Представлены результаты физического моделирования работы погружных стаканов различной конфигурации. Изучены процессы волно- и вихреобразования на границе шлак - металл в кристаллизаторе слябовых МНЛЗ. На основе результатов математических расчетов сформулированы основные принципы работы с переменным уровнем при различной ширине кристаллизатора слябовой МНЛЗ.

Установлено, что увеличения стойкости футеровки промковша удается достичь при применении металлоприемников специальной геометрической формы из высокопрочных бетонов, учитывающих специфику конструкции промковша и условия разливки. Рассмотрены результаты моделирования потоков в металлоприемнике. В условиях конвертерного цеха ОАО "Енакиевский МЗ" достигнута максимальная серийность разливки 64 плавки, что соответствует разливке 9,3 тыс. т стали из одного промковша.

Рассмотрены особенности непрерывной разливки стали на слябовой МНЛЗ с применением погружных стаканов различных конструкций. Изучены переменные факторы процесса разливки стали с применением погружного стакана и их влияние на процессы истечения металла в кристаллизаторе.

Предложен способ определения температурного поля заготовки упрощенным инженерным методом, что позволит исключить брак по нагреву, а также проводить процесс нагрева с минимальными энергетическими затратами. Представлен анализ изменения температурного поля массивных стальных заготовок для области перехода от упругого к пластичному состоянию металла.

Выполнен анализ особенностей работы промежуточных ковшей на многоручьевых сортовых МНЛЗ при разливке стали сверхдлинными сериями. Показана роль конструкции металлоприемника в части обеспечения рационального движения циркуляционных потоков в жидкой ванне промежуточного ковша. Разработана физическая модель и выполнен выбор рабочих сред, обеспечивающих совмещенную оценку динамики развития конвективных потоков при условии размывания отдельных элементов металлоприемника. Показано, что разработанная физическая модель позволяет выполнять сравнительные качественные оценки динамики размывания металлоприемников различных конструкций и степени трансформации циркуляционных потоков в жидкой ванне промежуточного ковша.

Выполнено моделирование процесса формирования следов качания на поверхности непрерывнолитых заготовок на холодной модели при переливе жидкой фазы через твердую корочку. Показано, что формирующаяся вблизи стенки кристаллизатора твердая корочка состоит преимущественно из мелких равноосных кристаллов, что объясняется повышенной интенсивностью отвода тепла в этой зоне. Проанализированы процессы роста твердой корочки в районе мениска в период первичной кристаллизации заготовки.

Выполнены исследования движения потоков стали в семиручьевом промежуточном ковше сортовой машины непрерывного литья заготовок. Показано, что для обеспечения разливки сверхдлинными сериями целесообразно обеспечить рациональное движение циркуляционных потоков, которое достигается при применении двухкамерного металлоприёмника колодцеобразного типа. В ходе промышленных исследований достигнутая серийность разливки составила 37 плавок при продолжительности 53 ч.

Формирование тонких продольных трещин, формирующихся в поверхностных и подповерхностных слоях, обусловлено концентрацией по границам кристаллов легкоплавких элементов или соединений, входящих в состав рафинированной меди. Установлено, что слиток, отлитый в условиях возвратно-поступательного движения кристаллизатора, имеет более плотную и мелкозернистую структуру, а поверхность его более чистая и ровная без характерных бугорков (ликваты фосфора) и ужимин.

Рассмотрено влияние образования отложений и уменьшения сечений выходных отверстий погружного стакана на характер циркуляционных потоков в жидкой ванне кристаллизатора и ход процесса непрерывной разливки. Показано, что вдувание аргона в кристаллизатор слябовой МНЛЗ через стопор-моноблок с расходом 5 - 8 л/мин позволяет уменьшить интенсивность вторичного окисления и уменьшить вероятность зарастания внутренней полости погружного стакана различного рода отложениями.

Рассмотрены основные приемы организации направленных потоков в промежуточном ковше, что обеспечивает стабильность разливки на МНЛЗ и рафинирование стали. Показано, что для достижения максимальной эффективности удаления неметаллических включений представляется целесообразным использование принудительного перемешивания посредством наложения электромагнитного поля. Наиболее эффективным при этом является двухкамерный промежуточный ковш.

Выполнен обзор современных методов электромагнитного воздействия на металл при непрерывной разливке стали. Показаны особенности использования электромагнитного воздействия в промежуточном ковше, кристаллизаторе, зоне вторичного охлаждения и финальной зоне затвердевания. Обозначены области применения таких электромагнитных систем для разливки различного сортамента сталей.

