor for Molten Metal Flow[J]. JIAN Dan-dan,KARCHER Christian,XU Xiu-jie,DENG An-yuan,WANG En-gang,THESS André. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2012(S1)
[5]连续热镀锌工艺中锌锅内锌液温度分析[J]. 刘芳,赵增武. 内蒙古科技大学学报. 2011(01)
[6]锌锅中低Pr流体混合对流的自维持振荡[J]. 杨茉,康宏博,米丽娟. 工程热物理学报. 2008(12)
[7]锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟[J]. 杨茉,米丽娟,单彦广,赵明,王建刚. 工程热物理学报. 2008(01)
[8]控制带钢连续热镀锌工艺中有效铝的研究及当前技术进展[J]. 高兴昌,范洪彬,关立凯. 本钢技术. 2006(04)
[9]带钢连续热镀锌工艺技术的现状[J]. 张理扬,李俊,左良. 轧钢. 2005(02)
硕士论文
[1]热镀锌锌锅中的流动与传热数值研究[D]. 朱路.华东理工大学 2015
本文编号：3244894
【文章来源】：金属学报. 2020,56(07)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Lorentz力测速仪(LFV)测速原理图Fig.1ApplicationprincipleofLorentzforcevelocime‐
锌液流动模式为湍流。该体系对应的磁Reynolds数Rm=σlvzdzμ0≈0.41<1(其中σl为锌液电导率，3.25×106S/m；μ0为真空磁导率，4π×10-7N/A2)，由此涡流产生的感应磁场可忽略不计。设计的流速测量装置通过垂直角钢与铝架刚性固定在锌锅上方。实验过程中，通过调整支架来控制测量装置与锌锅内液面的高度(h)以及装置在锌锅表面的水平位置，并用热电偶监测仪器内部的温度来确保测量中永磁体和传感器处于工作温度范围(<93℃)。本工作在h=50mm进行了图3所示5处位置的测量，5处位置沿x方向水平布置，间距Δx=30mm，每个位置进行30s的在线测量。1.3数值模型及数值校准热镀锌工艺中，锌锅内锌液的流动具有湍流特征，其流动测量的校准十分复杂和困难。Minchenya等[16]、Hernández等[23]和Stelian[24]的研究表明，在高Reynolds数(Re>104，锌液的Re约为1.6×105)液体流动行为中，复杂数值模型的校准计算可以用简单的图2Lorentz力测速仪结构图Fig.2SchematicofLFVdevice(1—support,2—forcesensor,3—insulationcoating,4—magnetsys‐tem)图3锌液流速测量方案(俯视图)Fig.3Measurementschematicofmoltenzincflow(topview)(I,II,III,IVandVarethetestpositions;Δx—distancebetweenthetwoadjacentposi‐tions,Δy—distancebetweenthetestpositionandsideofthezincbath;Z+andZ-aretheoutwardandinwarddirectionsofgalvanizedsheet,re‐spectively)931
竟ぷ骼??COMSOL5.3a数值模拟软件，采用锌板(图4)作为校准模型，锌板电导率σs=1.69×107S/m，σl=3.25×106S/m，根据式(5)，可以采用不同电导率的金属导体在不同速度下对应的Lorentz力的不同，来确定锌板的移动速率，进而计算出实验中待测的锌液流速，如下式：Fsσsvs=Flσlvl(6)式中，Fs为数值模拟条件下锌板Lorentz力；vs为数值模拟条件下锌板移动速度，为便于换算，取vs=0.1m/s；vl为待测锌液流动速度。如图4所示，考虑永磁体在LFV装置中的布置特点，其与锌板沿z向的距离H=h+ζ，其中ζ为永磁体下表面至LFV外壳外表面的垂直距离。锌板长和宽均为a，厚度为δ。为分析永磁体中心相对于固体锌板中心沿x方向的偏离对校准结果的影响，本工作还进行了永磁体中心相对于锌板在不同位置(如P1、P2、P3、P4等)时的数值计算。2实验结果与分析讨论2.1数值校准结果及其有效性分析采用图4方案进行的多物理场(COMSOL5.3aAC/DC模块)数值模拟，一方面，在实际热镀锌工艺中，可以假设锌液相对于小尺寸的永磁体(截面尺寸50mm×50mm)是无限深，而数值模型中锌板厚度采用近似条件的假设，即认为超过选取的模型厚度尺寸后，对电磁感应产生的Lorentz力影响可以忽略不计；另一方面，测量装置置于锌锅的上方，由于现场空间、实验操作等因素限制，实际测量只能在测量装置可达的部分位置进行，这些位置往往不是在锌锅中心，而是靠近锌锅边缘的位置。因此，需要对锌板的尺寸、与永磁体的相对位置等参数进行分析，以评估它们对数值校准结果的具体影响。数?
【参考文献】：
期刊论文
[1]锌液体外循环净化对连续热镀锌锅流动与传热的影响[J]. 冒飞飞,董安平,韩兰英,祝国梁,疏达,王俊,孙宝德. 热加工工艺. 2017(08)
[2]带钢入锌锅温度对连续热镀锌层的影响[J]. 李婷婷,李腾飞,汤茜,李化龙. 金属热处理. 2014(09)
[3]水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响[J]. 邓小旋,熊霄,王新华,李林平,郝晨晖,魏鹏远,季晨曦. 北京科技大学学报. 2014(04)
[4]Development of a Non-Contact Electromagnetic Surface Velocity Sensor for Molten Metal Flow[J]. JIAN Dan-dan,KARCHER Christian,XU Xiu-jie,DENG An-yuan,WANG En-gang,THESS André. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2012(S1)
[5]连续热镀锌工艺中锌锅内锌液温度分析[J]. 刘芳,赵增武. 内蒙古科技大学学报. 2011(01)
[6]锌锅中低Pr流体混合对流的自维持振荡[J]. 杨茉,康宏博,米丽娟. 工程热物理学报. 2008(12)
[7]锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟[J]. 杨茉,米丽娟,单彦广,赵明,王建刚. 工程热物理学报. 2008(01)
[8]控制带钢连续热镀锌工艺中有效铝的研究及当前技术进展[J]. 高兴昌,范洪彬,关立凯. 本钢技术. 2006(04)
[9]带钢连续热镀锌工艺技术的现状[J]. 张理扬,李俊,左良. 轧钢. 2005(02)
硕士论文
[1]热镀锌锌锅中的流动与传热数值研究[D]. 朱路.华东理工大学 2015
本文编号：3244894
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3244894.html
教材专著
