Розвиток теорії і практики комплексної технології безперервного лиття блюмових заготовок

Проведені, за допомогою математичного моделювання тепломасообмінних, лікваційних і термомеханічних процесів при формуванні блюмових заготовок досліджених типорозмірів і сортаменту, розрахунки дозволили визначити раціональний температурний режим охолодження заготовки, який враховує такі параметри оптимізації, як ступінь дисперсності дендритної структури, градієнти температури металу по об'єму затверділої частини зливка, об'єм його рідкої лунки з обмеженням температури поверхні заготовки на виході з бункера ЗВО. Це дозволяє розробляти технологічний процес отримання блюмових заготовок з заданими геометричними параметрами і без тріщин. Для вирішення задачі використали прямий екстремальний підхід, розроблений Толстих В.К. Статистична обробка результатів чисельних експериментів і їхнє порівняння з науковими даними показали, що динаміка зміни температури поверхні заготовки в межах бункера ЗВО задовільно описується знайденою нами залежністю

R=0,96, (31)

де t_бк, t_к - відповідно, температура поверхні заготовки на виході з бункера ЗВО і з кристалізатора; v_р - швидкість розливання; l_кр, l_б - довжина кристалізатора і бункера ЗВО, відповідно; - час процесу затвердіння обраного перерізу заготовки.

У процесі чисельних експериментів з використанням розробленої нами моделі змінювали швидкість лиття V_р (0,1-1,5 м/хв), вміст вуглецю ([С], 0,1-0,7 %), температуру перегріву металу над лінією ліквідусу (t_пм, 10-50С), половину товщини заготовки (H, 0,08-0,2 м), температуру поверхні заготовки на виході з кристалізатора (t_к, 1000-1250С) при незмінній витраті аргону, рівній 0,012 м³/т .

Нами визначено, що товщина твердої кірки (, мм) на виході з кристалізатора довжиною 0,8-1,0 м підкоряється залежності

R=0,98. (32)

Для розрахунку максимальної швидкості лиття ( , м/хв), яка забезпечує одержання на виході з кристалізатора твердої кірки металу заданої товщини, що витримує феростатичний напір, може бути використане знайдене нами рівняння

R=0,93. (33)

Знайдений нами кількісний взаємозв'язок між швидкістю лиття (, м/хв) та дослідженими параметрами, яка забезпечує відсутність вторинного розігріву поверхні заготовки за межами бункера ЗВО довжиною L_ЗВО (м), а, отже, і відсутність тріщиноутворення на цій ділянці, має вигляд

R=0,96. (34)

При проектуванні нових МБЛЗ і дотриманні умови відсутності вторинного розігріву поверхні заготовки може бути застосована знайдена нами формула для розрахунку довжини бункера ЗВО

R=0,99. (35)

Проведені, за допомогою математичного моделювання тепломасообмінних, лікваційних і термомеханічних процесів при формуванні блюмових заготовок досліджених типорозмірів і сортаменту, розрахунки дозволили визначити раціональний взаємозв'язок між розподілом теплових потоків, що відбираються по довжині і периметру заготовок у ЗВО, і хімічним складом та геометричними параметрами заготовок. Отримане нами рівняння для розрахунку зміни величини щільності теплового потоку в процесі руху заготовки по бункеру ЗВО МБЛЗ (Q_ЗВО, Вт/м²) було використано при розробці системи водоповітряного охолодження (тут і далі у хв.).

R=0,91. (36)

Знайдений нами кількісний взаємозв'язок між безрозмірною щільністю теплового потоку, що відбирається від заготовки () і забезпечує рівномірність температури по периметру заготовки, та часом процесу кристалізації розрахункового перерізу, має вигляд

R=0,95, (37)

Нами знайдені залежності, що описують динаміку зміни товщини кірки металу (мм) по лінії ізосолідусу (Д_S), ізоліквідусу (Д_L), ширини ДФЗ (Д_ДФЗ) і глибини лунки рідкого металу (L_жф, м) від параметрів процесу:

R=0,98; (38)

R=0,97; (39)

R=0,84; (40)

R=0,99. (41)

Згідно розрахунків, швидкість росту оболонки заготовок по лінії ізосолідуса трохи відстає від швидкості кристалізації по лінії ізоліквідусу і не підкоряється закону квадратного кореня, відповідно до якого коефіцієнти твердіння рівні 20,4 мм/хв^0,5 (R=0,89) і 31,3 мм/хв^0,5 (R=0,94), відповідно.

