Вступ

    В останні два десятиліття в науці та промисловості ведуться серйозні дослідження, спрямовані на збільшення продуктивності МБЛЗ та мінімізацію витрат, безпосередньо пов'язаних з організацією процесу лиття. У цьому аспекті вкрай важливим технологічним елементом є забезпечення високого показника серійності розливання безпосередньо з одного промковша [1-3]. Це забезпечує стабільність роботи МБЛЗ, а також знижує питомі витрати на вогнетриви, що забезпечують лиття, і питомі відходи металу, пов'язані із зупинкою МБЛЗ. У цьому аспекті технологічні функції промковша МБЛЗ постійно трансформуються і стають все більш великими, ніж це було передбачено початковими проектами.

Актуальність теми

    Тривалість розливання сталі з одного промковша сортовий МБЛЗ лімітується двома основними факторами: зносом склянок-дозаторів та випереджаючим зносом футеровки промковша в зоні падіння струменя, що випливають з сталеразлівочного ковша. Практика останнього десятиріччя показує, що проблема зносу внутрішньої порожнини склянок-дозаторів повністю вирішується шляхом оптимізації технології підготовки стали до розливанні і застосуванням пристроїв для швидкої заміни склянок-дозаторів, які в даний час розроблені кількома закордонними фірмами [6-9]. Такі пристрої припускають розміщення під днищем промковша спеціальної касети, що має, принаймні, дві склянки-дозатора, швидка установка яких в робочий стан (цикл переміщення склянки-дозатора складає близько 0,2 секунди) здійснюється за допомогою спеціального гідроприводу. Використання пристрою для швидкої заміни склянки-дозатора забезпечує, по меньшей мере, підвищення стабільності процесу лиття за рахунок гарній організації течії струменя і квазіпостоянного миттєвого витрати сталі, а також мінімізації вторинного окислювання металу на ділянці промковш-кристалізатора.

Цілі та задачі роботи

    Метою цього дослідження було вивчення особливостей перемішування металу і шлаку в промковшах многоручьевих МБЛЗ на фізичної та математичної моделі та розробка оптимальної конструкції металлопріемніка, що забезпечує підвищення експлуатаційної стійкості футеровки робочого шару стосовно до умов конкретної МБЛЗ. При розробці конфігурації металлопріемніка були прийняті наступні технологічні міркування: конструкція металлопріемніка повинна забезпечувати гальмування падаючою струменя і обмежувати турбулентність потоків, спричинених падінням струменя металу з сталеразлівочного ковша; конструкція металлопріемніка повинна обмежувати турбулентного перемішування металу з покривним шлаком певною зоною і запобігати інтенсивне перемішування металу і шлаку біля стін промковша в зоні падіння струменя; положення і конфігурація вікон металлопріемніка повинні забезпечувати спрямований рух однорідних циркуляційних потоків у напрямку далеких стінок промковша (тобто отворів крайніх струмків) і запобігати пряме попадання порцій металу з сталеразлівочного ковша в стакани-дозатори середніх струмків. Реалізація перерахованих вище функцій може бути досягнута при використанні металлопріемніка так званої «ведрообразной» форми з боковими вікнами для направлено закінчення сталі (рис.2). Ефективність застосування металлопріемніков такої геометричної форми багато в чому залежить від його геометричних розмірів і розташування применительно к конкретному промковшу і параметрам розливання. Оскільки конвективні потоки, формуються в металлопріемніке і промковше, в основному регулюються впливу на них інерційних і гравітаційними силами, то оптимізацію геометричної форми металлопріемніка доцільно виконати із залученням фізичного та математичного моделювання. Динамічне подібність між моделлю промковша, в якому потоки є турбулентність, і його промисловим аналогом можуть належним чином дотримуватися при збереженні тотожності числа Фруда [4]. Подобу коефіцієнта Фруда між моделлю та повномасштабних промковшом обумовлює необхідність відповідності швидкості притоку води в модельній системі до швидкості притоку рідкого металу в промисловому промковше. При цьому, як показують дослідження, виконані, наприклад, у роботах [3-5], в умовах розвитку турбулентних потоків величина числа Рейнольдса в різних промковшах незалежно від їх конфігурації та розмірів буде практично однаковою.

