К вопросу о скорости охлаждения металлического расплава в сталеразливочном и промежуточном ковшах на этапе непрерывной разливки стали

Методами корреляционного анализа проведено исследование теплового состояния жидкого металла на этапе непрерывной разливки стали в предположении, что измеримые объекты являются случайными величинами. Тепловое состояние металлического расплава характеризуется значениями температуры металла Tn на данной стадии и длительностью протекания стадий τ_n и описывается интегральным показателем – скоростью охлаждения W_n. Скорость охлаждения представляет собой отношение разности температур жидкого металла в начале и конце стадии к длительности данной стадии. Вычислены скорости охлаждения металла на различных стадиях этапа непрерывной разливки стали. Первая стадия включает период времени от завершения обработки металла на агрегате комплексной обработки стали до начала вакуумирования. Вторая стадия включает период от начала вакуумирования до его завершения. Третья стадия включает период от момента завершения вакуумирования до первого измерения температуры в промежуточном ковше. И далее идут периоды последовательных измерений температуры в промежуточном ковше. Установлено, что скорости охлаждения металла варьируются в  значительных пределах в зависимости от технологических стадий. Абсолютные значения скорости охлаждения отличаются более, чем на порядок. Минимальная скорость охлаждения металла зафиксирована в промежуточном ковше. Ее значение составляет 0,09  °С/мин. 
Максимальная скорость охлаждения металла выявлена при выпуске металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, при этом скорость охлаждения составляет 1,43  °С/мин. Определены основные факторы, влияющие на скорость охлаждения металла. К этим факторам относятся начальная температура жидкого металла после завершения обработки на агрегате комплексной обработки стали, температура жидкого металла после завершения вакуумирования, наличие на поверхности жидкого металла оксидного раствора, образованного шлакообразующими смесями, наличие и эффективность теплоизолирующих смесей, а также теплоизолирующие характеристики огнеупорных футеровок. При вакуумировании скорость охлаждения металла существенным образом определяется конвективными потерями энергии и потерями энергии с на нагрев инертного газа. После стадии вакуумирования скорость охлаждения значительно снижается за счет применения теплоизолирующих смесей. Наибольшая скорость охлаждения металла установлена при его прохождении через сталевыпускной канал и трубу защиты металла при наполнении промежуточного ковша. Наименьшая скорость охлаждения металла характерна при его нахождении в промежуточном ковше, за счет наличия пористого торкрет-слоя, обладающего низкой теплопроводностью.

1. Пат. 2007109669 РФ. Способ нагрева металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах МНЛЗ / А.И. Косырев, М.В. Шишимиров, А.М. Якушев; заявлено 16.03.2007; опубликовано 27.09.2008, Бюл. № 27.

2. Пат. 2011153544 РФ. Промежуточный ковш для плазменного подогрева металла / Ю.А. Пак, Г.А. Филиппов, В.А. Углов, М.В. Глухих, М.Х. Исакаев, А.С. Тюфтяев, В.В. Галкин, С.В. Прохоров, Б.А. Сарычев, Б.В. Юречко, Д.И. Юсупов, Н.Н. Ромашева; заявлено 28.12.2011; опубликовано 27.03.2013, Бюл. № 9.

3. Пат. 2011147494 РФ. Промежуточный ковш для разливки стали с камерами для нагрева жидкого металла / В.В. Галкин, М.В. Глухих, М.Х. Исакаев, Ю.А. Пак, С.В. Прохоров, А.С. Тюфтяев, В.А. Углов, Г.А. Филиппов, Д.В. Юречко, Д.И. Юсупов; заявлено 23.11.2011; опубликовано 10.03.2013, Бюл. № 7.

4. Кузин В.И. Способы повышения энергоэффективности футеровок тепловых агрегатов // Новые огнеупоры. 2014. № 11. С. 5–8.

