| Биография | Автореферат | Библиотека | Ссылки | Отчет | Индивидуальное задание |
В статье приведены результаты лабораторных исследований работы стопорных систем для дозированного перелива стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы МНЛЗ. С использованием методов физического моделирования изучено влияние на работу стопоров-моноблоков газо-гидродинамических процессов, протекающих во время разливки в ванне промежуточного ковша в зоне входного отверстия сталевыпускного канала при вдувании в него инертного газа. Выданы практические рекомендации по улучшению условий эксплуатации стопорных механизмов промежуточных ковшей.
Повышение производительности современных машин непрерывного литья заготовок и выхода годного, прежде всего, может быть обеспечено за счет увеличения серийности разливки с максимально возможным продлением эксплуатации каждого промежуточного ковша в межремонтный период, что в свою очередь связано с выполнением жестких требований, предъявляемых к качеству используемых огнеупоров и конструкциям систем дозированного перелива стали в кристаллизаторы [1, 2].
Устойчивая работа стопорной системы промежуточного ковша МНЛЗ в течение промежутка времени, затрачиваемого на разливку стали 15-20 плавок, достигается только при высокой надежности всех элементов, входящих в ее состав (огнеупорный стопор-моноблок, узел его крепления к несущему рычагу, устройства вдувания аргона в сталевыпускной канал, контроля и сигнализации) [3].
Выполненное авторами в условиях ряда металлургических предприятий Украины и России промышленное тестирование работы разливочных устройств промковшей, снабженных стопорами-моноблоками различного конструктивного исполнения, показало, что основными факторами, влияющими на их безаварийную работу, являются:
Наиболее уязвимым элементом стопорной системы является, несомненно, огнеупорный моноблок, непосредственно контактирующий с жидкой сталью и агрессивными шлаками, а также подвергающийся воздействию механических нагрузок, возникающих во время перекрытия выпускного канала промковша; давления инертного газа, подаваемого через его внутреннюю полость; вибрации, вызываемой неустановившимися газо-гидродинамическими процессами, протекающими в зоне расположения головки стопора при взаимодействии пузырьков аргона с формирующейся струей металла на входе в канал разливочного стакана и потоков расплава с различными частями керамического стержня.
Выявление степени негативного влияния каждого из перечисленных факторов на стойкость стопора-моноблока позволит разработать комплекс мероприятий, направленных на продление срока его службы, что в конечном счете будет способствовать успешному решению стоящих задач по повышению серийности непрерывной разливки.
Учитывая экстремальные условия эксплуатации стопорных механизмов промежуточных ковшей, практически исключающие возможность проведения непосредственных наблюдений за процессами, протекающими в их ванне, для получения необходимой информации использовали методы физического моделирования в соответствии с рекомендациями работы [4].
С этой целью изготовили лабораторную установку (рисунок 1), включающую выполненную в масштабе 1:2 прозрачную модель промежуточного ковша 1, снабженную механизмом управления 2 стопором-моноблоком 3. В состав установки входили также система вдувания газа в выпускной канал модели ковша, содержащая компрессор 4, ресивер 5, гибкий трубопровод 6, регулировочный вентиль 7. Расход и давление вдувавшегося воздуха контролировали соответственно при помощи манометра 8 и ротаметра 9.
Рисунок 1 – Схема лабораторной установки
Для измерений скорости или пропорционального ей динамического напора потоков жидкости, моделировавшей расплав, применили специальный зонд 10, снабженный тензорезисторным преобразователем, являющимся структурным элементов контрольно-измерительного комплекса, содержащего также усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ [5]. Данный комплекс позволяет осуществлять контроль и регистрацию значений изучаемого параметра в режиме реального времени с последующей их распечаткой на принтере.
Целью проводившегося эксперимента было установление возможной связи между вибрацией стопорного механизма промежуточного ковша, наблюдающейся во время непрерывной разливки и повышающей вероятность выхода из строя узла крепления стопора-моноблока, и гидродинамическими явлениями, протекающими в жидкой металлической ванне вблизи огнеупорного стержня, регулирующего степень открытия выпускного канала, а следовательно, и расход истекающей стали. В процессе физического моделирования приемный элемент измерительного зонда (круглую пластинку диаметром 10 мм) размещали в вертикальной плоскости на удалении 5 мм от наружной поверхности корпуса модели стопора-моноблока. Дискретно изменяя глубину погружения приемного элемента на указанном расстоянии от корпуса модели стопора-моноблока, осуществляли контроль значений действующего на него скоростного (динамического) напора потока жидкости. На рисунке 2 в качестве примера приведены виды сигналов, зафиксированные при различных условиях моделирования разливки (варьирование статического давления жидкости в контрольных точках, скорости истечения и объемного расхода жидкости за счет изменений ее уровня в модели промежуточного ковша и зазора между головкой стопора-моноблока и седлом разливочного стакана). Значения амплитуды сигналов (ось ординат) на всех графиках представлены в закодированном виде и одновременно характеризуют как скорость жидкостного потока, так и его динамический напор.
