Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3. Огляд досліджень та розробок
- 4. Загальні відомості про процес безперервного розливання сталі
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Розливання сталі у сталеплавильному виробництві грає значну роль, оскільки саме вона значною мірою визначає якість готової металопродукції. Значним досягненням у металургії стало промислове застосування машин безперервного розливання сталі. Безперервне розливання металу забезпечує високу ступінь однорідності злитків, підвищує вихід придатного прокату в середньому на 7-10 відсотків, забезпечує повну механізацію та комплексну автоматизацію процесу, скорочений цикл металургійного виробництва, поліпшує умови праці, виключає небезпечні операції, дозволяє поєднувати сталерозливний і прокатний процес.
Стабільність і продуктивність процесу безперервного розливання, а також якість отримуваних злитків здебільшого визначаються характером теплообмінних процесів. Температура розливаємої сталі значно впливає на якість злитка. На відміну від класичної технології розливу сталі у форми, порушення температурного режиму при безперервному розливанні часто є причиною повної втрати плавки або масового браку в злитках, а іноді й значних аварій на установці. Тому вимоги до температурного режиму при безперервному розливанні мають бути достатньо жорсткими.
Однак теплові процеси в литті сталі на кожному етапі досить складні і не піддаються аналітичному рішенню через велику кількість змінних, що впливають на обсяг перепаду температури. Експериментальний метод у вирішенні таких завдань вимагає колосальних грошових витрат, складного обладнання, вирішення питань моделювання реальних умов. Сучасний розвиток чисельних методів і продуктивності комп'ютерів робить найбільш привабливим чисельний підхід у вирішенні теплових задач для безперервного розливання.
1. Актуальність теми
При аналізі великих обсягів даних досить часто виникає необхідність в їх візуалізації. Графічне подання інформації (у вигляді графіків, діаграм, візуальних моделей) значно спрощує її сприйняття і розуміння процесів, що моделюються.
На даний момент розроблено ряд програмних продуктів, що дозволяють моделювати динаміку теплових процесів у машинах безперервного розливання сталі. Незважаючи на це, часто виникає необхідність в розробці нового програмного забезпечення, обумовлена неможливістю модернізації існуючих програм, непридатністю реалізованих алгоритмів. Більшість існуючих систем дозволяє моделювати процеси затвердіння злитка в двовимірному вигляді, не враховуючи теплові потоки, спрямовані перпендикулярно вузькій грані злитка. Також досі ведуться роботи над вдосконаленням математичної моделі процесів кристалізації металу. Таким чином, проблема математичного та графічного моделювання процесу затвердіння злитка в сталеплавильному виробництві залишається актуальною.
Магістерська робота присвячена розробці алгоритму побудови тривимірної моделі затвердіння безперервного злитка в режимі реального часу.
2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Об'єкт дослідження: кристалізація безперервного злитка в МБЛЗ.
Предмет дослідження: методи розрахунку і візуалізації теплового поля безперервнолитої заготовки.
Метою дослідження є розробка алгоритму системи, що дозволятиме будувати тривимірні моделі процесів теплообміну і кристалізації в злитку при безперервному розливанні сталі.
Основні задачі дослідження:
- Дослідження процесу безперервного розливання в МБЛЗ.
- Вибір найбільш придатної математичної моделі.
- Розробка ефективного алгоритму побудови тривимірної моделі затвердіння злитка.
- Програмна реалізація розроблених алгоритмів.
3. Огляд досліджень та розробок
Питаннями, присвяченими процесу безперервного розливання сталі, активно займаються вчені з різних країн світу, в першу чергу з США, Росії, Німеччини та Японії. Сучасні дослідження спрямовані переважно на підвищення якості злитків, вдосконалення технологічного процесу, збільшення продуктивності безперервного розливу шляхом підвищення швидкості розливання, розробку автоматизованих систем контролю та управління процесами.
Вперше ідея безперервного розливання металу була висунута в 1856 році Генрі Бессемером, який запропонував ідею розливання металу між двома водоохолоджуваними валками. В Японії та СРСР засвоєння МБЛЗ почалося в 1955 р. Широке поширення й впровадження технології безперервного розливання відбувалося з початку 1960-х років в країнах Західної Європи, СРСР, Японії та США.
На даний момент дослідженню і моделюванню процесів затвердіння металу в МБЛЗ присвячена велика кількість робіт Консорціуму з безперервного розливання (Continuous Casting Consortium, CCC) на чолі з професором Іллінойського університету Брайаном Томасом (Brian G. Thomas). Переважний склад дослідницької групи сформовано професорами та випускниками університету Ілінойса і Пхоханського університету науки і технології (Республіка Корея).
На території України дослідженню безперервного розливання та кристалізації металу присвячено роботи працівників Інституту Прикладної Математики і Механіки (ІПММ) Іванової А.А. [10], Ткаченко В.М., професорів ДонНТУ Смірнова О.М. [7], Дюдкіна Д.О. [1] та інших. В цих роботах детально описаний процес безперервного розливання, пристрій МБЛЗ, представлені існуючі математичні моделі, що описують процеси теплопереносу та кристалізації, ведуться роботи з розроки та вдосконалення цих моделей.
