blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-3-237-243blackmet-2078Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYMоделирование нового способа подачи и перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе установки непрерывной разливки сталиSimulation of a new method for supplying and stirring liquid metal in a CCM moldОдиноковВ. И.OdinokovV. I.

Валерий Иванович Одиноков, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник Управления научно-исследовательской деятельностью

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

Valerii I. Odinokov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. – Consultant, Chief Researcher of the Department of Research Activities

27 Lenina ave., Komsomolsk-on-Amur, Khabarovsk Territory 681013

79122718858@yandex.ruДмитриевЭ. А.DmitrievE. A.

Эдуард Анатольевич Дмитриев, д.т.н., доцент, ректор

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

Eduard A. Dmitriev, Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof., Rector

27 Lenina ave., Komsomolsk-on-Amur, Khabarovsk Territory 681013

rector@knastu.ruЕвстигнеевА. И.EvstigneevA. I.

Алексей Иванович Евстигнеев, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник Управления научно-исследовательской деятельностью

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

Aleksei I. Evstigneev, Dr. Sci. (Eng.), Dr. Sci. (Eng.), Prof.-Consultant,Chief Researcher of the Department of Research Activities

27 Lenina ave., Komsomolsk-on-Amur, Khabarovsk Territory 681013

diss@knastu.ruАлександровС. Ю.AleksandrovS. Yu.

Сергей Юрьевич Александров, старший преподаватель

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

Sergei Yu. Aleksandrov, Senior Lecturer

27 Lenina ave., Komsomolsk-on-Amur, Khabarovsk Territory 681013

sandrov@mail.ruКомсомольский-на-Амуре государственный университетРоссияKomsomolsk-on-Amur State UniversityRussian Federation202109042021643237243Copyright © Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И., Александров С.Ю., 20212021Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И., Александров С.Ю.Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I., Aleksandrov S.Y.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/2078

Значительное влияние на стабильность процесса заполнения кристаллизатора установки непрерывной разливки стали (УНРС) жидким металлом оказывают конструктивно-технологические схемы и конструкции применяемых устройств, режимы и параметры заливки кристаллизатора расплавом. Все это связано с особенностями применяемых устройств и совершенствованием их конструкции. Высокие требования, предъявляемые к таким устройствам, определили необходимость создания новых конструкций устройств, предназначенных для сокращения затрат времени на подготовку к работе и обслуживание, повышение качества получаемых металлозаготовок. В научной литературе, в том числе и патентной, все больше публикуется статей и материалов по разработке новых и совершенствованию существующих способов подачи и перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе УНРС и устройств для их осуществления. Экспериментальные исследования течения жидкого металла в кристаллизаторе УНРС являются продолжительным, сложным и трудоемким процессом. Поэтому все шире используется для этого математическое моделирование численными методами. Авторами предложена новая технология разливки жидкого металла в кристаллизатор и устройство для его осуществления за счет использования эффекта вращающегося в кристаллизаторе глуходонного погружного стакана с эксцентричными выходными отверстиями. Целью настоящей работы является моделирование апробированным численным методом нового процесса заполнения прямоугольного кристаллизатора УНРС жидкой сталью и ее перемешивание. По разработанным численным схемам и алгоритмам составлена программа расчета. Приведен пример расчета разливки стали в кристаллизатор прямоугольного сечения, схемы потоков жидкого металла в сечении кристаллизатора.

A significant influence on stability of the process of filling the CCM mold with liquid metal is exerted by the structural and technological schemes and designs of used devices, modes and parameters of filling the mold with the melt. All this is due to the features of the devices used and the improvement of their design. The high requirements for such devices have determined the need to create new devices designs to reduce the time spent on preparation for work and maintenance and to improve the quality of resulting metal billets. In scientific literature, including patents, more and more articles and materials are devoted to the development of new and improvement of the existing methods of supplying and stirring liquid metal in CCM and devices for their implementation. Experimental studies of liquid metal flow in CCM are a long, complex and laborious process. Therefore, mathematical modeling by numerical methods is increasingly used for this purpose. The authors have proposed a new technology for pouring liquid metal into a mold and a device for its implementation due to the use of effect of a deep-bottom submersible nozzle rotating in the mold with eccentric outlet holes. The purpose of this work is to simulate by proven numerical method a new process of filling a rectangular CCM mold with liquid steel and stirring it. Based on the developed numerical schemes and algorithms, a calculation program was compiled. The article describes an example of calculating the steel casting into a mold of rectangular cross-section and flow diagrams of liquid metal in it.

