Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія)




Скачать 63.91 Kb.
НазваниеАртем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія)
Дата21.10.2012
Размер63.91 Kb.
ТипДокументы


Артем Кравченко

Донецький національний технічний університет

(науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія)


РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗЛИВКИ СТАЛИ В ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР КРИВОЛИНЕЙНОЙ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ


Ключевые слова: СЛЯБ, МНЛЗ, КРИСТАЛЛИЗАТОР, ГИДРОДИНАМИКА, ПОГРУЖНОЙ СТАКАН


В связи с непрерывно растущей конкуренцией на мировом рынке к качеству непрерывно литой заготовки предъявляются всё более жесткие и комплексные требования, которые во многом пытаются учесть условия производства заготовки уже на стадии выплавки и разливки стали.

Физическое моделирование процессов гидродинамики в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ с целью изучения влияния движения потоков металла при выходе из погружного стакана на качество заготовки является актуальным вопросом, исходя из того, что основной тенденцией развития непрерывной разливки в Украине является модернизация уже существующих МНЛЗ, с целью увеличения их производительности за счет увеличения скорости разливки и качества выпускаемой продукции [1,2].

Непрерывная разливка слябов без плен или каких-либо дефектов - неотъемлемое условие для производства тонкого листа высокого качества. Качество готовой продукции в большой степени зависит от нестабильных условий перемещения металла в кристаллизаторе и гидродинамических режимов потока, которые создаются погружным стаканом.

Вихревой поток в процессе непрерывной разливки заключает в себе неустойчивые явления и перемещение включений. Как показано на рисунке 1, сильная струя жидкого металла, попадая в кристаллизатор, может содержать включения (например, оксид алюминия) и пузырьки аргона. Вместе со струей,


которая рассекает поверхность металла, могут также переноситься жидкие флюсы, в результате чего могут образовываться опасные включения.





Рисунок 1 – Схематическое представление движения свободного потока металла при выходе из погружного стакана, перемещение неметаллических включений и коркообразования


Поток в кристаллизаторе чрезвычайно турбулентный, числа Рейнольдса превышают 100 000. Хаотичные строения этого неустойчивого потока существенно влияют на нестабильное перемещение включений и пузырьков, доказательством этого служат периодические дефекты. Этот неустойчивый поток сам по себе также представляет большой интерес, поскольку ассоциируется с другими дефектами [3].

Одним из наиболее эффективных методов изучения процессов массопереноса при непрерывной разливке стали принято считать метод физического моделирования, который позволяет проводить визуальные наблюдения с минимальными материальными и временными затратами.


В связи с тем, что кинематическая вязкость жидкой стали и воды практически одинакова, было принято решение проводить исследование на водной модели. Была построена полномасштабная водная модель, состоящая из промежуточного ковша и кристаллизатора рисунок 2.


.

Рисунок 2 – Общий вид лабораторной установки для изучения гидродинамики потоков в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ.


В процессе исследований варьировались угол наклона отверстий в погружных стаканах (от -25˚ до +90˚), а также имитировалась подача аргона через стопор-моноблок с различной интенсивностью. Принимая во внимания тот факт, что характер течения металла в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ носит циркуляционный характер, который симметричен относительно вертикальной оси, было принято решение осуществлять истечение жидкости из погружного стакана только в одну сторону. Это исключит возможное искажение гидродинамической картины вследствие столкновения двух циркуляционных потоков.

Для выполнения экспериментальных исследований были изготовлены модели погружных (разливочных) стаканов с различным углом выходных отверстии. Так были изготовлены стаканы с отверстиями -25, -15 (отверстия с углом развернутым к мениску), 30, 45, 60 и 90 градусов.

Для визуализации движения потоков в жидкой ванне кристаллизатора во внутреннюю полость погружного стакана вводилась порция подкрашенной чернилами воды.

Характер движения потоков в жидкой ванне кристаллизатора имеет крайне важное технологическое значение. Основное влияние на гидродинамические потоки в кристаллизаторе оказывают ширина разливаемого слитка, глубина погружения разливочного стакана и его геометрия, а также скорость истечения струи из погружного стакана [4]. Соответственно с этим была выполнена серия экспериментов. В ходе исследований варьировались следующие параметры:

  • глубина погружения стакана 100 мм – 140 мм

  • ширина кристаллизатора 480 мм – 600 мм

  • угол раскрытия днища

разливочного стакана от -25° до 90°


Как видно из рисунка 3, макроскопические потоки состоят из нескольких интерактивных зон и зоны движения свободной струи. Свободная струя распространяется к узкой стороне кристаллизатора и далее разделяется на два потока, поток верхней и нижней рециркуляции. При этом характер разделения потоков зависит, прежде всего, от угла наклона струи.

На основе выполненных измерений характера движения потоков в верхней части кристаллизатора гидродинамические потоки были условно классифицированы на 5 подобластей с одинаковыми условиями (направление векторов скоростей, величина скорости, интенсивность турбулентности): область выхода из разливочного стакана, область зоны контакта струи со стенкой, область поверхности ванны, область верхней и нижней рециркуляции.



