Исследование тепломассообмена при разливке стали в изложницы с применением растворимых холодильников и разработка методики их теплового расчета

• Автор: Кошелев, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Применение растворимых холодильников при разливке стали в изложницы

1.2. Математическое моделирование теплофизических процессов при наполнении изложницы, затвердевании и охлаждении слитка

с применением холодильников.

1.3. Постановка задач исследования

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В СИСТЕМЕ СЛИТОКИЗЛОЖНИЦАПОДДОН.

2.1. Математическая модель тепломассообмена при наполнении изложницы, затвердевании и охлаждении слитка с использованием растворимого холодильника

2.1.1. Тепловые процессы в слитке

2.1.2. Учет гидродинамических явлений при наполнении изложницы
2.1.3. Тепловые процессы в изложнице.
2.1.4. Тепловые процессы в поддоне.
2.2. Разработка приближенной модели.
2.3. Тестирование модели
2.3.1. Тестирование алгоритма решения задачи теплопроводности
для цилиндра и пластины при граничных условиях 3го рода
2.3.2.Тестирование алгоритма решения задачи теплопроводности для цилиндра и пластины в условиях нагрева излучением.
2.3.3.Тестирование алгоритма решения задачи теплопроводности при
задании начального неоднородного поля температур в металле при
расплавлении холодильника.
2.4. Проверка адекватности модели.
2.4.К По температуре оси слитка
2.4.2. По температуре внутренней и наружной стенки изложницы.
2.4.3. По толщине твердой корочки
2.4.4. По динамике плавления холодильников.
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СЛИТКА В ИЗЛОЖНИЦЕ.
3.1. Закономерности затвердевания и охлаждения слитка в изложнице с
учетом стадии наполнения
3.2 Динамика плавления холодильника при затвердевании и охлаждении слитка в изложнице с учетом стадии наполнения
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК РАСЧЕТА РАСТВОРИМЫХ ХОЛОДИЛЬНИКОВ И ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРОБОВАНИЕ
4.1. Разработка методики определения размеров сплошного холодильника
4.2. Проверка методики определения размеров сплошного холодильника
в промышленных условиях.
4.3. Разработка конструкции нового растворимого холодильника и ее опробование в промышленных условиях.
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Развитие новых направлений в теории металлургических процессов и создание на их базе эффективных технологий тесно связаны, прежде всего, с интенсификацией процессов тепломассообмена в затвердевающем металле. Значительного повышения качества металла и увеличения выхода годного можно ‘добиться путем введения в затвердевающий металл растворимых холодильников. В результате такого воздействия в металле возникают дополнительные центры кристаллизации, что способствует одновременной объемной кристаллизации всего тела слитка и получению однородной, без характерных трех зон, структуры. Дополнительные центры кристаллизации могут быть получены вводом в отливаемый слиток микро- или макрохолодильников. Разливка с применением микрохолодильников, например, порошков, дроби, стружки и т. На некоторых заводах для повышения качества металла применяют макрохолодильники в виде заранее изготовленной объемной конструкции -листа, сетки, прутка, фасонных профилей и т. Холодильник устанавливают в изложницу, а затем заливают в нее металл. На рис. Преимуществом разливки с использованием макрохолодильников является лучшая воспроизводимость получаемого эффекта от слитка к слитку, от плавки к плавке. Макрохолодильники не должны препятствовать заполнению изложницы сталью, т. Рис. Применение растворимых холодильников ускоряет процесс кристаллизации слитка. Завершение затвердевания жидкой фазы происходит не на оси слитка, а примерно на середине его радиуса, что значительно снижает ликвацию неметаллических включений по оси слитка. Использование холодильника приводит к наиболее равномерному распределению неметаллических включений в теле слитка, что в свою очередь увеличивает выход годного металла на прокат, улучшает качество готового металла, его физические и механические свойства. Технологические варианты применения внутренних холодильников могут быть следующие: 1) холодильник располагается в теле слитка, при этом сплавление отсутствует; 2) холодильник находится в теле слитка, при этом имеет место его сплавление с основным металлом в результате подплавления поверхностных слоев; 3) холодильник полностью расплавился, затем закристаллизовался в теле слитка без смешивания с основным металлом; 4) холодильник после заполнения изложницы металлом расплавился и растворился в основном металле [1]. Правильный выбор размеров и массы внутренних холодильников имеет большое значение, так как если масса их недостаточна, то усадочная раковина останется большой. Если же масса их слишком велика, то имеет место неполное расплавление холодильника или неполное сваривание поверхности холодильника с основным металлом. Хорошая свариваемость внутреннего холодильника с разливаемой сталью связана с окисленностью его поверхности, а также с правильным расположения в слитке, гарантирующим равномерный прогрев холодильника до подплавления и не мешающим удалению газов. Таким образом, для успешного применения внутренних холодильников, помимо тщательной зачистки и специальной защиты поверхности от окисления, необходимо уметь правильно рассчитывать процесс затвердевания слитков в этих условиях и правильно выбирать размеры, форму и место установки холодильников, обеспечивающие их расплавление. Однако отсутствие методики расчета технологических параметров холодильников для конкретных слитков не позволяет получать стабильных результатов. Недостаточно исследований по динамике снятия перегрева жидкого металла при заполнении изложницы, но применяются балансы, которые не работают без этих значений, а также недостаточно исследований закономерностей затвердевания и охлаждения слитков в изложнице при использовании холодильников, исследований гидродинамики струи металла и адаптации результатов исследований к реальным условиям. Следует отметить, что экспериментальное изучение внешних воздействий на процесс формирования слитков сопряжено с большими трудностями. В этих условиях возрастает роль теоретических исследований, в частности, математического моделирования теплофизических явлений при затвердевании слитков.