моделированиезаполнениежидкий металлкристаллизаторвращающийся погружной стаканполе скоростейmodelingfillingliquid metalmoldrotating submerged nozzlevelocity fieldReferencesДюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.Н. Производства стали. Т. 4. Непрерывная разливка металла. М.: Теплотехник, 2009. 528 с.Dyudkin D.A., Kisilenko V.V., Smirnov A.P. Steel Production. Vol. 4: Continuous Casting of Metal. Moscow: Teplotekhnik, 528 p. (In Russ.).Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976. 552 с.Efimov V.A. Casting and Crystallization of Steel. Moscow: Metallurgiya, 1976, 552 p. (In Russ.).Акименко А.Д., Гирский В.Е., Гуськов А.И. Влияние способов подвода металла в кристаллизатор на формирование осевой зоны квадратного слитка // Сталь. 1973. № 5. С. 408–409.Akimenko A.D., Girskii V.E., Gus’kov A.I. Influence of methods of metal supplying into a mold on axial zone formation in a square ingot. Stal’. 1973, no. 5, pp. 408–409. (In Russ.).Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И. Численное моделирование процесса заполнения металлом кристаллизатора УНРС // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 493–498. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-493-499Odinokov V.I., Dmitriev E.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. 493-498. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-6-493-499Intern. 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.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. Development of a new method for casting slab billets in 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 // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 8. С. 606–612. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-8-606-612Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I. Mathematical modeling 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.). https://doi.org/10.17073/0368-07972018-8-606-612Куберский С.В., Семирягин С.О., Федоров О.В. Расчеты технологических и конструктивных параметров МЛНЗ: Учебное пособие. Алчевск: ДОНГТУ, 2006. 146 с.Kuberskii S.V., Semiryagin S.O., Fedorov O.V. Calculations of CCM Technological and Design Parameters: Textbook. Alchevsk: DONSTU, 2006, 146 p. (In Russ.).Смирнов А.А., Нисковских В.М., Куликов В.И. Исследование процесса электромагнитного перемешивания металла в слябовых МНЛЗ методом моделирования // Совершенствование конструкций, исследование и расчет машин непрерывного литья заготовок: Сборник научных трудов. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1987. С. 85–90.Smirnov A.A., Niskovskikh V.M., Kulikov V.I. Investigation of electromagnetic metal mixing in slab CCM by modeling method. In: Improvement of Design, Research and Calculation of Continuous Casting Machines: Proceedings. Moscow: VNIIMETMASh, 1987, pp. 85–90. (In Russ.).Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А. Численное моделирование процесса заполнения металла кристаллизатора с отражателем УНРС // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 747–755. https://doi.org/10.17073/0368-07972019-10-747-755Odinokov V.I., Evstigneev A.I., Dmitriev E.A. Numerical modeling of metal filling in CCM mold completed with deflector. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 10, pp. 747–755. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-10-747-755Ho K., Pehlke R. Modelling of steel solidification using the general finite difference method. 5th Int. Iron and Steel. Congr. Proc. 6th Process Technol. Conf. (Apr. 6–9, 1986). Warrendale. 1986. Vol. 6. P. 853–866.Ho K., Pehlke R. Modeling of steel solidification using the general finite difference method. 5th Int. Iron and Steel. Congr. Proc. 6th Process Technol. Conf. (Apr. 6 – 9, 1986). Warrendale. 1986, vol. 6, pp. 853–866.Kohn A., Morillon Y. Etndemathematique de la solidification des lingotsenacier mi-dur. Revue de Metallurgie. 1966, vol. 63, no. 10, pp. 779–790. (In Fr.).Kohn A., Morillon Y. Etndemathematique de la solidification des lingotsenacier mi-dur. Revue de Metallurgie. 1966, vol. 63, no. 10, pp. 779–790. (In Fr.).Mizikar E. Mathematical heat transfer model for solidification of continuous cast steel slabs. Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1967, vol. 239, no. 11, pp. 1747.Mizikar E. Mathematical heat transfer model for solidification of continuous cast steel slabs. Transactions 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, pp. 119.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.Ozava M., Okano S., Matsuno J. Influence des contitions du jet de coulee sur la formation de la peau solidifiee eulingotiere de brames de colee continue. Tetsu-to-Hagane. 1976, vol. 62, no. 4, pp. 86. (In Fr.).Ozava M., Okano S., Matsuno J. Influence des contitions du jet de coulee sur la formation de la peau solidifiee eulingotiere de brames de colee continue. Tetsu-to-Hagane. 1976, vol. 62, no. 4, pp. 86. (In Fr.).Larreq M., Sagues C., Wanin M. Vodele mathematique de la solidification eu coulee continue tenant compte de la solidificationeu al`interfacesolide-liquide. Revue de Metallurgie. 