Користуючись рівняннями (32)-(41), можна розрахувати металургійну довжину блюмової МБЛЗ, довжину бункера ЗВО, швидкість лиття, розподіл щільності теплового потоку по периметру заготовки в будь-якому місці бункера ЗВО, що забезпечують відсутність вторинного розігріву поверхні заготовки за його межами і заданий розподіл температури, а, отже, і відсутність критичних напружень. Рівняння (37) дозволяє визначити геометричні (кут розкриття, розміри вихідного отвору і т.п.) і витратні параметри пристроїв подачі охолоджувачів на поверхню безперервнолитої заготовки.

У шостому розділі наведені результати досліджень, розробки й удосконалення пристроїв водоповітряного охолодження і температурно-швидкісного режиму установок безперервного лиття сталі з урахуванням термомеханічних напружень у тілі заготовки, що формується.

Дослідження фізичних параметрів (характер формування водоповітряного факела, його геометричні параметри, стабільність роботи, щільність зрошення і т.п.) різних конструктивних варіантів безфорсуночного пристрою вторинного водоповітряного охолодження безперервнолитої блюмової заготовки виконувалися нами повномасштабно в лабораторних умовах. Вибрано пристрої, що стабільно працюють при охолодженні безперервнолитої заготовки. Розроблено раціональну конструкцію безфорсуночного пристрою вторинного охолодження, що не потребує застосування цінних кольорових металів на його виготовлення. Визначено параметри безфорсуночних пристроїв, що забезпечують формування «м'якого» водоповітряного факела заданої форми. Розробка відрізняється можливістю застосування нефільтрованої води й відсутністю форсунок, дозволяє створювати пристрої водоповітряного охолодження при мінімальних затратах матеріальних, енергетичних і трудових ресурсів на їхнє виготовлення й експлуатацію.

Дослідження пружно-в'язкого термонапруженого стану безперервнолитої заготовки, що формується, відрізняються урахуванням типорозміру і хімічного складу заготовки, термоциклування її поверхні й умов проходження зливка по роликовій проводці МБЛЗ. Це дозволяє прогнозувати час і місце виникнення ймовірних тріщин з метою визначення технологічних параметрів, що не допускають появи тріщин. Розрахунки напружень (пружно-пластична задача) у кірці заготовки (включаючи ДФЗ) проводилися з урахуванням ефекту релаксації напружень. Напруження в кірці під впливом феростатичного тиску при проходженні заготовки по роликовій проводці ЗВО розраховувалися з використанням метода Мора.

За допомогою чисельної моделі пружно-в'язкого термонапруженого стану безперервнолитої заготовки, що формується, адаптованої в комп'ютерну модель тепломасообміну і ліквації домішок, яка може бути використана в режимі «порадника технолога», виявлено, що розподіл пружно-в'язких термічних напружень по товщині кірки не носить рівномірного характеру (рис. 5) через нерівномірний розподіл лікватів, температури і вплив роликової проводки.

У сьомому розділі проведений аналіз досліджень і узагальнення впровадження комплексної технології безперервного лиття сталевої блюмової заготовки.

Найбільш простим і раціональним з технологічної і економічної точок зору способом розкислення металу при позапічній обробці на УКДС є уведення вторинного алюмінію у сталерозливний ківш у вигляді блоків, що виготовляють і наплавляють на продувні РЛФ безпосередньо на робочій площадці УКДС.

Визначено, що кількість плавок із застосуванням РЛФ, які попадають у необхідний інтервал вмісту Al у готовій сталі (0,020-0,030 %), в 2 рази вище, ніж таке на плавках поточного виробництва, і склала, у середньому, по всіх групах марок сталей 42,7 % проти 20,8 %.

Застосування РЛФ дозволило: 1) зменшити питомі витрати алюмінію з 1,33 до 0,65 кг/т сталі, знизити загальні питомі витрати алюмінію з 1,68 до 1,06 кг/т сталі; 2) підвищити ступінь засвоєння алюмінію на УКДС і наскрізного його засвоєння на 75,9 % і 93,4 %, відповідно; 3) знизити забруднення сталі оксидними (зокрема Al₂O₃) включеннями при близьких показниках забруднення сульфідами (бал по НВ знизився з 2,15 до 1,52, а довжина рядкових включень - з 0,8 до 0,4 мм); 4) зменшити брак металу на 1 %; 5) збільшити межу міцності заготовок, у середньому, на 2,8 %, межу плинності - на 9,3 %, відносне подовження - на 7 % відн., ударну в'язкість при 20єС - на 18 %.