(а)
(б)
(в)
(г)
(д)
Рисунок 2 – Зафиксированные сигналы
Результаты обработки полученной информации позволили выдать практические рекомендации по улучшению работы стопорных механизмов промежуточных ковшей МНЛЗ в условиях применения вдувания инертного газа в сталевыпускной канал с целью снижения интенсивности его затягивания из-за отложений на стенках тугоплавких частиц, а также объяснить механизм стабилизации скорости истечения жидкой стали на участке промежуточный ковш-кристаллизатор, достигаемой благодаря использованию указанного технологического приема.
Прежде всего, следует отметить установленное влияние на возникающие вибрационные явления в системе промежуточный ковш-стопорный механизм газо-гидродинамических процессов, протекающих в жидкой ванне в области расположения разливочного стакана. Нормальные условия формирования струи на входе в выпускной канал ковша (минимальное местное сопротивление потоку, постоянство поперечного сечения канала разливочного стакана, соосное расположение относительно его седла головки стопора-моноблока) обеспечивают равномерно распределенное воздействие динамического напора потоков жидкости на нижнюю часть керамического стержня стопора по всему периметру, благодаря чему даже при максимальной скорости разливки ее пульсации незначительны (рисунок 2.а), а уровень вибрации разливочной системы предельно низкий.
Торможение струи при опускании стопора-моноблока, ухудшение ее организации из-за изменения конфигурации как поперечного, так и продольного сечений выпускного канала способствуют развитию пульсаций скорости жидкостных потоков на его входе, что сразу же приводит к повышению уровня вибрации (рисунок 2.в).
Наряду с этим, данные физического моделирования процесса непрерывной разливки свидетельствуют не только об улучшении условий его протекания, а и о возможности активного влияния на некоторые технологические параметры при реализации способа вдувания инертного газа в сталевыпускной канал промежуточного ковша.
При правильно подобранном соотношении объемных расходов жидкости, истекающей через выпускной канал, и вдуваемого в него инертного газа удается снизить линейную скорость жидкостных потоков, воздействующих на головку стопора-моноблока в процессе формирования струи. Данный факт подтверждает рисунок 2.б, на котором отображена динамика изменения скорости потока жидкости вблизи входного отверстия выпускного канала при полностью поднятом стопоре, когда в период записи сигнала с 30-й по 70-ю секунду через него осуществляли подачу воздуха. В этот промежуток времени амплитуда сигнала снизилась в два с лишним раза, что свидетельствовало о резком уменьшении притока жидкости к входному отверстию канала разливочного стакана вследствие сокращения объема жидкой фазы, проходящей через его поперечное сечение в единицу времени из-за наличия в ней пузырьков вдувавшегося через стопор воздуха.
В свою очередь прирост объема газовой фазы в формирующейся струе жидкости приводит к уменьшению ее плотности и глубины проникновения в ванну кристаллизатора из-за снижения кинетической энергии нисходящего потока и увеличения действующей ему навстречу Архимедовой силы, возникающей при наличии в нем газовых пузырьков. Это хорошо согласуется с результатами ранее проводившихся нами экспериментальных исследований на жидкостной холодной модели, в ходе которых была установлена четкая взаимосвязь между глубиной внедрения струи жидкости в полость кристаллизатора и интенсивностью подачи воздуха в канал разливочного стакана через полость стопора [6].
Интенсификация колебательных процессов наблюдается также во время снижения скорости разливки из-за необходимости замены основного ковша, когда опусканием головки стопора-моноблока добиваются резкого уменьшения коэффициента расхода струи (рисунок 2.г), чтобы уровень расплава в промковше до момента начала поступления в него металла следующей плавки не успел достичь критической отметки (начало захвата струей частиц покровного шлака).
Амплитуда колебаний в конструкции промковша и его стопорного механизма резко возрастает в момент открывания затвора вновь поступившего стальковша, что обусловлено возмущающим воздействием на жидкую ванну истекающей из него с высокой скоростью струи металла. На рисунке 2.д приведен вид сигнала, регистрировавшего скорость жидкостных потоков вблизи головки стопора-моноблока при имитации разливки методом «плавка на плавку». Отмеченный на 50-й секунде записи резкий скачок амплитуды сигнала соответствовал моменту возобновления поступления в модель промежуточного ковша жидкости, имитирующей разливаемый металл.
Определенное влияние на характер взаимодействия жидкостных потоков с керамической частью стопорного механизма оказывает геометрия ванны промковша, однако этот вопрос требует дальнейшей технической проработки.
Таким образом, полученные предварительные результаты моделирования процесса непрерывной разливки стали с использованием вдувания инертного газа в выпускной канал промежуточного ковша, позволяют определить направления дальнейшего его совершенствования с целью повышения эффективности применяемых технических решений, обеспечивающих высокую надежность разливочных устройств и поддержание в оптимальных пределах скорости поступления жидкого металла в кристаллизаторы МНЛЗ.
Перечень ссылок
Еронько С.П., Орлов И.А., Яковлев Д.А., Штепан Е.В., Сидоров А.В. Исследование условий стабильности функционирования системы дозирования стали в промковше МНЛЗ // Прогрессивные технологии в металлургии стали: XXI век (тезисы докладов). Международная научно-техническая конференция. – Донецк, 2004. – 86 с. – С. 59.
| Биография | Автореферат | Библиотека | Ссылки | Отчет | Индивидуальное задание |