Спецификой разливки сортовой заготовки на многоручьевых сортовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является отсутствие возможности контроля качества каждой заготовки, в том числе и ее поверхности. Представлены результаты промышленных исследований условий возникновения поверхностных дефектов, связанных с разбрызгиванием стали на участке стакан-дозатор промковша и кристаллизатор сортовой МНЛЗ, а также оценка возможности уменьшения явления веерения в период старта МНЛЗ. Также представлены результаты применения "калибровочных" вставок для стаканов-дозаторов с альтернативным химическим составом. Результаты работы свидетельствуют о перспективности исследований, направленных на применение "калибровочных" стаканов-дозаторов с альтернативным химическим составом, позволяющих обеспечить стабильное истечение струи металла на старте серии МНЛЗ.

Эксплуатационный ресурс погружного стакана может быть снижен вследствие зарастания или размывания его полости, а также эрозионного износа в зоне шлакового пояса. При этом зарастание погружного стакана является серьезной проблемой, так как носит непрерывный характер и оказывает существенное влияние на гидродинамическую картину истечения металла внутри кристаллизатора слябовой машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), делая ее асимметричной. Это обстоятельство в свою очередь сказывается на качестве получаемой непрерывнолитой заготовки. В процессе непрерывной разливки полость погружного стакана постепенно зарастает, и характер истечения потоков изменяется, что приводит к нарушению технологического процесса и может вызывать волнообразование на мениске металла, а также подмывание корочки затвердевающего металла на узких стенках кристаллизатора. Визуальное подтверждение серьезного нарушения картины распределения потоков в кристаллизаторе возможно уже на самом последнем этапе разливки непосредственно перед заменой погружного стакана. Исходя из этого, в статье представлены исследования, направленные на изучение процессов истечения металла в кристаллизаторе в середине или конце разливки при использовании погружного стакана, в полости которого наблюдаются отложения включений. Представлены результаты физического моделирования процессов поведения жидкой стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ при зарастании полости погружного стакана включениями для нескольких наиболее характерных ситуаций. Исследован процесс образования воронкообразных вихрей в кристаллизаторе, а также выявлены основные негативные последствия этого явления. Возникновение воронкообразных вихрей следует связывать с развитием процессов зарастания, а именно асимметричным характером движения металла в кристаллизаторе. Вследствие этого вглубь жидкой ванны вовлекаются частички шлакообразующей смеси и остаточные включения.

Наиболее эффективным методом исследования динамики затвердевания различного рода слитков является физическое моделирование. Создана физическая модель, имитирующая поперечное сечение непрерывнолитой заготовки. Представлены результаты физического моделирования процесса затвердевания непрерывнолитой заготовки при принудительном перемешивании еежидкой сердцевины. Отображены особенности формирования ее жидкой сердцевины магнитным полем на разных этапах затвердевания. В результате проведенных экспериментов установлено, что в процессе принудительного перемешивания жидкой сердцевины при взаимодействии потока расплава с фронтом затвердевания скорость роста ветвей дендрита первого порядка снижается на 50 - 90 %, а скорость роста ветвей второго порядка увеличивается по сравнению со спокойным состоянием ванны на 20 - 90 %. При этом наибольшие значения увеличения скорости роста наблюдаются у дендритов, вторичные ветви которых растут в направлении, противоположном движению потока жидкости. Преимущественное развитие ветвей второго порядка дендритов кристаллов в этом случае позволяет заполнить объемы жидкости в межкристаллическом пространстве и увеличить плотность твердой оболочки. Показано, что вершины столбчатых кристаллов, выступающих за фронт затвердевания, отламываются, осколки дендритов попадают в жидкую ванну, а сами кристаллы деформируются при столкновении с движущимися равноосными кристаллами. При этом линия фронта затвердевания выравнивается, а формирующаяся кристаллическая структура уплотняется. Наличие частиц твердой фазы перед фронтом затвердевания в зоне роста столбчатых кристаллов, в свою очередь, при определенных условиях способствует ускорению перехода от зоны стобчатых к зоне равноосных кристаллов.