Основные результаты

    В результаті виконаних візуальних спостережень встановлено, що за певних розмірів та конфігурації металлопріемніка можуть бути створені такі умови, які будуть обмежувати турбулентного перемішування металу з покривним шлаком зоною металлопріемніка. При цьому велике значення набуває закінчення металу з вікон металлопріемніка в обсяг промкомша. Встановлено також, що при певному положенні струменя і вікон один щодо одного може спостерігатися вихрових турбулізація в областях прилеглих до вікон металлопріемніка із зовнішньою сторони. Наявність таких областей слід розглядати як негативне явище, що призводить до прискореного руйнування вогнетривів промковша і металлопріемніка. На поширення потоків в рідкій ванні промковша суттєвий вплив надають положення вікон металлопріемніка щодо поперечного перерізу промковша, а також конфігурація їх перетину. В цілому ж, як видно з рис.4, раціональна конфігурація металлопріемніка може забезпечити рух потоків рідини паралельно довгим стінкам промковша. При цьому що випливають з промковша конвективні потоки спочатку рухаються вздовж дзеркала рідини і потрапляють у периферійному зону об'єму рідини, де розташовуються склянки-дозатори крайніх струмків многоручьевой МБЛЗ. Потім потоки рідини поступово змінюють напрямок руху на переважно спадний до днища потоки, які продовжують рух, як до крайніх, так і до середніх склянками-дозатора. Фактично представлена схема руху потоків характеризується відсутністю зон критичної турбулентності (у тому числі й у поверхні розділу шлак-метал), а також «мертвих» зон, які слабко залучаються до перемішування. Це особливо важливо у випадку розливання металу наддовгих серіями в плані забезпечення стабільності процесу лиття. При цьому розглянута картина руху конвективних потоків в основному зберігається при падінні рівня рідини в промковше на 35-40%. Виконані за допомогою математичного моделювання дослідження особливостей руху потоків стали в промковше 6-ти струмків сортовий МБЛЗ в цілому добре кореспондуються з результатами, отриманими в ході фізичного моделювання. Це, перш за все, відноситься до напрямку руху основних конвективних потоків та їх поведінки областях, що прилягають до стінок промковша. У той же час встановлено, що досить важливим для забезпечення раціональної картини руху конвективних потоків є положення вікон металлопріемніка щодо осі падаючою струменя. Так, при зміщення положення вікон (або позиції металлопріемніка) всього на 70-80 мм (в поперечному перерізі промковша) можуть спостерігатися зони підвищеної турбулентності в областях, що прилягають до стінок промковша і металлопріемніка, що слід розглядати як небажане явище, яке призводить до прискореного зносу футеровки промковша. Оптимізація геометричних параметрів вікон металлопріемніка була виконана за допомогою математичного моделювання переміщення потоків стали в ванні промковша. Основними критеріями, які використовуються для оптимізації, були відсутність зон підвищеної турбулентності в областях, що прилягають до футеровки промковша, мінімізація кількості та довжини так званих «мертвих» зон, а також приблизно рівну час переміщення сталі від металлопріемніка до будь-якого склянки-дозатора промковша. Найбільш складним, як показали дослідження, є дотримання останнього умови. Тем не менее, в результаті виконаних розрахунків встановлено, що за певних геометричних розмірах вікон металлопріемніков вдається виконати це умова. У цій роботі прийнята схема, за якої час руху частинок металу від приймача до 1-го, 2-го, 5-го та 6-го струмків приблизно на 15-20% менше, ніж для середніх струмків, що знаходяться безпосередньо біля стінки металлопріемніка. Подібна картина руху потоків зберігається при збільшенні розмірів проема вікон (ерозія стінок металлопріемніка в процесі розливання) не більше ніж на 10-15% Отримані результати досліджень впливу конфігурації металлопріемніка на організацію раціональної схеми руху конвективних потоків були використані для подальшої розробки конструкції металлопріемніка шестіручьевого промковша сортовий МБЛЗ.

