Разработка научных основ и внедрение прогрессивных технологических решений получения стабильно высокого качества слябов непрерывного литья стали ответственного назначения

• Автор: Куклев, Александр Валентинович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 382 с. : ил.

1. Основные направления совершенствования технологии

непрерывной разливки стали в условиях действующего

производства

1.1. Анализ типичных дефектов слябов при непрерывном литье .

1.2. Совершенствование использования промежуточного ковша .

1.3 Модернизация погружных стаканов.

1.4. Использование теплоизолирующих и шлакообразующих смесей

1.5. Совершенствование конструкции кристаллизатора и механизма его качания .

1.6. Использование обжатия сляба с не полностью затвердевшей осевой зоной.

1.7. Оптимизация системы вторичного охлаждения сляба.

1.8. Выводы и задачи исследований

2. Разработка технологии рафинирования стали от неметаллических
включений в промежуточном ковше и в кристаллизаторе УНРС
2.1. Особенности подготовки металла к разливке.
2.2. Основные закономерности и уравнения состояния расплава
2.3. Физическое моделирование гидродинамики
промежуточного ковша и кристаллизатора
2.4. Экспериментальные исследования потоков расплава и перемещения шлаковых включений в промежуточном
ковше на гидравлическом стенде
2.4.1. Результаты экспериментального исследования гидродинамических процессов в промежуточном ковше емкостью т на гидравлическом стенде
2.4.2. Результаты экспериментального исследования
гидродинамических процессов в промежуточном ковше емкостью т на гидравлическом стенде
2.5. Численное моделирование гидродинамики промежуточного
ковша.
2.6. Рекомендации для промышленных испытаний т и т
промежуточного ковша УНРС.
2.7. Физикоматематическое моделирование гидродинамических
процессов в кристаллизаторе.
2.7.1. Результаты экспериментального исследования потоков расплава и перемещения примесных образований на гидравлическом стенде
2.7.2. Численное моделирование гидродинамических и тепловых
процессов в кристаллизаторе.
2.8. Рекомендации для промышленных испытаний погружных
стаканов
Выводы по главе
3. Промышленные испытания разработанной технологии рафинирования металла в промежуточном ковше и в кристаллизаторе УНРС
3.1. Промышленные испытания промежуточного ковша в
ЭСПЦ ОАО Северсталь
3.2. Промышленные испытания промежуточного ковша в
ККЦ ОАО Северсталь.
3.3. Испытание промежуточного ковша с туннельными
вставкамивихрегасителями
3.4. Определение параметров конструкции промежуточных
ковшей с перегородками.
3.5. Промышленные испытания опытных погружных стаканов
3.6. Разработка теплоизолирующей смеси для защиты
металла в промежуточном ковше.
3.7. Разработка составов шлакообразующих смесей для
отливки слябов толщиной 0, 5 и 0 мм.
Выводы по главе.
4. Совершенствование технологии начальной стадии формирования сляба в кристаллизаторе
4.1. Теоретический анализ тепловой работы кристаллизатора
4.2. Оптимизация конструкции тонкостенного кристаллизатора
с щелевыми каналами.
4.3. Влияние износостойкого покрытия внутренних стенок кристаллизатора на его тепловую работу.
4.4. Анализ и оптимизация формирования оболочки слитка
в слябовом кристаллизаторе
4.4.1 .Модель усадки стали с учтом теплообмена и
деформирования
4.4.2. Разработка оптимальной геометрии боковых стенок
слябового кристаллизатора
4.5. Разработка оптимальных режимов качания кристаллизатора .
4.5.1.Критерии стабильности процесса вытягивания слитка
из кристаллизатора
4.5.2. Динамический анализ процесса качания кристаллизатора .
4.5.3. Методика расчета оптимальных параметров
закона качания кристаллизатора.
Выводы по главе.
5. Разработка технологии повышения качества осевой зоны
сляба обжатием его в двухфазном состоянии
5.1. Теоретическая модель обжатия сляба с незатвердевшей сердцевиной
5.2. Методика расчета температурного состояния непрерывного
слитка.
5.3. Методика расчета обжатия слитка в роликах тянущей клети .
5.4. Математическая модель разрушения кристаллизующихся металлических сплавов
5.5. Разработка алгоритма определения давлений и перемещений
в парах роликов при мягком обжатии сляба.
5.6. Расчет деформации непрерывнолитого сляба при заданном давлении обжатия.
5.7. Разработка модели влияния формирующейся макроструктуры затвердевающего непрерывного слитка на образование дефектов осевой зоны сляба.
5.7.1. Анализ тепловых процессов и установление зависимости
размерных параметров дендритной структуры от режимов непрерывной разливки стали.
5.7.2. Расчет параметров осевой химической неоднородности
и осевой рыхлости сляба .
Выводы по главе.
6. Экспериментальное исследование технологии мягкого
обжатия промышленных слябов
6.1. Методика проведения промышленного эксперимента.
6.2. Измерения геометрии слябов, разлитых при промышленных испытаниях системы.
6.3. Исследование макроструктуры опытных слябов.
6.4. Зависимости деформации обжатия слябов от скорости вытягивания
6.5. Зависимость перемещения валков от величины давления в
гидроцилиндрах тянущей клети
6.6. Зависимости перемещений валков от глубины жидкой фазы
в слитке
6.7. Исследование обжатия сляба с жидкой сердцевиной при заданном значении датчиков перемещения
6.8. Статистический анализ факторов, оказывающих наибольшее
влияние на осевую рыхлость и осевую химическую неоднородность
6.8.1. Осевая рыхлость.
6.8.2. Осевая химическая неоднородность.
6.9. Анализ эффективности влияния .мягкого обжатия на параметры
макроструктуры непрерывнолитого сляба
Выводы по главе
7. Разработка рациональной технологии вторичного
охлаждения непрерывного сляба
7.1. Расчетноэкспериментальная методика определения характеристик теплоотдачи сляба при водовоздушном охлаждении
7.2. Адаптация расчетноэкспериментальной методики к
условиям промышленной УНРС
7.3. Расчет охлаждения сляба и определение допустимых
скоростей разливки
7.4. Влияние термоциклирования на качество поверхности сляба . 8 Выводы по главе.
8. Техническая и экономическая эффективность внедрения разработанных технологических решений
Основные результаты и выводы
Список использованных источников


