Разработка способов технологического воздействия на формирование непрерывнолитых заготовок и слитков и оборудования для их реализации с целью повышения качества металла

• Автор: Гущин, Вячеслав Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 407 с. : ил.

1. Состояние вопроса

1.1. Современные представления о структурообразовании и качестве

литого металла

1.2. Особенности формирования структуры стальных слитков

1.3. Особенности формирования непрерывнолитых заготовок

1.4. Современные направления совершенствования конструкций промежуточных ковшей

1.5. Требования к подводу металла в кристаллизаторы и новые технические решения

1.6. Статические и динамические способы воздействия на формирование литых заготовок

Выводы

2. Методы физического и математического моделирования

2.1. Физическое моделирование гидродинамических и тепломассообменных процессов разливки стали с учетом внешних воздействий
2.1.1. Особенности моделирования гидродинамических процессов
2.1.2. Особенности моделирования многофазных потоков
2.1.3. Разработка обобщенной математической модели физического моделирования импульсной обработки расплавов
2.1.4. Масштабы моделирования и модельные установки
2.2. Расчт теплообмена в системе слиток изложница
2.3. Расчт кинетики затвердевания слитков
2.4. Расчт кинетики двухфазной зоны при затвердевании слитков и
литых заготовок с учтом внешних воздействий
2.5. Расчет термонапряжнного состояния непрерывнолитой заготовки
Выводы
3. Исследование закономерностей, определяющих формирование
диссипативных структур в расплаве
3.1. Условия образования вихревых структур в промежуточных ковшах и кристаллизаторах
3.2. Способы интенсификации рафинирования и дегазации расплава
3.3. Создание закручивающего эффекта расплава в кристаллизаторах МНЛЗ с помощью безнапорных разливочных стаканов
3.4. Определение условий образования плавающих корочек на мениске в зависимости от распределения скоростей расплава
4. Развитие технических решений по управлению потоками расплава в промежу точных ковшах
4.1. Исходные данные и варианты технических решений вихрегасящих и гидростабилизирующих технологий в промковшах
4.2. Разработка гидростабилизирующих и вихрегасящих технологий непрерывной разливки при использовании прямолинейных промковшей
4.3. Разработка гидростабилизирующих и вихрегасящих технологий при использовании четырхручьевых трапециевидных промковшей
4.4. Результаты промышленных исследований и качественные показатели металлопродукции при реализации разработанных технологий
5. Развитие способов подвода расплава в кристаллизаторы МНЛЗ
5.1. Общие закономерности подвода расплава в кристаллизаторы
5.2. Гидростабилизирующие способы подвода расплава в кристаллизаторы сортовых заготовок
5.3. Гидроотабилизирующис способы подвода расплава в слябовые кристаллизаторы
5.4. Оптимизация подвода расплава в кристаллизаторы двухвалковой МНЛЗ
5.5. Результаты промышленных исследований и качественные показатели
металлопродукции при внедрении технологий подвода расплава в кристаллизаторы МНЛЗ
5.5.1. Промышленное использование безнапорных разливочных стаканов и исследование качества металла колсных заготовок сечением мм
5.5.2. Промышленное использование безнапорных разливочных стаканов и исследование качества металла рельсовых заготовок сечением 0x0мм
5.5.3. Промышленное использование безнапорных разливочных стаканов и исследование качества металла отлитого в слябовые кристаллизаторы
Выводы
6. Совершенствование способов внешних воздействий при разливке и формировании слитков и непрерывнолитых заготовок
6.1. Особенности формирования литых заготовок при динамических и импульсных внешних воздействиях на расплав
6.1.1. Обработка железоуглеродистых расплавов упругими колебаниями
6.1.2. Рафинирование и дегазация расплава в ковшах при динамических
и импульсных воздействиях
6.1.4. Виброимпульсное воздействие на затвердевающий металл
6.2. Разработка методов направленного затвердевания стальных слитков
при дифференцированном теплоотводе от их головной части
6.2.1. Анализ факторов, обеспечивающих направленное затвердевание, и конструктивные решения
6.2.2. Особенности формирования стальных слитков при тепловом экранировании их верхней части
6.2.3. Результаты промышленных исследований и качественные показатели металлопродукции
Выводы
Общие выводы
Библиографический список
Приложения
Введение