1978, vol. 75, no. 6, pp. 337–352. (In Fr.).Larreq M., Sagues C., Wanin M. Vodele mathematique de la solidification eu coulee continue tenant compte de la solidificationeu al`interfacesolide-liquide. Revue de Metallurgie. 1978, vol. 75, no. 6, pp. 337–352. (In Fr.).Yuan Q., Shi T., Vanka S.P., Thomas B.G. Simulation of turbulent flow and particle transport in the continuous casting of steel. Computational Modeling of Materials Minerals and Metals. Warrendale, PA, 2002, pp. 491–500.Yuan Q., Shi T., Vanka S.P., Thomas B.G. Simulation of turbulent flow and particle transport in the continuous casting of steel. Computational Modeling of Materials Minerals and Metals. Warrendale, PA, 2002, pp. 491–500.Thomas B.G., Zhang L. Mathematical modeling of fluid flow in continuous casting. ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 10, pp. 1181–1193. http://doi.org/10.2355/isijinternational.41.1181Thomas B.G., Zhang L. Mathematical modeling of fluid flow in continuous casting. ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 10, pp. 1181–1193. http://doi.org/10.2355/isijinternational.41.1181Thomas B.G., Mika L.J., Najjar F.M. Simulation of fluid flow inside a continuous slab casting machine. Metallurgical Transactions B. 1990, vol. 21, no. 2, pp. 387–400. http://doi.org/10.1007/BF02664206Thomas B.G., Mika L.J., Najjar F.M. Simulation of fluid flow inside a continuous slab casting machine. Metallurgical Transactions B. 1990, vol. 21, no. 2, pp. 387–400. http://doi.org/10.1007/BF02664206Nartst Kh.-P., Kellerer S., Shtakhel’berger K., Merval’d K., Federshpil’ K., Val’ G. Innovative solutions and practical results of continuous slab casting technology. Chernye metally. 2003, no. 11, pp. 34–38. (In Russ.).Nartst Kh.-P., Kellerer S., Shtakhel’berger K., Merval’d K., Federshpil’ K., Val’ G. Innovative solutions and practical results of continuous slab casting technology. Chernye metally. 2003, no. 11, pp. 34–38. (In Russ.).Vimmer F., Tene X., Pekshtainer L. High-speed casting of small-cell billets on continuous casting machine with “Diamould” mold. Stal’, 1999, no. 6, pp. 22–26. (In Russ.).Vimmer F., Tene X., Pekshtainer L. High-speed casting of small-cell billets on continuous casting machine with “Diamould” mold. Stal’, 1999, no. 6, pp. 22–26. (In Russ.).Davidson P.A., Boysan F. The importance of secondary flow in the rotary electromagnetic stirring of steel during continuous casting. Applied Scientific Research. 1987, vol. 44, no. 1-2, pp. 241–259. http://doi.org/10.1007/BF00412016Davidson P.A., Boysan F. The importance of secondary flow in the rotary electromagnetic stirring of steel during continuous casting. Applied Scientific Research. 1987, vol. 44, no. 1-2, pp. 241–259. http://doi.org/10.1007/BF00412016Oler K., Odental’ Kh.-Yu., Pfaifer G., Lemanovich I. Digital modeling of the processes of metal flow and solidification in continuous casting machine for casting thin slabs. Chernye metally. 2002, no. 8, pp. 22–30. (In Russ.).Oler K., Odental’ Kh.-Yu., Pfaifer G., Lemanovich I. Digital modeling of the processes of metal flow and solidification in continuous casting machine for casting thin slabs. Chernye metally. 2002, no. 8, pp. 22–30. (In Russ.).Aikhinger A., Frauenkhuber K., Khedl’ X., Merval’d K. State-ofthe-art equipment for high-performance continuous casting. Stal’. 2000, no. 3, pp. 25-28.Aikhinger A., Frauenkhuber K., Khedl’ X., Merval’d K. State-ofthe-art equipment for high-performance continuous casting. Stal’. 2000, no. 3, pp. 25-28.Odinokov V.I., Kaplunov B.G., Peskov A.V., Bakov A.V. Mathematical Modeling of Complex Technological Processes. Moscow: Nauka, 2008, 176 p. (In Russ.).Odinokov V.I., Kaplunov B.G., Peskov A.V., Bakov A.V. Mathematical Modeling of Complex Technological Processes. Moscow: Nauka, 2008, 176 p. (In Russ.).Odinokov V.I., Gornakov A.I. Mathematical modeling of melt hydrodynamics in a continuous casting machine. Certificate of state registration of computer programs no. 201261228. Publ. 22.05.2012. (In Russ.).Odinokov V.I., Gornakov A.I. Mathematical modeling of melt hydrodynamics in a continuous casting machine. Certificate of state registration of computer programs no. 201261228. Publ. 22.05.2012. (In Russ.).Kim W.S., Chair T.S. A simplified phenomenological theory of viscosity for liquid metals. Bulletin of the Korean Chemical Society. 2001, vol. 22, no. 1, pp. 43–45.Kim W.S., Chair T.S. A simplified phenomenological theory of viscosity for liquid metals. Bulletin of the Korean Chemical Society. 2001, vol. 22, no. 1, pp. 43–45.Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I., etc. A device for supplying and mixing steel in CCM mold. Patent RF 2741611. Byulleten’ izobretenii. 2021, no. 3. (In Russ.).Odinokov V.I., Dmitriev E.A., Evstigneev A.I., etc. A device for supplying and mixing steel in CCM mold. Patent RF 2741611. Byulleten’ izobretenii. 2021, no. 3. (In Russ.).

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