通過Lorentz力測速方法對熱鍍鋅工藝中鋅鍋內(nèi)鋅液流速進行了測量研究。該方法具有非接觸式、在線、連續(xù)測量的特點和優(yōu)勢。設計了適合鍍鋅工藝特點的電磁流速測量儀,通過數(shù)值建模和模擬實驗進行了校準,并進行了工廠測試,分析了鋅液的流動行為和流場特點。測量結(jié)果表明,該方法可對鋅液的表面流速進行實時、在線、定量的測量,為冶金工業(yè)生產(chǎn)中高溫金屬液流速監(jiān)測提供了一種新手段。 

【文章來源】：金屬學報. 2020,56(07)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Lorentz力測速儀(LFV)測速原理圖Fig.1ApplicationprincipleofLorentzforcevelocime‐

鋅液流動模式為湍流。該體系對應的磁Reynolds數(shù)Rm=σlvzdzμ0≈0.41<1(其中σl為鋅液電導率，3.25×106S/m；μ0為真空磁導率，4π×10-7N/A2)，由此渦流產(chǎn)生的感應磁場可忽略不計。設計的流速測量裝置通過垂直角鋼與鋁架剛性固定在鋅鍋上方。實驗過程中，通過調(diào)整支架來控制測量裝置與鋅鍋內(nèi)液面的高度(h)以及裝置在鋅鍋表面的水平位置，并用熱電偶監(jiān)測儀器內(nèi)部的溫度來確保測量中永磁體和傳感器處于工作溫度范圍(<93℃)。本工作在h=50mm進行了圖3所示5處位置的測量，5處位置沿x方向水平布置，間距Δx=30mm，每個位置進行30s的在線測量。1.3數(shù)值模型及數(shù)值校準熱鍍鋅工藝中，鋅鍋內(nèi)鋅液的流動具有湍流特征，其流動測量的校準十分復雜和困難。Minchenya等[16]、Hernández等[23]和Stelian[24]的研究表明，在高Reynolds數(shù)(Re>104，鋅液的Re約為1.6×105)液體流動行為中，復雜數(shù)值模型的校準計算可以用簡單的圖2Lorentz力測速儀結(jié)構圖Fig.2SchematicofLFVdevice(1—support,2—forcesensor,3—insulationcoating,4—magnetsys‐tem)圖3鋅液流速測量方案(俯視圖)Fig.3Measurementschematicofmoltenzincflow(topview)(I,II,III,IVandVarethetestpositions;Δx—distancebetweenthetwoadjacentposi‐tions,Δy—distancebetweenthetestpositionandsideofthezincbath;Z+andZ-aretheoutwardandinwarddirectionsofgalvanizedsheet,re‐spectively)931

竟ぷ骼??COMSOL5.3a數(shù)值模擬軟件，采用鋅板(圖4)作為校準模型，鋅板電導率σs=1.69×107S/m，σl=3.25×106S/m，根據(jù)式(5)，可以采用不同電導率的金屬導體在不同速度下對應的Lorentz力的不同，來確定鋅板的移動速率，進而計算出實驗中待測的鋅液流速，如下式：Fsσsvs=Flσlvl(6)式中，F(xiàn)s為數(shù)值模擬條件下鋅板Lorentz力；vs為數(shù)值模擬條件下鋅板移動速度，為便于換算，取vs=0.1m/s；vl為待測鋅液流動速度。如圖4所示，考慮永磁體在LFV裝置中的布置特點，其與鋅板沿z向的距離H=h+ζ，其中ζ為永磁體下表面至LFV外殼外表面的垂直距離。鋅板長和寬均為a，厚度為δ。為分析永磁體中心相對于固體鋅板中心沿x方向的偏離對校準結(jié)果的影響，本工作還進行了永磁體中心相對于鋅板在不同位置(如P1、P2、P3、P4等)時的數(shù)值計算。2實驗結(jié)果與分析討論2.1數(shù)值校準結(jié)果及其有效性分析采用圖4方案進行的多物理場(COMSOL5.3aAC/DC模塊)數(shù)值模擬，一方面，在實際熱鍍鋅工藝中，可以假設鋅液相對于小尺寸的永磁體(截面尺寸50mm×50mm)是無限深，而數(shù)值模型中鋅板厚度采用近似條件的假設，即認為超過選取的模型厚度尺寸后，對電磁感應產(chǎn)生的Lorentz力影響可以忽略不計；另一方面，測量裝置置于鋅鍋的上方，由于現(xiàn)場空間、實驗操作等因素限制，實際測量只能在測量裝置可達的部分位置進行，這些位置往往不是在鋅鍋中心，而是靠近鋅鍋邊緣的位置。因此，需要對鋅板的尺寸、與永磁體的相對位置等參數(shù)進行分析，以評估它們對數(shù)值校準結(jié)果的具體影響。數(shù)?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋅液體外循環(huán)凈化對連續(xù)熱鍍鋅鍋流動與傳熱的影響[J]. 冒飛飛,董安平,韓蘭英,祝國梁,疏達,王俊,孫寶德.  熱加工工藝. 2017(08)
[2]帶鋼入鋅鍋溫度對連續(xù)熱鍍鋅層的影響[J]. 李婷婷,李騰飛,湯茜,李化龍.  金屬熱處理. 2014(09)
[3]水口底部形狀對高拉速板坯連鑄結(jié)晶器液面特征的影響[J]. 鄧小旋,熊霄,王新華,李林平,郝晨暉,魏鵬遠,季晨曦.  北京科技大學學報. 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]連續(xù)熱鍍鋅工藝中鋅鍋內(nèi)鋅液溫度分析[J]. 劉芳,趙增武.  內(nèi)蒙古科技大學學報. 2011(01)
[6]鋅鍋中低Pr流體混合對流的自維持振蕩[J]. 楊茉,康宏博,米麗娟.  工程熱物理學報. 2008(12)
[7]鋅鍋中低Pr流體混合對流的數(shù)值模擬[J]. 楊茉,米麗娟,單彥廣,趙明,王建剛.  工程熱物理學報. 2008(01)
[8]控制帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝中有效鋁的研究及當前技術進展[J]. 高興昌,范洪彬,關立凱.  本鋼技術. 2006(04)
[9]帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝技術的現(xiàn)狀[J]. 張理揚,李俊,左良.  軋鋼. 2005(02)

碩士論文
[1]熱鍍鋅鋅鍋中的流動與傳熱數(shù)值研究[D]. 朱路.華東理工大學 2015



本文編號：3244894