5. Tripashi A., Saha J.K., Singh J.B., Ajmani S.K. Numerical simulation of heat transfer phenomenon in steelmaking ladle // ISIJ International. 2012. Vol. 52. No 9. P. 1591–1600. https://doi.org/10.2355/isijinternational.52.1591

6. Okura T., Ahmad I., Kano M., Hasebe I.Sh., Kitada H., Murata N. High-perfomans prediction of molten steel temperature in tundish through gray-box model // ISIJ International. 2013. Vol. 53. No 1. P. 76–80. https://doi.org/10.2355/isijinternational.53.76

7. Sonada Sh., Murata N., Hino K., Kitada H., Kano M. A statistical model for predicting the liquid steel temoerature in ladle and tundish by bootstap filter // ISIJ International. 2012. Vol. 52. No 6. P. 1086–1091. https://doi.org/10.2355/isijinternational.52.1086

8. Bessho N., Yamasaki H., Fujii T. Removal of inclusions from molten steel in continuous casting tundish // ISIJ International. 1992. Vol. 32. No 1. P. 157–163. https://doi.org/10.2355/isijinternational.32.157

9. Аникеев В.В. Свойства теплоизолирующих шлакообразующих смесей и их влияние на качество стальных слитков при полунепрерывном литье // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 4(5). С. 1188–1193.

10. Iida T. Equation for estimating viscosityes of industrial mould fluxes // High Temperature Materials and Processes. 2000. Vol. 19. No. 3–4. P. 155–164. https://doi.org/10.1515/HTMP.2000.19.3-4.153

11. Li H., San L., Ai L. The mould flux viscosity designing of high carbon steel for thin slab continuous casting // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1022. P. 48–51. https://www.scientific.net/AMR.1022.48

12. Brandalez E. Mould fluxes in the steel continuous casting process // Science and Technology of Casting Processes. 2012. No. 9. P. 205–233.

13. Пат. 2005127189 РФ. Способ теплоизоляции жидкого металла и термостат – сталеразливочный ковш для его осуществления / А.Н. Крюков; заявлено 29.08.2005; опубликовано 10.09.2007, Бюл. № 12.

14. Аксельрод Л.М., Мизин В.Г., Филяшин М.К., Шуляков Г.И. Сталеразливочный ковш – объект энергосбережения // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 52–55.

15. Вильданов С.К., Рогалева Л.В., Пыриков А.Н. О некоторых критериях эффективности комплексных теплоизолирующих и шлакообразующих смесей // Новые огнеупоры. 2020. № 5. С. 16–22. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2020-5-16-22

16. Трунов С.В., Конев М.В., Сарычев И.С., Чмырев И.Н. К выбору теплоизолирующей смеси для непрерывной разливки // Новые огнеупоры. 2020. № 10. С. 6–8.

17. Ботников С.А., Хлыбов О.С., Костычев А.Н. Разработка модели прогнозирования температуры металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах в литейно-прокатном комплексе // Сталь. 2019. № 10. С. 7–13.

18. Grip C.-E. Simple model for prediction of temperatures in an l-shaped-tundish verification by continuous temperature measurements // ISIJ International. 1998. Vol. 38. No. 7. P. 704–713. https://doi.org/10.2355/isijinternational.38.704

19. Fan C.-M., Hwang W.-S. Mathematical modeling of fluid flow phenomena during tundish filling and subsequent initial casting operation in steel continuous casting process // ISIJ International. 2000. Vol. 40. No. 11. P. 1105–1114. https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.1105

20. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. 609 с.

21. Бочаров П.П., Печинкин А.В. Математическая статистика. Моск­ва: Издательство Российского университета дружбы народов, 1994. 164 с.

22. Вильданов С.К. Оценка эффективности применения огнеупорной теплоизолирующей смеси в сталеразливочном ковше // Огнеупоры и техническая керамика. 2021. № 5–6. С. 12–18.

23. Вильданов С.К. Исследование воздействия температуры, веса металла и огнеупорной футеровки на скорость охлаждения расплава в сталеразливочном ковше при использовании выборок ограниченного объема // Огнеупоры и техническая керамика. 2021. № 7–8. С. 28–34.

24. Вильданов С.К. Разработка и внедрение теплоизолирующих и шлакообразующих материалов серии «Изотерм-1600» // Сталь. 2018. № 9. С. 17–22.