Mоделирование нового способа подачи и перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе установки непрерывной разливки стали

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.

1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.Н. Производства стали. Т. 4. Непрерывная разливка металла. М.: Теплотехник, 2009. 528 с.

2. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976. 552 с.

3. 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.

4. 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/10.17073/0368-0797-2017-6-493-499

5. Intern. Symposium on Electromagnetic Processing of Materials. October 25–28, 1994. Nagoya, Japan: ISIJ, 1994. 580 p.

6. 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.

7. 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/10.17073/0368-0797-2018-8-606-612

8. Куберский С.В., Семирягин С.О., Федоров О.В. Расчеты технологических и конструктивных параметров МЛНЗ: Учебное пособие. Алчевск: ДОНГТУ, 2006. 146 с.

9. 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.

10. 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/10.17073/0368-07972019-10-747-755

11. Ho 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.

12. 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.).

13. 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.

14. 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.

15. 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.).

16. 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.).

17. 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.

18. 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.41.1181

19. Thomas 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/BF02664206

20. 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.).

21. 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.).

22. 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/BF00412016

23. 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.).

24. 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.

25. 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.).

26. 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.).

27. 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.

28. 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.).