При промисловому впровадженні комплексної технології безперервного лиття сталі захист струменя металу від окислення на ділянці стальківш - ПК здійснювався з використанням захисної труби. Нижня частина труби була занурена під рівень металу в ПК. Для захисту металу від окислення на ділянці ПК - кристалізатор використовували прямоточний занурений стакан. Для захисту дзеркала металу в кристалізаторі застосовували шлакоутворюючу суміш ШОС-10 з витратою 0,6-0,8 кг/т. Для поліпшення якості і збільшення швидкості розливання рідкий метал у кристалізаторі продували аргоном, який подавався крізь порожній стопор-моноблок, стакан-дозатор і занурений стакан.

Здійснення такого комплексу заходів дозволило знизити вміст кисню в безперервнолитій сталі до 0,0045 %, а на 30 % плавок одержати вміст кисню до 0,003 %, поліпшити якість поверхні і макроструктури заготовок на 1 бал. Середній вміст НВ знизився з 0,0142 до 0,0123 %. Швидкість лиття збільшилася, у середньому, на 8 %.

Пройшла успішну промислову перевірку і впроваджена у виробництво конструкція ПК, що має виконану з боку задньої стінки посилену футерівку. Аналіз результатів дослідно-промислових плавок показав, що після серії розливань різниця температур металу на периферійних і центральних ручаях ПК знизилася з 30С (базовий ПК) до 10С (удосконалений ПК), вихід придатного металу, за рахунок зниження відходів металу і збільшення серійності плавок, зріс на 0,8 % і склав 98,6 %, середня серійність зросла, у середньому, до 12,9 плавок замість 7, поверхня заготовок мала задовільну якість, сліди НВ були відсутні, забруднення оксидними і сульфідними включеннями не перевищувала 2,5 балів (раніше - до 5).

З використанням результатів лабораторних досліджень нами розроблена, запатентована і впроваджена спіралеподібна конструкція спреєрного пристрою ВПО типу «труба в трубі», проста у виконанні і монтажі, що не потребує застосування кольорових металів на виготовлення, додаткового очищення води і забезпечує формування водоповітряного факела заданої форми і розміру. Режимні параметри впровадженої системи ВПО блюмових і квадратних безперервнолитих заготовок різного сортаменту і перетину забезпечують рівномірне охолодження заготовки як по її довжині, так і по периметру.

Впровадження на ДМК розроблених пристроїв і режимів ВПО дозволило: 1) знизити інтенсивність охолодження з 0,4 до 0,18 л/кг; 2) збільшити вихід придатного металу на 0,39 %; 3) знизити до мінімуму кількість поверхневих дефектів по всій довжині блюмів і квадратних заготовок; 4) поліпшити якість макроструктури заготовок - центральна пористість знизилася до 1,5, осьова хімічна неоднорідність - до 1-2, лікваційні смужки і тріщини - до 1,0-1,5, крайові точкові забруднення - до 0,5-1,0; світла смуга - до 0,5-1,0 балів; 5) забезпечити підвищення механічних характеристик готового прокату.

На основі аналізу результатів досліджень макроструктури темплетів виявлена необхідність теплоізоляції торцевих граней периферійних ручаїв ПК МБЛЗ з метою уникнення зсуву теплового і концентраційного центра заготовки.

Розв'язання задачі термонапруженого стану заготовки підтвердило ефективність нових температурно-швидкісних режимів розливання, у тому числі при подачі в кристалізатор аргону крізь прямоточні занурені стакани.

ВИсновки

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень, проведених у дисертаційній роботі, теоретично узагальнена, практично вирішена важлива наукова проблема, пов'язана з розробкою комплексної науково-обґрунтованої технології отримання блюмової заготовки з заданими споживчими властивостями. Рішення проблеми отримане на основі дослідження і аналізу гідродинаміки, тепло- і масообміну рідкого металу в процесі розливання і кристалізації, створення сполучених математичних моделей для моделювання впливу технологічних факторів і розробки технологічних прийомів підготовки виплавленого металу до розливання, раціональних і оптимальних умов розливання, кристалізації і вторинного охолодження заготовки.

1. Виконаний системний аналіз впливу хімічного складу сталі, конструктивних особливостей МБЛЗ і технології безперервного розливання на якість продукції показав, що поліпшення показників роботи установок безперервного розливання вимагає комплексного підходу, що охоплює всі стадії технологічного ланцюга від моменту випуску металу зі сталеплавильного агрегату до одержання готової заготовки.

