Научно-технический и производственный журнал.
Издается с января 1958 года. Индекс: 70383
ISSN 2410-2091 (Online), ISSN 0368-0797 (Print)
 
 
 
 

Послать статью

 

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ РАСПЛАВА В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ И КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

стр. 374-380

Авторы: Роготовский А. Н.1, Шипельников А. А.1, Скаков С. В.1, Бобылева Н. А.1

1 Липецкий государственный технический университет (398600, Россия, Липецк, ул. Московская, 30)
Роготовский А. Н. - к.т.н., доцент, заведующий кафедрой "Металлургические технологии" (email: arogotovskij@yandex.ru)
Шипельников А. А. - к.т.н., доцент кафедры "Металлургические технологии" (email: lex1366@yandex.ru)
Скаков С. В. - старший преподаватель кафедры "Металлургические технологии" (email: skakovs@yandex.ru)
Бобылева Н. А. - учебный мастер кафедры "Металлургические технологии" (email: bobyleva.n.a@yandex.ru)

Аннотация: На сегодняшний день системы инженерного анализа процессов благодаря высокой точности расчетов и степени сходимости их результатов с достигаемыми на производственной практике показателями все более широко применяются для исследования непрерывной разливки стали. Такие мощные системы как «ANSYS» и «ProCast» позволяют успешно решать различные гидро-, газодинамические и тепловые задачи, параллельное протекание которых составляет сущность большинства металлургических процессов. Авторским коллективом кафедры металлургических технологий ЛГТУ был выполнен ряд компьютерных экспериментов по моделированию процессов, протекающих в промежуточном ковше и кристаллизаторе слябовой МНЛЗ. Исследования направлены на изучение возможности дальнейшего совершенствования конструкции модификаторов потока (перегородки, турбостопы, пороги) и режима продувки аргоном на параметры движения потоков расплава в рабочем пространстве 50-тонного промежуточного ковша (промковша), а также влияния конфигурации донной части погружных стаканов на движение расплава в кристаллизаторе при детерминированном динамическом режиме работы слябовой МНЛЗ. Результатом расчетов явились поля скоростей потоков и температуры расплава по объему промковша и кристаллизатора, а также температурные поля в футеровке ковша, также получены выражения описывающие изменение средней скорости первичного потока формирующегося на выходе из отверстия погружного стакана в кристаллизаторе. Предварительно полученные результаты позволяют более полно оценить изменения скорости и направления движения потоков расплава, формирования объемов с различной температурой расплава при использовании в промковше модификаторов потоков, в том числе, при использовании приёма «аргоновой завесы» в разливочной камере. Также получены данные по движению потоков расплава и смещению «пятен» размыва твердой «корочки» сляба, наличию градиентных температурных зон в различных областях пространства кристаллизатора, которые могут быть полезны инженерам-практикам занимающихся выбором погружных стаканов для конкретных условий разливки стали на МНЛЗ. Эффективное управление движением потоков расплава в промковше и кристаллизаторе МНЛЗ позволяет существенно повысить качество слябов и проката в разрезе снижения отсортировки металла по дефектам сталеплавильного происхождения, связанным с наличием шлака, неметаллических включений и трещин, образующихся из-за недостаточной толщины «корочки» заготовки на выходе из кристаллизатора.

Ключевые слова: непрерывная разливка стали, CAE-системы, моделирование, промежуточный ковш, кристаллизатор, погружной стакан, модификаторы потока, гидродинамика потоков, расплав, МНЛЗ

