СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ РАСПЛАВА В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ И КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

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 Липецкого государственного технического университета был выполнен ряд компьютерных экспериментов по моделированию процессов, протекающих в промежуточном ковше и кристаллизаторе слябовой МНЛЗ. Исследованы возможности дальнейшего совершенствования конструкции модификаторов потока (перегородки, турбостопы, пороги) и режима продувки аргоном на параметры движения потоков расплава в рабочем пространстве 50-т промежуточного ковша. Изучено влияние конфигурации донной части погружных стаканов на движение расплава в кристаллизаторе при детерминированном динамическом режиме работы слябовой МНЛЗ. Результатом расчетов явились поля скоростей потоков и температуры расплава по объему промежуточного ковша и кристаллизатора, а также температурные поля в футеровке ковша. Получены выражения, описывающие изменение средней скорости первичного потока, формирующегося на выходе из отверстия погружного 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 промежуточном ковше модификаторов потоков, в том числе при использовании приема «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, занимающимся выбором погружных стаканов для конкретных условий разливки стали на МНЛЗ. Эффективное управление движением потоков расплава в промежуточном ковше и кристаллизаторе МНЛЗ позволяет существенно повысить качество слябов и проката. Происходит снижение отсортировки металла по дефектам сталеплавильного происхождения, связанным с наличием шлака, неметаллических включений и трещин, образующихся из-за недостаточной толщины «корочки» заготовки на выходе из кристаллизатора.

1. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П. Совершенствование методов моделирования и оптимизация параметров систем дозирования стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Науч. тр. Донецкого национального технического университета. Серия металлургия. 2011. Вып. 13 (194). С. 40 – 47.

2. Tathagata Bhattacharya, Andrew J. Brown, Christopher M. Muller etс. Development of next-generation impact pads for producing ultraclean steel using mathematical models and plant trials // AISTech 2016 Proceedings. Р. 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. 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

6. Solhed H., Jonsson L., Jönsson P. Modelling of the steel/slag interface in a continuous casting tundish // Steel Research Internatio nal. 2008. Vol. 79. No. 5. Р. 348 – 357.

7. Zhanga T., Luoa Z.G., Liub C.L. etc. A mathematical model conside ring the interaction of bubbles in continuous casting mold of steel // Powder Technology. 2015. Vol. 273. Р. 154 – 164.

8. Liua Z.Q., Qia F.S., Lia B.K., Cheungb S.C.P. Modeling of bubble behaviors and size distribution in a slab continuous casting mold // International Journal of Multiphase Flow. 2016. Vol. 79. Р. 190 – 201.

9. Ramirez Lopez P. E., Pooria Nazem Jalali, Björkvall J. etc. Recent developments of a numerical model for continuous casting of steel: model theory, setup and comparison to physical modelling with liquid metal // ISIJ International. 2014. Vol. 54. No. 2. Р. 342 – 350.

10. Sen A., Prasad B., Sahu J.K., Tiwari J.N. Designing of sub-entry nozzle for casting defect-free steel // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2015. No. 75. P. 1 – 6.

11. Bielnicki M., Jowsa J., Cwudzinski A. Multiphase numerical model of molten steel and slag behavior in the continuous casting mould // Archives of Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 60. No. 1. P. 257 – 262.

12. Wu D.F., Cheng S.S. Effect of SEN design on surface fluctuation and solidifying shell in slab mold and its optimization // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2008. Vol. 21, No.10. P. 341 – 350.

13. Zhang L., Yang S., Cai K. etc. Investigation of fluid flow and steel clean liness in the continuous casting strand // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38b. P. 63 – 68.

14. Meijie Z., Huazhi G., Ao H. etc. Numerical simulation and in dustrial practice of inclusion removal from molten steel by gas bottomblowing in continuous casting tundish // Journal of Mining and Metallurgy Section B Metallurgy. 2011. Vol. 47. No. 2. P. 137 – 147.

15. 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 в машиностроении. 2016. № 7. С. 3 – 7.

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

17. 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 2014 г. Часть 1. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. С. 143 – 146.

18. Смирнов А.Н., Ефимова В.Г., Кравченко А.В. Исследование условий всплытия неметаллических включений при продувке аргоном жидкой ванны промежуточного ковша МНЛЗ. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 1. С. 19 – 25.

19. 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.

20. 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 2015 г. Часть 2. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2015. С. 208 – 215.

21. 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 в машиностроении. 2016. № 10. С. 3 – 7.

22. Yokoya S., Takagi S., Ootani S., etc. 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. P. 1208 – 1214.

23. Jowsa J. Bielnicki M., Cwudziński A. Numerical modelling of metal/flux interface in a continuous casting mould // Archives of Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 60. No. 4. P. 2905 – 2912.

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

25. Бажуков Д.О., Тутарова В.Д., Сафонов Д.С. Математическое моделирование теплового состояния непрерывнолитой слябовой заготовки с учетом конструкционных особенностей МНЛЗ // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. № 1. С. 3 – 5.