2. Розроблено нові теоретичні уявлення про механізм ліквації домішок при твердінні сплавів, що ґрунтуються на урахуванні наявності в сплаві, який кристалізується, мікрообластей з різним хімічним складом, що дозволяє встановлювати й оптимізувати технологічні фактори, які впливають на процес утворення основних видів макронеоднорідності. Отримані модельні уявлення підтверджені сучасними методами аналізу кінцевого стану заготовки, одержаної в реальних умовах. Це дало можливість:

Ё розробити комплексну комп'ютерну модель ліквації домішок і моніторингу температурного й напруженого стану безперервнолитої заготовки, що формується;

Ё показати, що розподіл домішок, температури, частки твердої фази і термомонапружень у просторі і часі існування ДФЗ не стабільний і носить не плавний, а хвилеподібний характер, і, як і ступені ліквації, розбіжності екстремумів концентрацій домішок у готовому зливку, швидкості пересування лікватів по ДФЗ залежить, головним чином, від хімічного складу сталі, перетину заготовки та інтенсивності електромагнітного перемішування рідкої серцевини зливка, що має значення для одержання металопродукції з мінімальним розвитком лікваційних явищ;

Ё показати, що для одержання мінімального розвитку лікваційних явищ в заготовці необхідно забезпечити проникнення конвективних потоків металу в зону виливаємості ДФЗ протягом проміжку часу тверднення, що відповідає часу існування в зоні виливаємості позитивної ліквації, за рахунок регулювання інтенсивності перемішування рідкої серцевини зливка методами зовнішнього впливу, що дало змогу розробити методику розрахунків часових меж накладення електромагнітного перемішування;

Ё виявити, що формування коркової зони зливка закінчується в момент початку фільтрації домішок, а формування зони стовпчастих кристалів - у момент припинення фільтрації домішок, що дало змогу отримати кількісний взаємозв'язок для прогнозування макроструктури заготовок досліджених типорозмірів і сортаменту.

3. Дослідження тепломасообмінних процесів у кристалізаторі дозволили визначити, що подача в нього нейтрального газу з раціональною витратою 0,012 м³/т рідкої сталі крізь прямоточні занурені стакани, за рахунок реорганізації гідродинамічної і теплової обстановки, забезпечує збільшення швидкості розливання при відсутності гарячих тріщин і одночасному підвищенні якості заготовки. Це дало змогу підвищити в практичних умовах швидкість безперервного лиття заготовок перерізом 335х400 мм на 8 % при одночасному поліпшенні їх якості.

4. Фізичне і математичне моделювання тепломасообмінних процесів у великовантажному трапецеїдальному багаторучайному проміжному ковші блюмової МБЛЗ дозволили:

Ё розробити і впровадити у виробництво конструкцію ПК, яка передбачає перерозподіл гідродинамічних і теплових потоків рідного металу в його об'ємі шляхом виконання з боку задньої стінки посиленої футерівки розміром 120х2000х1200 мм, що дозволило збільшити стійкість ковша з 7 до 12,9, в середньому, і більше плавок в серії при одночасному зменшенні різниці температур на ручаях ПК с 30 до 10 К і підвищенні якості заготовки;

Ё запропонувати, з метою вирівнювання температури, хімічного складу сталі по ручаях ПК, зменшення в ній вмісту НВ шляхом перерозподілу теплових і гідродинамічних потоків рідкого металу по об'єму ковша, конструкцію ПК, обладнаного системами подачі нейтрального газу, або системами перегородок з отворами, у тому числі фільтрувальними;

Ё розробити, запатентувати і здійснити на практиці спосіб полегшення запуску ручаїв, зменшення кількості НВ і збільшення стійкості відповідного сталерозливного припасу не менш, ніж на 10 %.

Впровадження реконструйованих ПК і комплексної технології захисту металу від окислення забезпечило: підвищення виходу придатного металу до 98,6 % (на 0,8 %) за рахунок збільшення середньої серійності плавок; зниження вмісту кисню в сталі менше 0,0045 %; поліпшення якості поверхні й макроструктури безперервнолитих заготовок, у середньому, на 1 бал; зниження кількості неметалічних включень з 0,0142 до 0,0123 %.