Использование системы Гидровам, установленной на шести различных УНРС дало следующие результаты сокращение затрат на профилактический уход на увеличение службы узких сторон кристаллизатора на 0 возможно на 0 увеличение скорости регулирования до мммин на каждой стороне при максимальной скорости разливки 1, ммин увеличение производительности и выхода годного. Необходимым условием стабильности процесса непрерывного литья стали является возвратнопоступательное движение кристаллизатора с определенной частотой и амплитудой. При этом используются различные законы движения кристаллизатора, но непременным условием всегда остается наличие участка пути в каждом цикле качания, где кристаллизатор движется с большей скоростью, чем слиток так называемое время опережения. Особенно актуальной проблема оптимизации конструкции механизма и режима качания кристаллизатора становится с увеличением скорости литья и расширением марочного состава сталей. Поиски оптимальных режимов качания кристаллизатора и состава шлакообразующих смесей в условиях высоких скоростей разливки, показали, что обеспечение стабильности литья и улучшение качества поверхности заготовки наблюдается при повышении частоты качания до 2 5 Гц и уменьшении амплитуды до 1 5 мм, что соответствует достаточно низким значениям времени опережения . На отечественных заводах используются в основном традиционные механизмы качания, рычажные с профильным кулачком, кривошипношатунные параллелограммного типа и др. Все шарнирные соединения механизма выполнены на подшипниках качения. Как правило в ходе эксплуатации таких механизмов возникают биения вследствие износа шарнирных соединений и образования зазоров, соизмеримых с амплитудой качания. Износ отрицательно влияет на сохранение требуемого закона качания и приводит к отклонениям движения кристаллизатора от заданной траектории в поперечном направлении и в итоге отрицательно сказывается на качестве наружной поверхности сляба, стойкости плит кристаллизатора и стабильности процесса литья в целом. Для устранения этих недостатков и снижения инерционности кристаллизатора при высоких частотах качания в последние годы почти все ведущие фирмы разрабатывают конструкции безшарнирных механизмов с гидравлическим приводом качания. Роль направляющих и шарниров в них играют упругие деформируемые плоские пружинные элементы рессоры, обеспечивающие строго определенное направление перемещения кристаллизатора и полное отсутствие зазоров ,6. Впервые использовали гидравлическое устройство качания с пластинчатыми пружинами на фирме Баег АС. Характеристики качания заметно улучшились в связи с уменьшением массы колеблющихся деталей на доля слябов с поперечными трещинами уменьшилась с до . УНРС было осуществлено фирмой УА1 , которая разработала рессорногидравлический механизм качания Динафлекс и ввела его в эксплуатацию в г 0 . Результаты использования устройства Динафлекс на целом ряде УНРС показали улучшение точности перемещения стола кристаллизатора на , уменьшение глубины следов от качания в среднем на , сокращение профилактических работ с оборудованием в несколько раз 6. В России при реконструкции в г. УНРС 1 в ЭСПЦ ОАО Северсталь впервые установлен кристаллизатор отечественной конструкции с щелевыми каналами независимого охлаждения по граням с системой настройки ширины и конусности и рессорным механизмом качания с гидравлическим приводом. Одним из эффективных способов воздействия на кристаллизующийся металл является мягкое обжатие непрерывнолитой заготовки с не полностью затвердевшей осевой зоной. Применение этой технологии позволяет поднять производительность УНРС с одновременным улучшением макроструктуры заготовки, в первую очередь уменьшить осевую ликвацию и осевую пористость. Пористость в непрерывнолитых заготовках вызывается естественной усадкой стали при затвердевании и практически всегда сопровождается химической неоднородностью. В зависимости от условий затвердевания усадочная пористость проявляется в виде рассеянной пористости или сосредотачивается в центральной зоне сечения слитка. Усадочная пористость, особенно рассеянная, обычно обнаруживается при развитой зоне равноосных кристаллов и ограниченной зоне столбчатых дендритов.