blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-10-747-755blackmet-1729Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПОЛНЕНИЯ МЕТАЛЛОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРА С ОТРАЖАТЕЛЕМ УНРСNUMERICAL MODELLING OF METAL FILLING IN CCM MOLD COMPLETED WITH DEFLECTORОдиноковВ. И.OdinokovV. I.

д.т.н., профессор, профессор-консультант кафедры «Машиностроение и металлургия»

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Dr. Sci. (Eng.), Professor-Consultant of the Chair “Mechanical Engineering and Metallurgy”

79122718858@yandex.ruЕвстигнеевА. И.EvstigneevA. I.

 д.т.н., профессор, проректор по науке и инновационной работе 

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27; 681005,  Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, ул. Металлургов, 1

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Vice Rector for Research and Innovation

diss@knastu.ruДмитриевЭ. А.DmitrievE. A.

д.т.н., доцент, ректор 

681013, Хабаровский край, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, Rector

rector@knastu.ruКомсомольский-на-Амуре государственный университетРоссияKomsomolsk-on-Amur State UniversityRussian FederationКомсомольский-на-Амуре государственный университет; Институт машиноведения и металлургии ДВО РАНРоссияKomsomolsk-on-Amur State University; Institute of Metallurgy and Mechanical Engineering Far-Eastern Branch of RASRussian Federation2019021120196210747755Copyright © Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., 20192019Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А.Odinokov V.I., Evstigneev A.I., Dmitriev E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1729

Течение жидкого расплава в кристаллизаторе установки непрерывной разливки стали (УНРС) до сих пор является малоизученным  процессом. Настоящая работа является продолжением работ, в которых с использованием уравнений гидродинамики и математической  физики, апробированного численного метода показана возможность теоретического исследования кинетики движения и тепловых потоков  жидкого металла в кристаллизаторе при его разливке традиционным способом. С использованием известной методики расчета можно  рассчитать потоки движений жидкого металла и их температуры в кристаллизаторе и при других способах подвода металла, включая  предлагаемый, и сравнить полученные результаты. Поставлена и решена трехмерная задача определения полей скоростей и температур  в  металле, подводимом в кристаллизатор УНРС из погружного стакана на отражатель круглого поперечного сечения. При этом используется методика расчета: система определяющих уравнений, численный метод, численная схема, алгоритм решения задачи. В расчетах  пренебрегали нарастающей на гранях кристаллизатора корочкой затвердевшего металла. Для объективного анализа результатов решения  задачи по традиционному и предложенному способам взяты одни и те же теоретические (скорость вытягивания из кристаллизатора) и геометрические параметры кристаллизатора прямоугольного сечения. По описанному в настоящей работе альтернативному способу подвода  жидкого металла в кристаллизатор прямоугольного сечения зарегистрирована заявка (№ 2018108974/02(013808)) и получено положительное решение на выдачу патента на полезную модель. Приведены некоторые результаты численного решения задачи, а именно, схемы  потоков жидкого металла и их температуры по различным сечениям кристаллизатора.

Flow of molten metal to the mold of continuous casting machine (CCM) is an insufficiently studied process up to the present  day. This paper is a continuation of author’s works published in  scien tific se rials last years. It shows the possibility of a theoretical  research of motion kinetics and thermal flows of molten metal in the  mold during traditional casting by using hydrodynamic theory and  mathematical physics equations and a proven numerical approach.  This familiar calculation methodology makes it possible to calculate  flows of molten metal motions and their temperatures in the mold  and to compare the obtained results with ones obtained during usage  of other methods of metal pouring including proposed method. This  paper describes and solves three-dimensional problem of determination of velocity and temperature fields in metal poured to CCM mold  from the submerged nozzle to the round deflector. In addition, the  calculation methodo logy described in previous works of the authors  is used, namely, the constitutive equation system, numeric method,  numerical scheme and algorithm for solving the problem. Hardened  metal crust forming on the mold faces was not considered in this  calculation. For the results objective analysis of the problem solving  in two ways (traditional and proposed), the same theoretical (speed  of pulling-out from crystallizer) and geometrical parameters of rectangular cross-section mold were taken. Application for an invention for the described alternative method of liquid metal supplying to  rectangular mold was registered (No.  2018108974/02 (013808)). The  article contains some results of numerical solution of the problem in  particular schemes of molten metal flows and their temperatures over  different sections of the mold.