5. На основі результатів моделювання пристроїв водоповітряного охолодження, ліквації домішок, температурного, пружно-пластичного стану блюмових заготовок досліджених типорозмірів зі сталей марок масового призначення, практичного експерименту:

Ё розроблені і впроваджені: система вторинного водоповітряного охолодження безперервнолитих заготовок, режимні параметри якої забезпечують рівномірне охолодження заготовки як по її довжині, так і по периметру залежно від швидкості розливання, перетину і хімічного складу сталевої заготовки; пристрої вторинного охолодження заготовок в межах бункера ЗВО, не потребуючі суттєвих матеріальних, енергетичних і трудових затрат на виготовлення і експлуатацію, що дало змогу отримувати заготовку з заданими геометричними параметрами і без тріщин;

Ё виявлено, що розподіл напружень по товщині твердої кірки заготовки не носить рівномірного характеру через вплив роликової проводки, нерівномірний розподіл лікватів і викликаного цим розходження механічних властивостей шарів металу, що дозволило розробити методику по визначенню часу можливої появи і місця розташування ймовірних тріщин;

Ё розроблено методику визначення металургійної довжини блюмової МБЛЗ, довжини бункера ЗВО, динаміки просування фронтів кристалізації, швидкості лиття, розподілу теплового потоку, що відбирається, по довжині і периметру заготовок залежно від їхнього типорозміру і хімічного складу.

Впровадження пристроїв і системи вторинного водоповітряного охолодження в діюче виробництво дозволило знизити інтенсивність вторинного охолодження з 0,4 до 0,18 л/кг, збільшити, за рахунок поліпшення якості продукції, вихід придатного металу на 0,39 %.

6. Проведений комплекс робіт на ділянці сталеплавильний агрегат - проміжний ківш дозволив впровадити у виробництво технологію розкислення сталі за допомогою РЛФ, що передбачає уведення вторинного алюмінію у сталерозливний ківш у складі блоків, які виготовляють і наплавляють на РЛФ безпосередньо на робочій площадці УКДС. Це, при одночасному збільшенні стабільності результатів, дозволило: зменшити питомі витрати алюмінію з 1,33 кг/т до 0,65 кг/т; підвищити ступінь засвоєння алюмінію на УКДС і наскрізного його засвоєння з 44,5 % на 75,9 % і з 25,3 % на 93,4 %, відповідно; знизити бал по неметалічних включенням на 0,63 (з 2,15); зменшити брак прокатаного металу на 1 %; збільшити, у середньому, межу міцності металопродукції на 2,8 %, межу плинності - на 9,3 %, відносне подовження - на 7 % відн., ударну в'язкість при 20єС - на 18 %.

У цілому, в результаті впровадження комплексної технології безперервного лиття блюмової заготовки, у тому числі і з використанням розробок автора, з 1994 р. по 2006 р. в умовах ДМК вихід придатного збільшився з 93,9 % до 98,6 % при зниженні видаткового коефіцієнта з 1065 до 1015 кг/т і браку з 1,5 % до 0,2 %.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У РОБОТАХ:

1. Огурцов А.П. Непрерывное литье стали / А.П. Огурцов, А.В. Гресс. - Днепропетровск: Системные технологии, 2002. - 675 с.

2. Непрерывная разливка стали / [Огурцов А.П., Величко А. Г., Исаев Е.И., Гресс А.В.]. - Днепродзержинск : ДГТУ, 1999. - 306 с.

3. Гресс А.В. Особенности расстановки устройств электромагнитного перемешивания металла на технологической оси МНЛЗ / А.В. Гресс // Процессы литья. - 2007. - № 1-2. - С. 75-83.

4. Гресс А.В. Разработка теории и практики комплексной технологии непрерывного литья и получения качественных трубных заготовок / А.В. Гресс // Системные технологии. - 2002. - № 2 (19). - С. 87-93.

5. Гресс А.В. Разработка устройств защиты стопоров-моноблоков промежуточного ковша МНЛЗ с использованием численного моделирования / А.В. Гресс // Математичне моделювання. - 2001. - № 1 (6). - С. 68-74.

6. Гресс А.В. Расчетный анализ термических напряжений при затвердевании блюмовой непрерывнолитой заготовки / А.В. Гресс // Системные технологии. - 2003. - № 6 (29). - С. 121-132.

7. Гресс А.В. Изучение характера потоков металла в большегрузном промежуточном ковше МНЛЗ / А.В. Гресс // Вост.-европ. журнал передовых технологий. - 2006. - № 4 (22). - С. 45-48.

8. Гресс А.В. Ликвационные процессы при кристаллизации стали / А.В. Гресс, Л.С. Рудой, А. П. Огурцов // Металл и литье Украины. - 2005. - № 3-4. - С. 124-126.

9. Гресс А.В. Условия применения электромагнитного перемешивания металла при кристаллизации стальной непрерывнолитой заготовки / А.В. Гресс, А.П. Огурцов // Процессы литья. - 2006. - № 2. - С. 59-64.

10. Гресс А.В. Комплексные статистические исследования качества металлопродукции, полученной из непрерывнолитого металла в условиях Днепровского металлургического комбината / А.В. Гресс, А.П. Огурцов, А.И. Кобзева // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2002. - № 10. - С. 47-49.

11. Гресс А.В. Трехмерная модель процессов тепломассопереноса в кристаллизаторе блюмовой МНЛЗ / А.В. Гресс, А.П. Огурцов, А.И. Зуев // Математичне моделювання. - 2004. - № 1 (11). - С. 41-45.

12. Гресс А.В. Особенности гидродинамики расплавов в радиальных кристаллизаторах блюмовой МНЛЗ при непрерывной разливке стали через прямоточные погружные стаканы / А.В. Гресс, А.П. Огурцов, Т.М. Титова // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - К. : Наук. думка. - 2002. - Вып. 5. - С. 155-162.

13. Гресс А.В. Математическое моделирование тепломассообменных процессов в кристаллизаторе блюмовой МНЛЗ / А. В. Гресс, А. П. Огурцов // Системные технологии. - 2003. - № 6 (23). - С. 81-91.

14. Гресс А.В. Компьютерное моделирование тепломассообменных процессов в переходной зоне кристаллизующегося стального слитка / А.В. Гресс, А.П. Огурцов // Математичне моделювання. - 2002. - № 1 (18). - С. 55-59.

15. Гресс А.В. Об определении некоторых конструктивных и технологических параметров блюмовых установок непрерывной разливки стали / А.В. Гресс, А.П. Огурцов // Теория и практика металлургии. - 2001. - № 1 (21). - С. 20-24.

16. Гресс А.В. к вопросу о влиянии внешних воздействий на ликвацию примесей в непрерывнолитой заготовке / А.В. Гресс, А.П. Огурцов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 7. - С. 188-192.

17. Недопекин Ф.В. Оптимальное управление тепловыми процессами при непрерывной разливке / Ф.В. Недопекин, А.В. Гресс, В.Е. Черноног // Теория и практика металлургии. - 2003. - № 3. - С. 40-44.

18. Огурцов А.П. Разработка и исследование теплофизических параметров системы водовоздушных устройств охлаждения непрерывнолитой стальной заготовки / А.П. Огурцов, А.В. Гресс // Металлургия : сб. науч. тр. - Запорожье : ЗГИА. - 2001. - Вып. 4. - С. 81-86.

19. Огурцов А.П. Численная модель ликвации примесей при непрерывной разливке стали / А.П. Огурцов, А.В. Гресс // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2001. - № 10. - С. 45-50.

20. Разработка и освоение новой системы водовоздушного вторичного охлаждения блюмовой и квадратной заготовки на МНЛЗ криволинейного типа / А.В. Гресс, А.П. Огурцов, Л.М. Учитель, М.И. Пикус // Теория и практика металлургии. - 2002. - № 2 (28). - С. 27-32.

21. Совершенствование комплексной технологии производства непрерывнолитой трубной заготовки / [В.В. Несвет, А.В. Гресс, А.П. Огурцов, Л.М. Учитель, А.А. Ситало] // Сталь. - 2002. - № 4. - С. 48-51.

22. Структурная и химическая неоднородность блюмовых заготовок, отлитых на МНЛЗ ДМК // [А.П. Огурцов, А.В. Гресс, В.В. Несвет, М.И. Пикус, Л.Л. Ермилина] // Процессы литья. - 2001. - № 2. - С. 18-28.

23. Огурцов А.П. Расчетно-экспериментальное исследование сегрегации примесей при кристаллизации непрерывнолитой блюмовой заготовки / А.П. Огурцов, А.В. Гресс // Математичне моделювання. - 2000. - № 1(4). - С. 24-29.

24. Огурцов А.П. Исследование гидродинамики потоков металла в шестиручьевом промежуточном ковше различной конструкции / А.П. Огурцов, А.В. Гресс, М.И. Пикус // Теория и практика металлургии. - 2000. - № 3 (17). - С. 19-21.

25. Освоение производства непрерывнолитых заготовок на Днепровском металлургическом комбинате / [Н.П. Подберезный, С.С. Бродский, Л.М. Учитель, М.И. Пикус, В.В. Несвет, А.А. Ситало, В.В. Ивко, Н.С. Яшков, А.В. Гресс] // Металл и литье Украины. - 1996. - № 9-10. - С. 11-20.

26. Исследование особенностей затвердевания блюмовой заготовки сечением 335х400 мм, обрабатываемой аргоном в криволинейном кристаллизаторе МНЛЗ / [А.В. Гресс, А.П. Огурцов, Л.С. Рудой, Л.М. Учитель, А.А. Ситало, В.В. Моцный, Е.А. Сургучев, С.И. Ильенко, Л.Л. Ермилина, А.И. Кобзева] // Теория и практика металлургии. - 2002. - № 3. - С. 18-20.

27. Ogurcow A.P. Numeryczne modelowanie hydromechaniki przeplywu stali i ciepla w kadzi posredniej urzadzenia COS w warunkach Kombinatu Metalugicznego w Dnieproziensku / А.P. Ogurcow, J. А. Milenkij, A. W. Gress // VII seminarium naukowe «Nowe technologie i materialy w metalurgii i ingenierii materialowej». - Katowice, 1999. - P. 161-171.

28. Гресс А.В. Повышение серийности плавок в условиях МНЛЗ Днепровского металлургического комбината / А.В. Гресс, А.П. Огурцов, М.И. Пикус // IX seminarium naukowe «Nowe technologie i materialy w metalurgii i ingenierii materialowej». - Katowice, 2001. - P. 43-49.

29. Гресс А.В. Компьютерные исследования рациональных режимов непрерывного литья трубных заготовок блюмового и квадратного сечения / А.В. Гресс // Современная металлургия начала нового тысячелетия : сб. науч. тр. Ч. 2. - Липецк: ЛГТУ, 2001. - С. 12-19.

30. Пат. 690 Україна, МПК⁶ В 22 D 11/124. Пристрій для вторинного охолодження на машинах безперевного литва заготовок / С.С. Бродський, Л.М. Учитель, М.І. Пікус, О.Т. Букрєєв, Г.В. Єрмоленко, О.О. Сітало, Ю.М. Шаповал, О. О. Кобазєв, А.П. Жидков, О.В. Гресс. - № 98020589 ; заявл. 04.02.1998; опубл. 15.11.00, Бюл. № 6.

анотаціЯ

Гресс О.В. Розвиток теорії і практики комплексної технології безперервного лиття блюмових заготовок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю: 05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. - Національна металургійна академія України - Дніпропетровськ, 2008.

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень теоретично узагальнена, практично вирішена наукова проблема, пов'язана з розробкою комплексної науково-обґрунтованої технології одержання блюмової заготовки з заданими споживчими властивостями. Рішення проблеми отримане на основі дослідження і аналізу гідродинаміки, тепло- і масообміну рідкого металу в процесі розливання і кристалізації, створення сполучених математичних моделей для моделювання впливу технологічних факторів і розробки технологічних прийомів підготовки виплавленого металу до розливання, раціональних і оптимальних умов розливання, кристалізації і вторинного охолодження заготовки.

На основі комп'ютерного моделювання, експериментальних і статистичних методів визначені закономірності тепломасообмінних процесів у проміжному ковші, заготовці, що формується, нові закономірності поводження лікватів у зоні двофазного стану і запропоновані методики і комплекс конкретних рішень по впливу на якість заготовки.

Ключові слова: безперервне лиття сталі, моделювання, тепломасообмін, кристалізація, ліквація, якість.

АННОТАЦИЯ

Гресс А.В. Развитие теории и практики комплексной технологии непрерывного литья блюмовых заготовок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности: 05.16.02 - Металлургия черных, цветных металлов и специальных сплавов. - Национальная металлургическая академия Украины - Днепропетровск, 2008.

В результате теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, теоретически обобщена, практически решена важная научная проблема, связанная с разработкой комплексной научно-обоснованной технологии получения блюмовой заготовки с заданными потребительскими свойствами. Решение проблемы получено на основе исследования и анализа гидродинамики, тепло- и массообмена жидкого металла в процессе разливки и кристаллизации, создания сопряженных математических моделей для моделирования влияния технологических факторов и разработки технологических приемов подготовки выплавленного металла к разливке, рациональных и оптимальных условий разливки, кристаллизации и вторичного охлаждения заготовки. Исследования проводились с помощью методов математического, физического моделирования и практического эксперимента.

