Тема:"Гидродинамическое и теплофизическое моделирование процессов, на радиальных МНЛЗ"

Научный руководитель д.т.н., профессор Кравцов В.В.

         В последние десятилетия развитие черной металлургии в мире характеризуется заменой устаревшего мартеновского производства стали на кислородно-конвертерное и электропечное, внедрением внепечной обработки жидкой стали и широким использованием непрерывного литья стали для получения заготовок.

         Эти современные технологические процессы позволяют резко повысить производительность труда металлургов, расширить сортамент производимых сталей, улучшить качество металла и снизить его себестоимость.

         Исключительно высокие темпы развития получило непрерывное литье стали, благодаря которому появилась возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства литых заготовок по профилю и размерам пригодных для непосредственного использования их на сортовых или листовых прокатных станах. При этом экономится большое количество энергии, улучшается качество заготовок и, что особенно важно, значительно повышается выход годного металла из жидкой стали.

         С каждым годом в черной металлургии растет количество машин непрерывного литья заготовок, технология непрерывного литья и конструкция машин совершенствуются в направлении повышения качества отливаемых слитков и производительности каждой машины. Производительность одной МНЛЗ, как правило, уже превышает 1,5 млн. т в год, а при благоприятном сортаменте достигает и 2—2,5 млн. т в год. Такая высокая производительность достигнута за счет высокой скорости разливки, сокращения вспомогательного времени на обслуживание машин, непрерывного литья ста-ли крупными сериями плавок. Повышение скорости разливки в ряде случаев открыло возможность организации работы конвертера и МНЛЗ в едином цикле.

          Большое внимание уделяется качественной подготовки стали к разливке. Широкое применение нашла внепечная обработка жидкого металла в сталеразливочном ковше, которая включает в себя продувку стали аргоном, корректировку химического состава стали, ее рафинирование и вакуумирование.

         Для производства непрерывнолитых заготовок используются машины, построенные по различным принципиальным схемам. Наиболее строгая классификация типов МНЛЗ основана на пространственном расположении и продольной форме той части технологического канала машины, где происходит кристаллизация отливаемой заготовки, т.е., где заготовка находится в двухфазном состоянии. Исходя из этого, наиболее распространенные схемы машин непрерывного литья заготовок делятся на следующие основные четыре типа: вертикальный, радиальный, криволинейный и горизонтальный

          Длительное время при выборе наиболее рациональной схемы машины, в первую очередь, рассматривался вопрос о возможности деформации слитка в двухфазном состоянии. Существовало мнение о том, что всякая деформация слитка в двухфазном состоянии непременно должна приводить к внутренним дефектам в отливаемом слитке.
         Характерными дефектами при деформации непрерывнолитой заготовки в двухфазном состоянии являются трещины, перпендикулярные ее широким граням, которые появляются в оболочке вблизи границы с жидкой фазой. Изгиб и выпрямление заготовки с жидкой сердцевиной — это наиболее явная деформация, которой и объяснялось появление таких трещин. Именно на этой основе машинам криволинейного типа противопоставлялись машины радиального типа и даже вертикальные. Машины радиального типа строили с увеличенными радиусами с тем, чтобы избежать правку заготовки в двухфазном состоянии.

         2 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ЗАГОТОВОК НА РАДИАЛЬНЫХ МНЛЗ

          В данной роботе отображена попытка оценить влияние гидродинамики жидкой лунки при непрерывной разливке на радиальных установках.
         Поскольку размеры поперечного сечения заготовок сравнительно малы циркуляция жидкого метала в затвердевающей заготовки оказывает большое влияние на ход теплофизических процессов кристаллизации, продвижения фронта кристаллизации, а также распределения газов, неметаллических включений и образовании поверхностных дефектов. Следовательно необходимо рассчитывать поле скоростей.
Для определения скоростей используют решения уравнения Навье-Стокса, системы вида

                                                                                                    Рисунок к выводу уравнения Навье-Стокса

          Однако решение данной системы дифференциальных уравнений представляет собой определенную сложность, в виде большого объема вычислений. А также необходимо учитывать неправильную форму кристаллизатора (изогнутый). А уравнение Навье-Стокса выводилось для правильной формы.

          Существуют методы расчета, изложенные например в книге В.Т. Сладкоштеева «Непрерывная разливка стали на радиальных установках» где распределение скоростей находится аналитическим методом.

         На основании работы Сладкоштеева можно определить параметры струи в затопленном замкнутом пространстве в размерных величинах.

          Контуры струи в безразмерных координатах могут быть с известным приближением определены по эмпирической зависимости.

         В моей работе планируется найти расстояние от фронта затвердевания до оси струи по граням меньшего и большего радиуса, расстояние от контура факела струи по граням меньшего и большего радиуса. Скорость на оси, и скорости кристаллизации по граням большего и меньшего радиусов соответственно.

         Установив выше перечисленные факторы можно будет влиять на процесс кристаллизации с целью уменьшения потенциального брака.


                   на главную                    Публикации                    Полезные ссылки