Современные проблемы и перспективы развития компьютерного моделирования непрерывной разливки стали

На сегодняшний день системы инженерного анализа процессов благодаря высокой точности расчетов и степени сходимости их результатов с достигаемыми на производственной практике показателями все более широко применяются для исследования непрерывной разливки стали. Такие мощные системы как «ANSYS» и «ProCast» позволяют успешно решать различные гидро-, газодинамические и тепловые задачи, параллельное протекание которых составляет сущность большинства металлургических процессов.

Авторским коллективом кафедры металлургических технологий ЛГТУ при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-48-480203р_а был выполнен ряд компьютерных экспериментов по моделированию процессов, протекающих в промежуточном ковше и кристаллизаторе слябовой МНЛЗ. Исследования направлены на изучение возможности дальнейшего совершенствования конструкции модификаторов потока (перегородки, турбостопы, пороги) и режима продувки аргоном на параметры движения потоков расплава в рабочем пространстве 50-тонного промежуточного ковша (промковша), а также влияния конфигурации донной части погружных стаканов на движение расплава в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ при детерминированном динамическом режиме работы слябовой МНЛЗ.

Результатом расчетов явились поля скоростей потоков и температуры расплава по объему промковша и кристаллизатора, а также температурные поля в футеровке ковша, также получены выражения описывающие изменение средней скорости первичного потока формирующегося на выходе из отверстия стакана в кристаллизаторе.

Предварительно полученные результаты позволяют более полно оценить изменения скорости и направления движения потоков расплава, формирования объемов с различной температурой расплава при использовании в промковше модификаторов потоков, в том числе, при использовании приёма «аргоновой завесы» в разливочной камере. Также получены данные по движению потоков расплава и смещению «пятен» размыва твердой «корочки» сляба, наличию градиентных температурных зон в различных областях пространства кристаллизатора, которые могут быть полезны инженерам-практикам занимающихся выбором погружных стаканов для конкретных условий разливки стали на МНЛЗ.

1. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П. Совершенствование методов моделирования и оптимизация параметров систем дозирования стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Научные труды Донецкого Национального Технического Университета, серия металлургия. 2011. Выпуск 13 (194). С. 40-47.

2. Tathagata Bhattacharya, Andrew J. Brown, Christopher M. Muller et al. Development of Next-Generation Impact Pads for Producing Ultraclean Steel Using Mathematical Models and Plant Trials // AISTech 2016 Proceedings. pp. 1547-1572.

3. Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков. [Электронный ресурс]. URL: http://uas.su/books/mnlz/mnlz.php, (дата обращения: 30.10.2015 г.)

4. Винс О., Мосснер В., Раффершайд М. и др. Повышение качества разливки путем использования оптимизированного погружного стакана // Черные металлы. 2012. № 8. С. 44-50.

5. L Zhang, S. Yang, K. Cai, et al. Investigation of fluid flow and steel cleanliness in the continuous casting strand // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38b. pp. 63-68.

6. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П. и др. Моделирование процессов поведения жидкой стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Процессы литья. 2010. №5. С. 40-47

7. Solhed H., Jonsson L., Jönsson P. Modelling of the Steel/Slag Interface in a Continuous Casting Tundish // Steel Research International. 2008. Vol. 79(5). pp. 348-357.

8. Ефимова В.Г., Ноговицын А.В., Кравченко А.В. Теоретические исследования и физическое моделирование параметров рафинирования металла в промежуточных ковшах слябовой МНЛЗ при продувке аргоном // Процессы литья. 2013. № 2 (98). С. 60-67.

9. Андрианов Д.Н., Новиков М.Н., Столяров А.И. Численное моделирование движения потоков стали в промежуточном ковше // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2010. № 3. С. 25-34.

10. Шипельников А.А., Роготовский А.Н., Бобылева Н.А., Скаков С.В. Моделирование истечения расплава из погружных стаканов с учетом различной конфигурации донной части и вертикального участка МНЛЗ // Заготовительные производства. 2016. №7. С. 3-7.

11. Arcos-Gutierrez H., Barreto J. de J., Garcia-Hernandez S. et al. Mathematical analysis of inclusion removal from liquid steel by gas bubbling in a casting tundish // Journal of Applied Mathematics. 2012. Vol.2012. pp. 1-16.

12. Глебов В.П., Кононыхин Г.Н. Опробование погружаемых стаканов опытной конструкции на МНЛЗ в ОАО «НЛМК» // Современная металлургия начала нового тысячелетия: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. – 17-21 декабря 2014г. Часть 1. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. С. 143-146.

13. Смирнов А.Н., Ефимова В.Г., Кравченко А.В. Исследование условий всплытия неметаллических включений при продувке аргоном жидкой ванны промежуточного ковша МНЛЗ. Сообщение 2 // Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2014. Том 57(№1). С.19-25.

14. Шипельников А.А., Роготовский А.Н., Бобылева Н.А. и др. Исследование и моделирование процесса непрерывной разливки стали с помощью современных CAE-i-CAD-систем // Вестник Липецкого государственного технического университета. 2016. №1. С. 38-45

15. Бобылева Н.А., Шипельников А.А., Роготовский А.Н. и др. Влияние конструкции погружного стакана на истечение расплава в процессе непрерывной разливки стали // Современная металлургия нового тысячелетия: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. – 8-11 декабря 2015г. Часть 2. Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015. С. 208-215.

16. Роготовский А.Н., Володин И.М., Шипельников А.А. и др. Исследование взаимосвязи температуры со скоростью движения расплава на различных сечениях погружных стаканов в слябовом кристаллизаторе // Заготовительные производства. 2016. №10. С. 3-7.

17. Yokoya S., Takagi S., Ootani S.et al. Swirling flow effect in submerged entry nozzle on bulk flow in high throughput slab continuous casting mold // The Iron and Steel Institute of Japan International. 2001. Vol. 4. No 10. pp. 1208-1214.

18. Jowsa J., Bielnicki M., Cwudziński A. Numerical Modelling of Metal/Flux Interface in a Continuous Casting Mould //Archives of Metallurgy and Materials. 2015. 60(No 4). С. 2905-2912.

19. Гущин В.Н., Ульянов В.А. Исследование влияния внешних воздействий на развитие двухфазной зоны стальных заготовок // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2014. № 1(103). С. 200-204.

20. Бажуков Д.О., Тутарова В.Д., Сафонов Д.С. Математическое моделирование теплового состояния непрерывнолитой слябовой заготовки с учетом конструкционных особенностей МНЛЗ // Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2013. Том 56 (№1). С. 3-5.