Изучение тепломассообменных процессов в многоручьевом промежуточном ковше позволило определить рациональное место подачи в него металла, усовершенствовать конструкцию ковша посредством выполнения в нем системы перегородок с отверстиями и устройств облегчения запуска ручьев и защиты сталеразливочного припаса.

Исследование тепломассообменных процессов в кристаллизаторе позволило определить рациональные скоростные и тепловые поля в кристаллизаторе и установить, что подача инертного газа через прямоточный погружной стакан дает возможность увеличить скорость разливки при улучшении качества заготовки за счет оптимизации тепловых и скоростных полей в объеме кристаллизатора при одновременном улучшении качества заготовки.

Новый оригинальный подход к проблеме ликвации примесей позволил разработать комплексную компьютерную модель ликвации примесей и мониторинга температурного и напряженного состояния кристаллизующейся непрерывнолитой заготовки, которая может работать в режиме «советчика технолога», показать, что распределение примесей, температуры и доли твердой фазы в пределах зоны двухфазного состояния носит волнообразный, а не экспоненциальный характер, и зависит от химического состава, сечения заготовки и внешних воздействий, установить, что формирование корковой зоны слитка заканчивается в момент начала фильтрации примесей, а формирование зоны столбчатых кристаллов - в момент прекращения фильтрации примесей, определить характер и место приложения электромагнитных воздействий на кристаллизующуюся непрерывнолитую заготовку. Приведенные статистические зависимости позволяют прогнозировать макроструктуру заготовки и производить расчеты основных технологических и конструктивных параметров блюмовых МНЛЗ.

На основании результатов численного моделирования температурного состояния, ликвации примесей и термомеханических напряжений при затвердевании сталей из марок массового назначения предложены оптимальные режимы вторичного охлаждения блюмовых непрерывнолитых заготовок различного размера в пределах бункера ЗВО, получены зависимости изменения параметров ДФЗ по ходу кристаллизации заготовки, установлено, что распределение напряжений по ее толщине не носит равномерного характера, предложена методика определения времени возможного появления и места расположения вероятных трещин.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили внедрить в производство комплексную технологию получения качественных непрерывнолитых блюмовых заготовок с заданными потребительскими свойствами, включающую подготовку стали к разливке с помощью раскислительно-легирующих фурм, предусматривающей ввод вторичного алюминия в сталеразливочный ковш в составе блоков, изготавливаемых и наплавляемых на фурмы непосредственно на рабочей площадке УКДС, оптимизацию температурных и скоростных режимов разливки, защиту стали от вторичного окисления, использование многоручьевого промежуточного ковша усовершенствованной конструкции, новых устройств и системы водовоздушного охлаждения.

Глубокий сравнительный анализ качества заготовок подтвердил эффективность принятых решений. В условиях Днепровского металлургического комбината выход годного во время проведения исследований увеличился с 93,9 % до 98,6 % при снижении расходного коэффициента с 1065 до 1015 кг/т и брака с 1,5 % до 0,2 %.

Основные результаты диссертационной работы внедрены на Днепровском металлургическом комбинате, а также в материалах лекций, практических занятий и лабораторных работ при подготовке специалистов-металлургов.

Ключевые слова: непрерывное литье стали, моделирование, тепломассообмен, кристаллизация, ликвация, качество.

SUMMARY

O.V. Gress Theory and practice development of the complex technology of bloom billet continuous casting. - Manuscript.

The dissertation for a Doctor of Technical Science Degree, specialisation 05.16.02 - Ferrous and Nonferrous Metallurgy and Special Alloys. - National Metallurgical Academy of Ukraine - Dnipropetrovsk, 2008.

The important scientific problem has been theoretically carried out and practically solved as a result of theoretical and the experimental researches on the development of complex continuous cast bloom billet technology according to steel-market demands. The solution of the problem based on the of research and analysis of liquid steel dynamics, heat and mass transfer in casted and crystallized liquid steel, development of the complex mathematical models for modelling of technological factors stress and development of the melted steel preparation technology to casting, rational and optimal conditions of casting, bloom crystallization and secondary cooling.

On the base of computer modelling and experimental and statistic methods the heat and mass transfer regularities in tundish ladle and forming ingot have been obtained. Accordingly, new segregate behavior regularities in diphase condition zone have also been obtained and new techniques and technological improvements determining the forming ingot quality have been offered.

The main results of the dissertation work have been implemented at Dniprovsky Metallurgical Plant and also at Metallurgical Department of Dniprodzerzhinsk State Technical University.

Key words: continuous casting, modelling, heat and mass transfer, crystallization, segregation, quality.

Размещено на Allbest.ru