Рисунок 3. – Кинограмма, проведение опыта


Наиболее характерные результаты, полученные в ходе визуальных наблюдений представляется обобщить следующим образом:

  • при истечении струи жидкости под углом -15о и -25о вся ее масса направляется вверх и, отражаясь от стенки кристаллизатора, движется вдоль горизонтальной поверхности; при попадании струи непосредственно в поверхность жидкости в дальнейшем потоки продолжают движение к углу кристаллизатора, вовлекая в движение прилегающие к поверхности слои жидкости и расположенную выше шлакообразующую смесь; в целом такая схема истечения жидкости из погружного стакана вряд ли может иметь промышленное применение вследствие того, что в перемешивание будут вовлекаться всплывающие неметаллические включения и частицы ШОС;

  • при использовании погружного стакана с углом раскрытия 60о и более было установлено, струя жидкости практически полностью уходит внутрь жидкой ванны заготовки, подогревая твердую корочку металла, образовавшуюся при охлаждении в нижней части кристаллизатора, а также препятствуя всплытию неметаллических включений;

  • наиболее интересной областью с точки зрения практического применения является угол раскрытия 15-45о, так как в ней происходит разделение вытекающей из погружного стакана жидкости на восходящий и нисходящий потоки; при этом количественной соотношение между восходящим и нисходящим потоками зависит от угла наклона и ширины кристаллизатора.

Так, в случае использования погружного стакана с углом раскрытия 30о контакт со стенкой происходит немного ниже уровня мениска, и практически исключает образование застойных зон, но при этом колебания мениска (волны на поверхности) гораздо больше, чем при использовании погружного стакана с углом 45о. Использование стакана с углом 45о, является практически предельным значением, которое можно рекомендовать для практического


применения. Фактически при этом контакт струи со стенкой кристаллизатора происходит примерно на ¼ высоты кристаллизатора, а распределение металла вверх и вниз, не препятствует образованию корочки и не способствует образованию застойных зон, также интенсивного волнообразования на поверхности металла минимальное.

Между тем вследствие развития циркуляционных потоков в верхней части кристаллизатора может наблюдаться искажение угла истечения на некоторую величину (порядка 15-25о), что как бы способствует заглублению струи. Поэтому при выборе угла наклона истечения струи жидкости из погружного стакана необходимо корректировать выбранную величину в сторону уменьшения.

Таким образом, результате выполненных экспериментальных исследований показано, что при истечении струи жидкости из погружного стакана в жидкую ванну кристаллизатора можно выделить 5 интерактивных зон, развитие которых во многом определяет характер перемешивания жидкости в кристаллизаторе и, как следствие, определяет условия формирования твердой корочки заготовки и режим всплытия неметаллических включений. Установлено, что рациональной областью угла раскрытия струи, вытекающей из кристаллизатора, являются значения 15-45о. При этом может быть рекомендована некоторая коррекция угла раскрытия струи в сторону уменьшение вследствие воздействия на нее верхних циркуляционных потоков.

Экономическая эффективность данного проекта – уменьшение очистки товарного сляба приблизительно на 1%, в зависимости от завода-производителя.

Вопросы и проблемы, рассмотренные в данной научной работе, соответствуют Государственной программе развития горно-металлургического комплекса Украины до 2100 года и Государственной программе энергосбережения. Выполнение научной работы связано с планами научно-исследовательских работ ДонНТУ.


1. Смирнов А.Н., Фоменко А.П., Орлов И.А. Совершенствование зашиты стали от вторичного окисления при разливке стали на МНЛЗ// Сталь. 1998. №11.-С.19-24.

2. Процессы непрерывной разливки/ Смирнов А.Н., Пилюшенко В.Л., Минаев А.А. и др. – Донецк: ДонНТУ, 2002

3. World Survey: Continuous Casting Machines for Steel. – Zurich: Concast Standard, 2001. – 216 p.

4. Control of early solidification in continuous casting by horizontal oscillation in synchronization with vertical oscillation of the mould/ T.Moshida, S. Itoyama, H.Tozawa et al. // 3rd European Conf. on Continuous Casting (Madrid-Spain, 20-23 October 1998). – Madrid, 1998. – P.515-524.

Похожие:

Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconДержавний вищий навчальний заклад Донецький національний технічний університет
Спеціалізація: «Енергомеханічні комплекси гірничого та гірничо- збагачувального виробництва» (емк)
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconДержавний вищий навчальний заклад «донецький національний технічний університет» в І с т І
Друкується за рішенням Вченої ради державного вищого навчального закладу
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconВнз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності
Збірка доповідей IV регіональної конференції «Комплексне використання природних ресурсів» (12 грудня 2011 р.) – Донецьк: Доннту,...
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconМіністерство освіти І науки україни донецький національний університет економіки І торгівлі імені михайла туган-барановського інститут обліку І фінансів
Донецький національний університет економіки І торгівлі імені михайла туган-барановського
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconТаврійський національний університет ім. В. І. Вернадського (науковий напрям: Філософія, культура та мистецтво)
Поэтому тема этнокультурных процессов на территории Таврического полуострова всегда была популярна. А оценки роли тех или иных народов,...
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconДонецький національний університет економіки І торгівлі імені Михайла Туган-Барановського

Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconСевастопольський національний технічний університет на правах рукопису Кокодей Тетяна Олександрівна
Вступ
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconДонецький національний університет
Еліптичні та слабко коерцитивні системи мінімальних диференціальних операторів у просторах соболєва
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconЗапорізький національний технічний університет
Постановою президії вак україни №1-05/4 від 26. 05. 2010 р журнал Радіоелектроніка
Артем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія) iconРабе Б. Искусство сервировки
Донецький національний університет економіки І торгівлі імені Михайла Туган-Барановського
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница