МОДЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ ПОТОКОВ СТАЛИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ ВО ВРЕМЯ ЗАМЕНЫ ПОГРУЖНЫХ СТАКАНОВ

Освещены результаты анализа направлений и современных методов исследований в области непрерывной разливки стали, связанных с выявлением и устранением факторов, оказывающих негативное влияние на качество поверхности непрерывнолитых заготовок. Показано, что существующая концепция построения систем быстрой смены погружных стаканов, эксплуатируемых на слябовых МНЛЗ, приводит к формированию на каждом ручье машины в течение серийной разливки 20 плавок некондиционного участка заготовки длиной 30 – 40 м, образующегося в итоге из-за нестабильных гидродинамических условий в кристаллизаторе. Приведены результаты исследования на физической модели изменений траектории и скорости движения потоков металла в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ, связанных с заменой погружных стаканов в процессе серийной разливки стали, а также предложены рекомендации по снижению длительности негативного воздействия данного фактора на условия формирования отливаемой заготовки. При помощи контрольно-измерительного комплекса с тензорезисторным преобразователем установлено, что перепад скоростей жидкостных потоков у противоположных узких стенок модели кристаллизатора, вызывающий нарушение тепловых условий формирования корочки непрерывнолитой заготовки, в случае использования прямоточных погружных стаканов может достигать значений 2 – 2,3, а для безнапорных глуходонных стаканов с двумя боковыми отверстиями, разделенными рассекателем, 1,2 – 4. С использованием материалов скоростной видеосъемки также получена информация о нарушении симметрии траектории циркуляционных контуров потоков расплава в кристаллизаторе, обусловленном проведением операции замены изношенного погружного стакана. В ходе исследований визуализацию траекторий движения потоков воды, имитировавшей жидкую сталь, в модели кристаллизатора обеспечивали введением через канал модели стопора-моноблока промежуточного ковша воздуха, благодаря чему симулировали подачу аргона во время разливки. Полученные сведения позволили разработать новый принцип построения системы быстрой смены погружных стаканов, заключающийся в совмещенном и параллельном выполнении ее структурными элементами (манипулятором, разливочным и переталкивающим устройствами) отдельных этапов процесса замены огнеупорных изделий. Это позволяет сократить временные затраты на смену изношенного погружного стакана и повысить выход годного при производстве слябовой заготовки на МНЛЗ.

1. Куклев А.В., Лейтес А.В. Практика непрерывной разливки стали. – М.: Металлургиздат, 2011. – 432 с.

2. Девятов Д.Х., Логунова О.С., Тутарова В.Д., Ячиков И.М. Управление качеством непрерывнолитых заготовок. – Магнитогорск: МГТУ, 2006. – 367 с.

3. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Технологии современной металлургии. – М.: Новые технологии, 2004. – 784 с.

4. Смирнов А.Н., Глазков А.Я., Пилюшенко В.Л. Теория и практика непрерывного литья заготовок. – Донецк: ДонГТУ, 2000. – 364 с.

5. Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. Развитие технологии непрерывной разливки стали. – М.: ЭЛИЗ, 2002. – 208 с.

6. Козырев Н.А., Гизатулин Р.А. Машины и процессы непрерывного литья заготовок. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – 357 с.

7. Смирнов А.Н., Ефимова В.Г., Верзилов А.П., Максаев Е.Н. Зарастание погружных стаканов слябовой МНЛЗ // Сталь. № 11. 2014. С. 14–18.

8. Ильин В.И., Носов С.К., Федоров Л.К., Шеховцов Е.В., Паршин В.М. Испытания безнапорных погружных стаканов при разливке колесобандажного металла // Сталь. № 12. 2001. С. 22–25.

9. Горнаков А.И. Моделирование процесса движения жидкого металла в кристаллизаторе установки непрерывного литья стали: Дис. … канд. техн. наук. – Комсомольск-на-Амуре: Учреждение Российской академии наук Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН, 2013. – 128 с.

10. Гущин В.Н. Разработка способов технологического воздействия на формирование непрерывнолитых заготовок и слитков и оборудования для их реализации с целью повышения качества металла: Дис. … док. техн. наук. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2011. – 356 с.

11. Коллберг С.Г., Хакль X.Р., Лехман А.Ф., Эриксон Я.Э. Традиционная разливка слябов с применением электромагнитных систем // Сталь. № 5. 2007. С. 53–61.

12. Вдовин К.Н., Точилкин В.В., Ячиков И.М. Непрерывная разливка стали. Гидромеханика машин непрерывного литья заготовок. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского государственного технического университета, 2014. – 348 с.

13. Ерошкин С.Б., Бобылев Г.С., Попович В.Н., Райко В.А., Ницль Г., Дэвис Д. Опыт применения погружных стаканов фирмы «Foseco GmbН» на слябовой МНЛЗ ОАО «Северсталь» // Сталь. № 5. 2007. С. 61–66.

14. Еронько С.П., Быковских С.В., Ошовская Е.В. Расчет и конструирование оборудования для внепечной обработки и разливки стали. – Киев: Техніка, 2007. – 344 с.

15. Герасименко В.Г., Чайка Д.В. Физическое моделирование гидродинамики непрерывной разливки // Металлургическая и горнорудная промышленность. № 7. 2010. С. 264–265.

16. Гущин В.Н., Ульянов В.А., Кузякина А.А. Методика физического моделирования многофазных потоков // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. № 3. 2013. С. 230–235.

17. Еронько С.П., Ткачев М.Ю., Ошовская Е.В. Гидравлическое моделирование процесса смены погружных стаканов на слябовых МНЛЗ // Электрометаллургия. № 10. 2016. С. 15–22.

18. Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали. – Донецк: ДонНТУ, 2011. – 482 с.

19. Цаплин А.И., Никулин И.Л. Моделирование теплофизических процессов и объектов в металлургии. – Пермь: Изд-во Пермского государственного технического университета, 2011. – 299 с.

20. Провоторов Д.А. Системы автоматической замены стаканов-коллекторов на установках непрерывного литья заготовок // Матер. междунар. конф. «Автоматизация: проблемы, идеи, решения». Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 138–141.

21. Еронько С.П., Ошовская Е.В., Ткачев М.Ю. Исследование и совершенствование системы быстрой смены погружных стаканов промежуточного ковша слябовой МНЛЗ // Известия ВУЗов. Черная металлургия. № 1. 2016. С. 49–56.