4. Загальні відомості про процес безперервного розливання сталі
Машини безперервного розливання сталі являють собою системи, що забезпечують отримання з рідкої сталі готової заготовки. При використанні МБЛЗ сталь із сталерозливного ковша надходить в проміжний ковш, а з нього в кристалізатор. У кристалізаторі утворюється тверда оболонка, заповнена рідкою сталлю по формі і перетину, відповідному готовой заготовці. Частково затверділа заготовка за допомогою тянучої кліті надходить в зону вторинного охолодження, де відбувається повне затвердіння злитка. Затверділий злиток ріжеться на мірні довжини, потім готові заготовки за допомогою транспортних засобів направляються в прокатний цех або на склад.
Головними функціональними елементами МБЛЗ є:
- сталерозливний ковш, який забезпечує транспортування стали від сталеплавильного агрегату до МБЛЗ, доведення стали по хімічному складу і температурі і перелив у проміжний ковш;
- проміжний ковш (промковш) – забезпечує надходження металу в кристалізатор з певною швидкістю добре організованим струменем, дозволяє розливати сталь в кілька кристалізаторів одночасно і здійснювати серійну розливку при зміні сталерозливних ковшів без припинення і зниження швидкості розливання;
- кристалізатор – призначений для прийому рідкого металу, формування злитка заданої форми та його первинного охолодження (виконується з міді та охолоджується водою в процесі розливання);
- зона вторинного охолодження (ЗВО) – дозволяє створювати оптимальні умови для повного затвердіння безперервного злитка, що забезпечують рівномірне охолодження заготовки (розпилення води форсунками, підтримка її геометричної форми роликами) і необхідну якість металу;
- тянуче-правильна машина (ТПМ) – призначена для витягування заготовки з кристалізатора, випрямління її на радіальних і криволінійних пристроях і подачі до механізму для різання; забезпечує подачу затравки в кристалізатор, утримання її в кристалізаторі на час ущільнення зазорів, витягування злитка з кристалізатора, відділення затравки від заготовки;
- механізм для розрізання заготовок - забезпечує поділ безперервнолитого металу на мірні довжини;
- затравка – призначена для утворення тимчасового "дна" в кристалізаторі перед початком розливання і подальшого витягування зі зчепленою заготівлею.
Загальна схема безперервного розливання подана на рисунку 1.
Рисунок 1 – Схема безперервного розливання в МБЛЗ
(анімація: 6 кадрів, 4 цикла повторення, 33,5 кілобайт)
Висновки
В рамках проведених досліджень виконано:
- розглянуто процес безперервної розливки сталі в МБЛЗ;
- проаналізовано математичну модель процесу затвердіння злитка при безперервному розливанні;
- розглянуто існуючі види програмного забезпечення, що реалізують моделювання температурних полей у МБЛЗ;
- зроблено вибір засобів реалізації проектуємого програмного забезпечення;
- спроектовано тривимірну графічну модель температурного поля злитка в процесі безперервного розливання.
Надалі результати виконаної роботи будуть використані для розробки програмного продукту, в якому планується реалізувати розрахунок і побудову тривимірної моделі температурного поля злитка в машині безперервного розливання, спираючись на дані про теплофізичні параметри розливаної сталі, технічні характеристики МБЛЗ, швидкість витягування і режимі охолодження.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після вказаної дати.
Перелік посилань
- Дюдкин Д.А. Производство стали. Том 4. Непрерывная разливка металла / Д.А. Дюдкин, В.В. Кисиленко, А.Н. Смирнов. – М. : Теплотехник, 2009. – 528 с.
- Буланов Л.В. Машины непрерывного литья заготовок / Л.В. Буланов, Е.П. Парфенов, Н.А. Юровский, В.Ю. Авдонин. – Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2003. – 320 с.
- Соболев В.В. Теплофизика затвердевания металла при непрерывном литье / В.В. Соболев, П.М. Трефилов. – М. : Металлургия, 1988. – 160 с.
- Андерсон Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен / Д. Андерсон, Дж. Танненхилл, Р. Плетчер. – М. : Мир, 1990. – 384 с.
- Скворцов А.А. Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывной разливки / А.А. Скворцов, А.Д. Акименко. – М. : Металлургия, 1966. – 191 с.
- Григорьев В.П. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства / В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров, Л.Е. Никольский. – М. : МИСИС, 1995. – 512 с.
- Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://uas.su/books/mnlz/mnlz.php
- Авдонин Н.А. Математическое описание процессов кристаллизации / Авдонин Н.А. – Рига : Зинатне, 1980. – 180 с.
- Цаплин А.И. Теплофизика в металлургии: учебное пособие / Цаплин А.И. – Пермь : ПГТУ, 2008. – 230 с.
- Иванова А.А. Исследование температурных градиентов непрерывного слитка / Иванова А.А. // Труды ИПММ НАН Украины. – Донецк : ИПММ, 2008. – С. 93-102
- Валуев Д.В. Технологический процесс разливки стали / Валуев Д.В. – Томск, ЮТИ ТПУ, 2011. – 256 с.
- Рутес В.С. Теория непрерывной разливки / В.С. Рутес, В.И. Аскольдов, В.П. Евтеев, В.Я. Генкин, М.Г. Чигринов, А.И. Манохин. – М. : Металлургия, 1971. – 296 с.
- Бровман М.Я. Непрерывная разливка металлов / Бровман М.Я. – М. : Экомет, 2007. – 484 с.
- Огурцов А.П. Непрерывное литье стали / А.П. Огурцов, А.В. Гресс. – Днепропетровск : Системные технологии, 2002. – 675 с.
- Мастрюков Б.С. Теплофизика металлургических процессов / Мастрюков Б.С. – М. : МИСИС, 1996. – 268 с.