численное моделирование кристаллизатор отражатель потоки расплава скорость течения температура расплаваnumeric modeling mold deflector melt flows flow velocity  melt temperatureReferencesEastman C.M., Glaws P.C. Steel quality improvements with vertical continuous casting at faircrest steel plant // ASTM Special Technical Publication. 2017. Vol. STP 1600. P. 1 – 22.Eastman C.M., Glaws P.C. Steel quality improvements with vertical  continuous casting at faircrest steel plant. ASTM Special Technical Publication. 2017, vol. STP 1600, pp. 1–22. Ho K., Pehlke R. Modelling of steel solidification using the general finite difference method // Warrendale. 1986. Vol. 6. P. 853 – 866.Ho K., Pehlke R. Modelling of steel solidification using the general  finite difference method. Warrendale. 1986, vol. 6, pp. 853–866.Ozava M., Okano S., Matsuno J. Influence des contitions du jet de coulee sur la formation de la peau solidifiee eu lingotiere de brames de colee con-tinue // Tensu to Hagane. 1976. Vol. 62. No. 4. P. 86.Ozava M., Okano S., Matsuno J. Influence des contitions du jet de  coulee sur la formation de la peau solidifiee eu lingotiere de brames  de colee continue. Tensu to Hagane. 1976, vol. 62, no. 4, pp. 86.  (In Fr.).Larreq M., Sagues C., Wanin M. Vodele mathematique de la soli dification eu coulee continue tenant compte de la convection al`interface solide-liquide // Revue de metallurgie. 1978. Vol. 75. No. 6. P. 337 – 352.Larreq M., Sagues C., Wanin M. Vodele mathematique de la solidification  eu  coulee  continue  tenant  compte  de  la  convection  al`interface solide-liquide. Revue de metallurgie. 1978, vol. 75,  no.  6, pp. 337–352. (In Fr.).Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.П., Производство стали. Т. 4. Непрерывная разливка металла. – М.: Теплотехник, 2008. – 528 с.Dyudkin D.A., Kisilenko V.V., Smirnov A.P. Proizvodstvo stali. T. 4. Nepreryvnaya razlivka metalla [Steel production. Vol. 4. Continuous metal casting]. Moscow: Teplotekhnik, 2008, 528 p. (In  Russ.). Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 552 с.Efimov V.A. Razlivka i kristallizatsiya stali [Casting and crystallization of steel]. Moscow: Metallurgiya, 1976, 552 p. (In Russ.).Intern. Symposium on Electromagnetic Processing of Materials. October 25-28, 1994. – Nagoya, Japan: ISIJ, 1994. – 580 p.Intern. Symposium on Electromagnetic Processing of Materials. October 25-28, 1994. Nagoya, Japan: ISIJ, 1994, 580 p.Одиноков В.И., Дмитриев В.А., Евстигнеев А.И. Численное моделирование процесса заполнения металлом кристаллизатора УНРС // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 493 – 499.Odinokov V.I., Dmitriev V.A., Evstigneev A.I. Numerical modeling  of the process of filling the CCM mold with metal. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017, vol. 60, no. 6, pp. 493–499. (In Russ.). Разработка нового способа разливки слябовых заготовок на МЛНЗ / В.В. Стулов, В.А. Матысик, Т.В. Новиков, С.В. Щербаков, И.В. Чистяков, А.П. Плотников. – Владивосток: Дальнаука, 2008. – 156 с.Stulov  V.V.,  Matysik  V.A.,  Novikov  T.V.,  Shcherbakov  S.V.,  Chistyakov I.V., Plotnikov A.P. Razrabotka novogo sposoba razlivki slyabovykh zagotovok na MLNZ [Development of a new method of  casting slab blanks on CCM]. Vladivostok: Dal’nauka, 2008, 156  p.  (In Russ.).Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И. Математическое моделирование процесса течения металла в кристаллизаторе при его подаче из погружного стакана с эксцентричными отверстиями // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 8. C. 606 – 612.Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I. Mathematical mode ling of metal flow in crystallizer at its supply from submersible  nozzle with eccentric holes. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018,  vol. 61, no. 8, pp. 606–612. (In Russ.).Dauby P., Kunstreich S. Application of micro-refrigerators as the active element on the crystallization of metall // ISS Tech. 2003. P. 491 – 504.Dauby P., Kunstreich S. Application of micro-refrigerators as the  active element on the crystallization of metall. ISS Tech. 2003,  pp.  491–504.Wolf M. Application of micro-refrigerators // Iron and Steel Intern. 1995. No. 9. P. 36 – 37.Wolf M. Application of micro-refrigerators. Iron and Steel Intern.  1995, no. 9, pp. 36–37.Kohn A., Morillon Y. Etnde mathematique de la solidification des lingots en acier midur // Revue de Metallurgie. 1966. Vol. 63. No. 10. P. 779 – 790.Kohn A., Morillon Y. Etnde mathematique de la solidification des  lingots en acier midur. Revue de Metallurgie. 1966, vol. 63, no. 10,  pp. 779–790. (In Fr.).Mizikar E. Mathematical heat transfer model for solidification of con- tinuons cast steel slabs // Trans. of the Metallurgical Society of AIME. 1967. Vol. 239. No. 11. P. 1747.Mizikar E. Mathematical heat transfer model for solidification of  con- tinuons cast steel slabs. Trans. of the Metallurgical Society of AIME. 1967, vol. 239, no. 11, pp. 1747.Szekely J., Stanek V. On heat transfer and liquid mixing in the continuous casting of steel // Metallurgical Transactions. 1970. Vol. 1. No. 1. P. 119 – 126.Szekely J., Stanek V. On heat transfer and liquid mixing in the continuous casting of steel. Metallurgical Transactions. 1970, vol. 1,  no.  1, pp. 119–126.Кабаков З.К., Килимник И.А., Самойлович Ю.А. Математическое моделирование тепловых процессов в затвердевающем слитке при перемешивании жидкой сердцевины // Изв. вуз. Черная металлургия. 1989. № 2. С. 115 – 119.Kabakov Z.K., Kilimnik I.A., Samoilovich Yu.A. Mathematical  modeling of thermal processes in hardening ingot with mixing of the  liquid core. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1989, no. 2, pp. 115–119.  (In Russ.).Соболев В.В., Трефилов П.М. Оптимизация тепловых режимов затвердевания расплава. – Красноярск: изд. КГУ, 1986. – 152 с.Sobolev V.V., Trefilov P.M. Optimizatsiya teplovykh rezhimov zatverdevaniya rasplava [Optimization of thermal modes of melt solidification]. Krasnoyarsk: izd. KGU, 1986, 152 p. (In Russ.).Калугин Ю.А., Сорокин С.В. Исследование теплообмена в каналах охлаждения кристаллизатора МНЛЗ. – Вологда: изд. ВПИ, 1987. – 25 с.Kalugin Yu.A., Sorokin S.V. Issledovanie teploobmena v kanalakh okhlazhdeniya kristallizatora MNLZ [The study of heat transfer  in cooling channels of CCM]. Vologda: izd. VPI, 1987, 25 p. (In  Russ.).Самойлович Ю.А., Седяко Д.Г., Малевич Ю.А. Определение оптимальных режимов охлаждения заготовок при непрерывном литье // Изв. вуз. Черная металлургия. 1989. № 8. С. 103 – 106.Samoilovich Yu.A., Sedyako D.G., Malevich Yu.A. Determination of optimal cooling modes for billets in continuous casting. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1989, no. 8, pp. 103–106. (In  Russ.).Нисковских В.М. Создание высокопроизводительных слябовых МНЛЗ / Автореферат дисс. … канд. техн. наук: Свердловск, 1981. – 18 с.Niskovskikh  V.M.  Sozdanie vysokoproizvoditel’nykh slyabovykh MNLZ: avtoreferat diss. … kand. tekhn. nauk [Creation of highperformance slab CCM: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss.].  Sverdlovsk, 1981, 18 p. (In Russ.).Drazin P.G., Riley N. The Navier-Stokes equations: a classification of flows and exact solutions. London Mathematical Society Lecture Note Series. Vol. 334. – Cambridge University Press, 2006. – 206 p.Drazin P.G., Riley N. The Navier-Stokes equations: a classification of flows and exact solutions. London Mathematical Society Lecture  Note Series. Vol. 334. Cambridge University Press, 2006, 206 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.