Висновки

    1. Розливання сталі на многоручьевих сортових МБЛЗ наддовгих серіями лімітується зносом робочого шару футеровки промковше в зоні шлакового пояси та області падіння струменя, що випливають з сталеразлівочного ковша. Істотного збільшення стійкості футеровки промковша вдається досягти при застосуванні металлопріемніков спеціальної геометричної форми, що враховує специфіку конкретного промковша та умов розливання.
    2. Не існує універсальних рішень для оптимальних геометричних параметрів промковшей і металлопріемніков. Вибір конструктивних рішень для металлопріемніков повинен здійснюватися в прив'язці до конкретних рішень з використанням методів фізичного та математичного моделювання.

    3. В результаті виконаних досліджень розроблена принципово нова конструкція металлопріемніка, що забезпечує розливання наддовгих серіями для многоручьевих сортових МБЛЗ. В умовах конвертерного цеху ВАТ «Єнакіївський металургійний завод» досягнута максимальна серійність розливання 64 плавки, що відповідає розливанні 9,3 тис. т сталі з одного промковша. Передбачається, що при організаційних, технічних і технологічних передумови цей показник може бути збільшено, щонайменше, в 1,5 рази.

Перелік використаної літератури

1. 1.Wolf M. Bloom and Billet Casting: Overview // Proceedings 3rd European Conference on Continuous Casting, Madrid (Spain), October 20-23, 1998. – Madrid: 1998. – P.515-524.
2. Pindor J., Michalek K. Application of tundish metallurgy for improvement of steel quality and increasing of continuous casting operational parameters// Proceedings 3rd European Conf. on Continuous Casting, Madrid (Spain), October 20-23, 1998. – Madrid: 1998. – P.1025-1028.
3. Энергосберегающий ресурс непрерывной разливки в условиях современного конвертерного цеха / А.Н.Смирнов, А.А.Ларионов, С.П.Матвеенков, А.Н.Токий // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. №3.-С. 21-24
4. Irwing W.R. Continuous Casting of Steel. – Cambridge: The University Press, 1993. – 207 p.
5. Dainton A.E. A novel tundish flow control system // Advanced Steel 1997-98. – P.143-145.
6. Tanikawa K., Ishiguro S., Matsuo K. Improvement of Steel Quality by Advanced Tundish Technology in New Slab Caster at Kakogawa Works, Kobe Steel, Ltd. // ISIJ International. 1996. Vol.36. – P.81-84.
7. Combined Modeling of Inclusions Behavior During Tundish Process / A.Smirnov, S.Grydin, S.Louhenkilpi e.a. // 6th European Conference on Conyinuous Casting. Riccione, Italy, 2008. – AIM, 2008 (CD). – 10 p.
8. Optimization of Molten Steel Flow in Billet Continuous Casting Tundish at Trinecke Zelezarny/ K.Michalek, J.Pindor, R.Lebeda e.a. // Continuous casting of Billets. 2-nd International Conf. Trinec (Czech rep.). 1997. – P.59-69.
9. Papay F., Schlichting B. Intermix on a 5-Strand Bloom // Steelmaking Conf. Proc., (ISS). – 1999. Vol.82. – P.183-188.
10. Dorricott J.D., Heaslip L.J., Hoagland P.G. Asymmetric Tundish Design and Flow Control Principles in Multistrand Billet ad Bloom Casters // Electric Furnace Conf. Proc., (ISS). – 1990. Vol.48. – P.119-124.
11. Пути повышения стойкости промежуточных ковшей в ОАО ЕМЗ / С.П.Черненков, А.Г.Коваленко, Т.В.Лапшина, Е.Н.Дымченко // Сталь. 2007. №11. – С.21-22.

    Важливе зауваження

        При написанні цього автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2009 р. Повний текст роботи та матеріали і матеріали за темою можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

    email: kravchenko.dpi@gmail.com  

    © ДонНТУ 2009 Кравченко А. В.

    ---