Управление потоками поступающего в кристаллизатор расплавасвязано со значительными трудностями и требует использования ряда мероприятий, часть из которых в настоящее время используется на практике электромагнитное торможение и перемешивание виброхолодильники специальных конструктивных исполнений разливочные стаканы с различной конфигурацией и типоразмерами входных и выходных отверстий и др. Конструкция и форма промежуточного ковша должна выполняться таким образом, чтобы уменьшать вероятность попадания в кристаллизатор неметаллических включений. Содержание В в литом металле значительно снижается при разливке стали через мкие и глубокие промежуточные ковши при рациональном расположении в них гидростабилизирующих и вихрегасящих устройств порогов, отбойников, полнопрофильных перегородок, систем подвода металла, расположения продувочных устройств и др. Эффективными способами по управлению процессами тепломассообмена, а также но изменению характера и структуры гидродинамического, диффузионного и термокапиллярного перемещения фаз является широкий круг динамических и статических технологических воздействий. Выбор эффективного способа технологического воздействия или их сочетания требует проведения системного анализа и определяется конструктивными параметрами металлургических систем и специфическими технологическими особенностями каждого производственного процесса. Для получения предварительных сведений о промышленном объекте важно определить место и возможности математического и физического моделирования. В случае сложности получения достоверной математической модели явления или процесса, а также изза сложности установления ряда физических параметров и условий однозначности, а так же решения ряда конкретных технологических задач можно воспользоваться аппаратом физического моделированного основанного на теории подобия . При этом необходимо выполнить следующие этапы. Составить математическую модель изучаемого объекта в виде системы уравнений и условий однозначности. Выполнить преобразования этой системы в безразмерную форму, исходя из общих правил теории подобия. Выделить из числа полученных безразмерных комплексов и симплексов наиболее существенно влияющие на явления и процессы в модели и оригинале числа подобия, а также пределы их изменения в ходе исследования. Выявить определяемые и определяющие безразмерные комплексы и симплексы. Рассчитать масштабы моделирования. Изготовить стенд для проведения модельного эксперимента. Провести эксперименты на физической модели и обработать полученные данные с пересчтом на оригинал. Полученные и пересчитанные на оригинал данные сравнить с результатами промышленных экспериментов. В случае значительного расхождения провести корректировку модели. Возможность применения приближнного моделирования основана на использовании следующего принципа если процесс развивается под действием нескольких физических эффектов разной интенсивности то влияние на такой процесс эффектамалой величины по сравнению с остальными должно быть незначительным и, следовательно, влиянием этого эффекта можно пренебречь, т. Так, при получении приближнных решений уравнения НавьеСтокса для турбулентного режима пренебрегают членом, учитывающим действие сил вязкости, а для ламинарного режима членом, учитывающим действие сил инерции. При составлении математической модели гидродинамики было принято, что газ и жидкость несжимаемы, химически нейтральны и ванна состоит из однородной жидкости. Для разработки методик проведения модельных экспериментов по гидродинамике, теплообмену с расплавами и обобщения опытных данных использовались важнейшие числа подобия, которые приведены в табл. Приведнные в работе методы физического моделирования совместно с математическими моделями позволяют решать задачи динамики многокомпонентных технических систем с учтом неоднородности исследуемых сред и разрывных граничных условий. К ним относятся задачи динамики многофазных систем расплав неметаллические включения, расплав газовая фаза, расплав неметаллические включения тврдая, и газовая фазы и др. Установленные критериальные зависимости позволяют также проводить исследование процессов разливки и формирования заготовок при импульсном воздействии на расплав и использовании водоохлаждаемых виброхолодильников.