Совершенствование технологии мягкого обжатия непрерывнолитого слитка вертикальной УНРС на основе применения систем контроля параметров разливки и математического моделирования

• Автор: Туманов, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 182 с. : ил.

1 Математическая модель глубины жидкой фазы
1.1 Математическое моделирование процессов непрерывной
разливки
1.2 Адаптация математической модели к сортаменту и
реальным условиям разливки на слябовой УНРС ЭСПЦ
ОАО «Северсталь»
2 Математическая модель слитка, как оболочкового тела
2.1 Расчет толщины твердой фазы на рассматриваемой
высотной отметке.
2.2 Распределение температуры по толщине твердой фазы
3 Математическая модель деформации непрерывнолитого
слитка.
3.1. Расчет оптимальной величины обжатия
3.2 Расчет усилия деформации полностью
кристаллизовавшегося слитка
3.3 Расчет усилия деформации слитка с не полностью
затвердевшей сердцевиной.
3.4 Прогиб боковой поверхности слитка от действия
ферростатического давления.
4 Экспериментальная часть
4.1 Определение температуры и скорости движения
поверхности слитка.
4.2 Определение величины прогиба боковой поверхности
4.3 слитка.
Разработка «on-line» системы визуализации процесса
разливки с применением технологии мягкого обжатия.
5 Проект четвертой роликовой секции с регулируемой
величиной обжатия.
Общие выводы по диссертации
Литература
Приложения
Качество прокатной продукции - это производная от соблюдения технологии на всех этапах металлургического передела. Некоторые дефекты, обретенные на более раннем переделе, не устраняются при дальнейшей пластической и термической обработке и переходят в готовые изделия. Характер кристаллизации металла при непрерывной разливке стали, приводит к отклонению гомогенных свойств в сердцевине сляба, а затем и толстого листа.
Значительную долю заказов ОАО "Северсталь" составляет толстый лист, применяемый для производства газопроводных труб большого диаметра, а также сталь для судостроения и для морских буровых платформ, строительная сталь, металл для мостостроения и другие виды ответственной продукции. К этим видам продукции потребителями предъявляются особые требования по изотропности и однородности структуры, повышенные требования по прочности, в том числе в Ъ -направлении, пластичности, ударной вязкости, что требует значительной проработки осевой зоны сляба. В тоже время, для повышения производительности и качества поверхности сляба требуется увеличение рабочей скорости вытягивания. Повышение скорости разливки стали приводит к ухудшению макроструктуры осевой зоны сляба, повышению его осевой рыхлости и химической неоднородности.
Существуют различные способы воздействия на формирование макроструктуры слябов: уменьшение температуры разливаемого металла,
ввод в металл ленты и микрохолодильников, использование электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе и в зоне окончания затвердевания, применение импульсного и вибрационного воздействия на кристаллизующийся металл и другие технологии. Однако эти методы либо требуют сложного оборудования, либо результаты воздействия не обладают высокой надежностью улучшения показателей, либо еще недостаточно отработаны.
В последнее время рядом зарубежных фирм широко применяется технология, так называемого, мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки, то есть обжатие с не полностью затвердевшей сердцевиной [1-9].
Обжатие осуществляется в роликах секций вторичного охлаждения установки непрерывной разливки стали (УНРС).
Применение мягкого обжатия позволяет решать ряд проблем, имеющих место при непрерывной разливке стали, как представлено на рис. 1.
Технология мягкого обжатия.
химической неоднородности (ликвации) по оси слитка.
осевой
пористости.
Увеличение
эквивалентной
металлургической
длины.
Уменьшение энергозатрат на производство единицы продукции.
Рис. 1. Основные причины применения технологии мягкого обжатия.
Рассмотрим более детально механизм и результаты применения технологии мягкого обжатия - внешнего силового воздействия на слиток с не полностью затвердевшей сердцевиной.
При кристаллизации непрерывнолитого слитка в зоне секций вторичного охлаждения его поперечное сечение будет иметь характерное трехфазное строение: жидкая фаза, двухфазная зона, твердая фаза.
Большинство представлений о возникновении и развитии зональной неоднородности слитков и, в том числе, осевой неоднородности основано на том, что в результате избирательной кристаллизации происходит повышение концентрации примесей в жидком растворе в зоне кристаллизации. Жидкость, обогащенная примесями, или образовавшаяся новая фаза тем или иным путем перемещаются из одних горизонтов слитка в другие.

/г = Т$ 1 То х /,
Л51 7, гр Р
1 р ~
(2.1)
Для большинства марок сталей разница температур ликвидус - солидус менее 70°С. Процесс кристаллизации таких марок стали, характеризуется относительно узкой двухфазной зоной, граничное условие: Т$ ~ Тр,
отсюда вытекает выражение:

(2.2)
Из рис. 2.2. наглядно видно, что среднее между двумя рассчитанными значениями толщины оболочки минимизирует погрешность:
=(А,, +Кг)12
(2.3)
При (Т1- Т5) > 70°С, расчет толщины оболочки производится по
среднему значению между расчетным значением толщины оболочки К при линейном законе распределения температуры на участке поверхность сляба - граница питания, формула (2.1) и расчетным значением Кг при линейном законе распределения солидус - ликвидус, формула (2.4).
А - Т±КК
п„х ~
53 Г5+0,Зх(Г,-ГД
(2.4)
К=(К1+КзУ
(2.5)