Повышение эффективности рафинирования рельсовой стали в промежуточных ковшах МНЛЗ на основе рациональной организации гидродинамических процессов

Качество и эксплуатационные свойства рельсов определяют срок их эксплуатационной службы в пути. Основными о щими качество стали параметрами являются химическая неоднородность и неметаллические включения в металле. Эффективность гомогенизации металлического расплава и его рафинирования от неметаллических включений в промежуточном ковше МНЛЗ в значительной степени определяется организацией гидродинамических процессов, внутренней геометрией ковша, наличием дополнительных огнеупорных элементов. С применением физического и математического моделирования проведено исследование влияния дополнительных огнеупорных элементов различных конфигураций промежуточного ковша на процессы движения расплава. Физическое моделирование гидродинамических процессов в промежуточном ковше с учетом соблюдения условий подобия проведено на специально созданном лабораторно-экспериментальном комплексе. Численные эксперименты проведены с использованием методов вычислительной гидродинамики (конечных объемов) на трехмерной турбулентной математической модели с однофазным представлением течения металлического расплава в промежуточном ковше. Для оценки эффективности гомогенизации расплава по результатам физического и математического моделирования разработана новая методика, основанная на анализе распределения времени пребывания жидкости в проточном реакторе непрерывного действия. По результатам экспериментов предложена конфигурация внутреннего объема промежуточного ковша четырехручьевой МНЛЗ. Рассмотрена конструкция, обеспечивающая эффективную гомогенизацию расплава рельсовой стали и его рафинирование от неметаллических включений. Разработана и в промышленных условиях апробирована конструкция полнопрофильных перегородок, которые обеспечивают рациональную организацию потоков расплава, его гомогенизацию и эффективное рафинирование рельсовой стали от неметаллических включений в промежуточном ковше. Промышленные исследования реализованы в условиях четырехручьевой машины непрерывного литья заготовок № 1 электросталеплавильного цеха АО «ЕВРАЗ ЗСМК».

рельсовая сталь, разливка, машина непрерывного литья заготовок, неметаллические включения, неоднородность, промежуточный ковш, расплав

1. Хлыст С.В., Кузьмиченко В.М., Резанов В.А., Борц А.И., Шур Е.В. Перспективная технология производства рельсов для высокоскоростного и тяжеловесного движения // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 6. С. 14 – 19.

2. Борц А.И. Исследования инновационной рельсовой продукции // Железнодорожный транспорт. 2015. № 8. С. 54 – 57.

3. Дефекты и качество рельсовой стали / В.В. Павлов, М.В. Темлянцев, Л.В. Корнева, Т.Н. Осколкова, В.В. Гаврилов. – М.: Теплотехник, 2006. – 218 с.

4. Zhang L., Thomas B.G. State of the art in the control of inclusions during steel ingot casting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2006. Vol. 37B. No. 5. Р. 733 – 761.

5. Ouchi C. Development of steel plates by intensive use of TMCP and direct quenching processes // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 6. P. 542 – 553.

6. Paul S.K., Ray A. Influence of inclusion characteristics on the formability and toughness properties of a hot-rolled deep-drawing quality steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 1997. Vol. 6. No. 1. P. 27 – 34.

7. Wilson A.D. Clean steel technology – fundamental to the development of high perfomance steels. – In: Advances in the Production and Use of Steel with Improved Internal Cleanliness / Ed. J.K. Mahaney Jr. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 1999. Р. 73 – 88.

8. Вдовин К.Н., Семенов М.В., Точилкин В.В. Рафинирование стали в промежуточном ковше МНЛЗ: Монография. – Магнитогорск: изд. МГТУ, 2006. – 118 с.

9. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П., Ефимова В.Г. Современные промежуточные ковши для высокопроизводительных МНЛЗ // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2012. № 9. С. 19 – 27.

10. Кислица В.В., Чичкарев Е.А., Исаев О.Б. Совершенствование и внедрение комплексной технологии рафинирования стали в промежуточных ковшах МНЛЗ // Черная металлургия. Бюл. инта «Черметинформация». 2009. № 2. С. 17 – 21.

11. Zhang L., Thomas B.G. State of the art in evaluation and control of steel cleanliness // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 3. P. 271 – 291.

12. Okorokov G.N., Donets A.I., Shevtsov A.Z., Sinel’nikov V.A., Yugov P.I., Zin’ko B.F., Krutyanskii M.M., Popov A.M. A heating tundish – the final link in a continuous steelmaking technology // Metallurgist. 1998. Vol. 42. No. 1. P. 15 – 20.

13. Troniman J., Comacho D. Plasma tundish heating at Nucor Steel Nebraska // Iron and Steel Engineer. 1995. Vol. 73. No. 11. P. 39 – 44.

14. Setsuo K., Shuji W., Toyohiko K., Takafumi H. Nippon steel type tundish plasma heater “NS-Plasma I” for continuous caster // Shinnittetsu Giho. 2001. No. 375. Р. 145 – 149.

15. Исакаев М.-Э.Х., Тюфтяев А.С., Юсупов Д.И. Плазменный подогрев стали и конструкции промежуточных ковшей МНЛЗ для его реализации // Механическое оборудование металлургических заводов. 2015. № 1 (4). С. 3 – 8.

16. Протопопов Е.В., Числавлев В.В., Фейлер С.В. Исследование процессов течения металлического расплава в промежуточном ковше МНЛЗ методами вычислительной гидродинамики // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2015. № 4. С. 19 – 23.

17. Protopopov E.V., Chislavlev V.V., Feiler S.V. Physical modeling of the processes of metal melt movement during continuous casting // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 411. No. 1. Article 012001.

18. Levenspiel O. Chemical Reaction Engineering. – 3 rd ed. – New York, 1999. – 668 p.

19. Ahuja R., Sahai Y. Fluid flow and mixing of melt in steelmaking tundishes // Ironmaking and Steelmaking. 1986. Vol. 13. No. 5. P. 241 – 247.

20. Числавлев В.В., Фейлер С.В., Бойков Д.В., Неунывахина Д.Т. Разработка конструкции огнеупорных элементов для рафинирования стали в промежуточном ковше МНЛЗ // Новые огнеупоры. 2017. № 3. С. 73 – 74.