DOI: 10.17073/0368-0797-2019-5-374-380

Библиография:
  1. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П. Совершенствование методов моделирования и оптимизация параметров систем дозирования стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Научные труды Донецкого Национального Технического Университета, серия металлургия. 2011. Выпуск 13 (194). С. 40-47.
  2. Tathagata Bhattacharya, Andrew J. Brown, Christopher M. Muller et al. Development of Next-Generation Impact Pads for Producing Ultraclean Steel Using Mathematical Models and Plant Trials // AISTech 2016 Proceedings. pp. 1547-1572.
  3. Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков. [Электронный ресурс]. URL: http://uas.su/books/mnlz/mnlz.php, (дата обращения: 30.10.2015 г.)
  4. Винс О., Мосснер В., Раффершайд М. и др. Повышение качества разливки путем использования оптимизированного погружного стакана // Черные металлы. 2012. № 8. С. 44-50.
  5. Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Верзилов А.П. и др. Моделирование процессов поведения жидкой стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ // Процессы литья. 2010. № 5. С. 40-47
  6. Solhed H., Jonsson L., Jönsson P. Modelling of the Steel/Slag Interface in a Continuous Casting Tundish // Steel Research International. 2008. Vol. 79(5). pp. 348-357.
  7. Zhanga T., Luoa Z.G., Liub C.L. etc. A mathematical model considering the interaction of bubbles in continuous casting mold of steel // Powder Technology. 2015. Vol. 273. pp.154-164.
  8. Z.Q. Liua, F.S. Qia, B.K. Lia, S.C.P. Cheungb. Modeling of bubble behaviors and size distribution in a slab continuous casting mold // International Journal of Multiphase Flow. 2016. Vol. 79. pp. 190-201.
  9. Pavel Ernesto Ramirez Lopez, Pooria Nazem Jalali, Johan Björkvall, Ulf Sjöström, Christer Nilsson. Recent developments of a numerical model for continuous casting of steel: model theory, setup and comparison to physical modelling with liquid metal // ISIJ International. 2014. Vol. 54. No. 2. pp. 342-350.
  10. Sen A., Prasad B., Sahu J.K., Tiwari J.N. Designing of Sub-entry Nozzle for Casting Defect-free Steel // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 75. P. 1 - 6.
  11. Bielnicki M., Jowsa J., Cwudzinski A. Multiphase numerical model of molten steel and slag behavior in the continuous casting mould // Archives of Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 60. Issue 1. P. 257-262.
  12. Wu D.F., Cheng S.S. Effect of SEN design on surface fluctuation and so-lidifying shell in slab mold and its optimization // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2008. Vol. 21, No.10. P. 341-350.
  13. L Zhang, S. Yang, K. Cai, et al. Investigation of fluid flow and steel cleanliness in the continuous casting strand // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38b. P. 63-68.
  14. Z. Meijie, G. Huazhi, H. Ao, Z. Hongxi, D. Chengji. Numerical simulation and industrial practice of inclusion removal from molten steel by gas bottomblowing in continuous casting tundish // Journal of Mining and Metallurgy Section B Metallurgy. 2011. Vol. 47, No. 2. P. 137-147.
  15. Шипельников А.А., Роготовский А.Н., Бобылева Н.А., Скаков С.В. Моделирование истечения расплава из погружных стаканов с учетом различной конфигурации донной части и вертикального участка МНЛЗ // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 7. С. 3-7.
  16. Arcos-Gutierrez H., Barreto J. de J., Garcia-Hernandez S. et al. Mathematical analysis of inclusion removal from liquid steel by gas bubbling in a casting tundish // Journal of Applied Mathematics. 2012. Vol. 2012. P. 1-16.
  17. Глебов В.П., Кононыхин Г.Н. Опробование погружаемых стаканов опытной конструкции на МНЛЗ в ОАО «НЛМК» // Современная металлургия начала нового тысячелетия: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. – 17-21 декабря 2014г. Часть 1. Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. С. 143-146.
  18. Смирнов А.Н., Ефимова В.Г., Кравченко А.В. Исследование условий всплытия неметаллических включений при продувке аргоном жидкой ванны промежуточного ковша МНЛЗ. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Том 57. № 1. С. 19-25.
  19.  Шипельников А.А., Роготовский А.Н., Бобылева Н.А. и др. Исследование и моделирование процесса непрерывной разливки стали с помощью современных CAE-i-CAD-систем // Вестник Липецкого государственного технического университета. 2016. № 1. С. 38-45
  20. Бобылева Н.А., Шипельников А.А., Роготовский А.Н. и др. Влияние конструкции погружного стакана на истечение расплава в процессе непрерывной разливки стали // Современная металлургия нового тысячелетия: сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. – 8-11 декабря 2015г. Часть 2. Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015. С. 208-215.
  21. Роготовский А.Н., Володин И.М., Шипельников А.А. и др. Исследование взаимосвязи температуры со скоростью движения расплава на различных сечениях погружных стаканов в слябовом кристаллизаторе // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 10. С. 3-7.
  22. Yokoya S., Takagi S., Ootani S.et al. Swirling flow effect in submerged entry nozzle on bulk flow in high throughput slab continuous casting mold // The Iron and Steel Institute of Japan International. 2001. Vol. 4. No. 10. P. 1208-1214.
  23. Jowsa J., Bielnicki M., Cwudziński A. Numerical Modelling of Metal/Flux Interface in a Continuous Casting Mould //Archives of Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 60. No. 4. P. 2905-2912.
  24. Гущин В.Н., Ульянов В.А. Исследование влияния внешних воздействий на развитие двухфазной зоны стальных заготовок // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2014. № 1(103). С. 200-204.
  25. Бажуков Д.О., Тутарова В.Д., Сафонов Д.С. Математическое моделирование теплового состояния непрерывнолитой слябовой заготовки с учетом конструкционных особенностей МНЛЗ // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. Том № 1. С. 3-5.
Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №17-48-480203р_а.

Дата поступления: 14.06.2017

Главный редактор

Леонтьев Леопольд Игоревич

Главный редактор Известия вузов Черная металлургия