В мировой практике наблюдается тенденция к созданию металлургических микрозаводов, которые имеют принципиальные отличия в технологическом отношении в сравнении с минизаводами и традиционными металлургическими комбинатами. Технологическая цепочка таких микропроизводств исключает внепечную обработку металла между плавильным агрегатом и разливкой в силу небольшого объема печей. В этой связи промежуточный ковш машин непрерывной (МНЛЗ) или полунепрерывной (МПНЛЗ) разливки стали претерпевает значительные конструктивные изменения, связанные с переносом части операций обработки стали на участок разливки. В этой связи возникает необходимость в исследовании процессов истечения металла в промежуточных ковшах МНЛЗ и МПНЛЗ, используемых в условиях современных металлургических микрозаводов. Для этого была разработана физическая модель и выполнен выбор рабочих сред, обеспечивающих совмещенную оценку динамики истечения потоков внутри двухкамерного промежуточного ковша с применением электромагнитного перемешивания, которое используется на МНЛЗ и МПНЛЗ в условиях современного микрозавода. Выбор двухкамерных промежуточных ковшей для металлургических микрозаводов объясняется необходимостю разделения части технологических операций внутри промежуточного ковша. Также, метод создания вращательного движения потоков в центрифугальной камере промежуточного ковша имеет определенные преимущества перед другими методами, а именно высокую эффективность обработки в плане удаления неметаллических включений, надежность эксплуатации и простоту в обслуживании, а также позволяет адаптировать эту технологию к условиям эксплуатируемых промежуточных ковшей МНЛЗ, МПНЛЗ. Разработанная физическая модель позволяет выполнить оценку эффективности использования различных конструкций металлоприемников, оценить характер вращения моделирующей жидкости в камере при изменении скорости вращения и положения зоны приложения усилия, а также оценить резидентное время и эффективность удаления различного рода включений. Физическая модель выполнена из органического стекла, что дает возможность визуализировать характерные стадии наблюдаемых процессов.

Індекс рубрикатора НБУВ: К616.33-1

Рубрики:

Безперервне лиття

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Создана физическая модель, имитирующая поперечное сечение непрерывнолитой медной заготовки трапециевидного профиля. Представлены результаты физического моделирования процесса затвердевания непрерывнолитой медной заготовки. Отображены особенности формирования кристаллической структуры непрерывнолитой медной заготовки трапециевидного профиля в процессе разливки металла на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) роторного типа. В ходе физического моделирования установлено, что механизм затвердевания модельного вещества при исследовании особенностей формирования кристаллической структуры медной трапециевидной заготовки имеет существенные отличия от "классического" механизма кристаллизации, при котором кристаллы растут параллельно друг другу. Основной особенностью формирования кристаллической структуры слитка меди является то, что направление роста дендритов в большинстве случаев является хаотичным относительно поверхности теплоотвода, а скорости роста отдельных кристаллов отличаются на 25 - 35 %. При этом развитие близлежащих кристаллов прекращается из-за столкновения с вторичными ветвями более интенсивно развивающихся дендритов. Также в процессе моделирования установлено, что при кристаллизации расплава по описанному выше механизму возможно столкновение наиболее интенсивно развивающихся кристаллов, растущих на соседних гранях, при котором смыкающиеся главные оси дендритов отделяют часть жидкой фазы от общего объема. Этот изолированный объем жидкой фазы не имеет возможности подпитываться расплавом из осевой части заготовки. Усадка таких областей в процессе затвердевания является причиной формирования пор внутри слитка. Неупорядоченное расположение внутренних пор в поперечном сечении трапециевидного медного бруска объясняется хаотичностью направлений роста дендритных кристаллов, различием скоростей их роста.

Індекс рубрикатора НБУВ: К616.33-1

Рубрики:

Безперервне лиття

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Создана физическая модель, имитирующая поперечное сечение непрерывнолитой медной заготовки трапециевидного профиля. Представлены результаты физического моделирования процесса затвердевания непрерывнолитой медной заготовки. Отображены особенности формирования кристаллической структуры непрерывнолитой медной заготовки трапециевидного профиля в процессе разливки металла на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) роторного типа. В ходе физического моделирования установлено, что механизм затвердевания модельного вещества при исследовании особенностей формирования кристаллической структуры медной трапециевидной заготовки имеет существенные отличия от "классического" механизма кристаллизации, при котором кристаллы растут параллельно друг другу. Основной особенностью формирования кристаллической структуры слитка меди является то, что направление роста дендритов в большинстве случаев является хаотичным относительно поверхности теплоотвода, а скорости роста отдельных кристаллов отличаются на 25 - 35 %. При этом развитие близлежащих кристаллов прекращается из-за столкновения с вторичными ветвями более интенсивно развивающихся дендритов. Также в процессе моделирования установлено, что при кристаллизации расплава по описанному выше механизму возможно столкновение наиболее интенсивно развивающихся кристаллов, растущих на соседних гранях, при котором смыкающиеся главные оси дендритов отделяют часть жидкой фазы от общего объема. Этот изолированный объем жидкой фазы не имеет возможности подпитываться расплавом из осевой части заготовки. Усадка таких областей в процессе затвердевания является причиной формирования пор внутри слитка. Неупорядоченное расположение внутренних пор в поперечном сечении трапециевидного медного бруска объясняется хаотичностью направлений роста дендритных кристаллов, различием скоростей их роста.