| Разработка и совершенствование тепловых режимов формирования слитка для повышения качества сортовой заготовки
Диссертация
Автор: Комшуков, Валерий Павлович
Название: Разработка и совершенствование тепловых режимов формирования слитка для повышения качества сортовой заготовки
Справка: Комшуков, Валерий Павлович. Разработка и совершенствование тепловых режимов формирования слитка для повышения качества сортовой заготовки : диссертация кандидата технических наук : 05.16.02 / Комшуков Валерий Павлович; [Место защиты: Сиб. гос. индустр. ун-т] - Новокузнецк, 2009 - Количество страниц: 177 с. ил. Новокузнецк, 2009 177 c. :
Объем: 177 стр.
Информация: Новокузнецк, 2009
Содержание:
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние теории и практики непрерывной разливки сортовых заготовок
11 Общая характеристика и технологические особенности непрерывной разливки стали на сортовую заготовку
12 Теплофизические особенности затвердевания непрерывного слитка
13 Вторичное охлаждение сортовой заготовки
14 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2 Исследование вторичного охлаждения непрерывного слитка с использованием обучающего тренажера оператора МНЛЗ
21 Разработка тренажера, анализ условий моделирования и методика проведения экспериментов
22 Исследование особенностей непрерывной разливки стали при различных режимах охлаждения слитка
23 Исследование вторичного охлаждения сортовой заготовки при переходных процессах
24 Выводы по главе 2
ГЛАВА 3 Численное моделирование тепловых режимов формирования непрерывного слитка
31 Постановка задачи и основные допущения
32 Анализ результатов численного моделирования температурных полей и дендритной структуры слитка
33 Исследование и оптимизация переходных процессов
34 Выводы по главе 3
ГЛАВА 4 Разработка, исследование и совершенствование технологии вторичного охлаждения заготовок на сортовой MHJI3 ОАО
ЗСМК»
41 Исходные условия и методика проведения исследования
42 Исследование влияния режимов вторичного охлаждения заготовок при нормативных скоростях разливки на макроструктуру заготовок
43 Исследование влияния режимов вторичного охлаждения с повышенными скоростями разливки на макроструктуру заготовок
44 Выводы по главе 4
ГЛАВА 5 Исследование особенностей обработки металла нанопорошковыми инокуляторами для повышения качества сортовой заготовки
51 Предлагаемые направления совершенствования качества сортовой заготовки
52 Модифицирование металла в кристаллизаторе сортовой МНЛЗ
53 Модифицирование металла в промежуточном ковше сортовой МНЛЗ
54 Выводы по главе 5
Введение:
Актуальность работы. Разработка технологии и оборудования непрерывной разливки стали по общепринятой точке зрения явилось одним из наиболее значительных достижений металлургической промышленности в XX веке.
Количество металла, разливаемого на машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3), постоянно возрастает и достигло по стали в мире приблизительно 80 % от мирового производства [1-3], в том числе в Японии 94 %, в странах европейского экономического союза около 90 %, в России 70 % [4]. Главным преимуществом непрерывной разливки является высокий выход годного металла по сравнению с разливкой металла в изложницы, который обычно достигает 96-99%.
Как правило, совершенствование технологии непрерывной разливки стали направлено на повышение производительности MHJ13, а также на повышение качества получаемых заготовок. Анализ работы существующих установок, их модернизация, а также создание и проектирование новых MHJI3 базируются на широком использовании физического и математического моделирования этого процесса. Затвердевание металла в кристаллизаторе, а также высокоэффективная работа зоны вторичного охлаждения играют важнейшую, а часто определяющую роль в обеспечении оптимальной работы MHJI3 и получении бездефектной продукции сталеплавильного производства. Эффективная работа МНЛЗ невозможна без обеспечения рационального температурно-скоростного режима разливки и кристаллизации слитка. Поэтому современные способы разливки на МНЛЗ требуют постоянного совершенствования, в частности, существенного-увеличения скорости разливки, которая, в первую очередь, зависит от тепловой работы кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения (ЗВО), что в значительной степени определяет актуальность проблемы изучения режимов формирования слитка в процессе разливки.
Качество непрерывнолитых заготовок во многом определяется режимом вторичного охлаждения, т.е. организацией охлаждения слитка после вытягивания из кристаллизатора. Нарушение режима вторичного охлаждения, как правило, приводит к появлению дефектов непрерывнолитой заготовки, причем некоторые дефекты выявляются только у потребителей металлопродукции. Как известно [4-6], качественные характеристики непрерывнолитой заготовки во многом определяются ее макроструктурой, формирование которой зависит от параметров процесса литья и сопровождающих его физико-химических явлений. Перспективным способом повышения качества внутренней структуры непрерывного слитка является применение нанодисперсных модифицирующих добавок -нанопорошковых инокуляторов (НПИ). Являясь активными центрами кристаллизации, НПИ обеспечивают ускоренное и более равномерное затвердевание стали в жидкой лунке непрерывного слитка, измельчение зерна и более равномерное распределение неметаллических включений. Поэтому за счет совершенствования режима вторичного охлаждения и применения модификаторов возможно существенно повысить качество металлопродукции и, следовательно, ее конкурентоспособность, что чрезвычайно важно в условиях рыночной экономики.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» в рамках научно-технической программы Рособразования «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограммы «Производственные технологии».
Цель работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами и теплообменных процессов при формировании непрерывного слитка найти эффективные пути совершенствования известных и разработки новых технологических вариантов повышения качества сортовой заготовки.
Научная новизна полученных результатов.
• разработаны основы и методика моделирования непрерывной разливки стали с использованием обучающего тренажера оператора MHJI3;
• на основании разработанной математической модели выполнены численные исследования теплофизических процессов при затвердевании непрерывного слитка;
• на основании вычислительных экспериментов предложены расчетно-эмпирические соотношения для интенсификации охлаждения и определения рациональных расходов воды в секциях ЗВО при временных остановках и изменении скорости разливки;
• получили дальнейшее развитие теоретическое обоснование и новые положения технологии получения и применения ультрадисперсных тугоплавких материалов - нанопорошковых инокуляторов.
Практическая значимость и реализация в промышленности. Полученные в работе научные результаты использованы при совершенствовании технологии непрерывной разливки стали на сортовой MHJI3. Разработанная технология модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами в промежуточном ковше и кристаллизаторе, усовершенствованные режимы охлаждения слитка позволили для условий ККЦ № 2 ОАО «ЗСМК» повысить качество непрерывнолитой заготовки.
Разработанные технологические рекомендации были использованы при внедрении оптимизированного температурно-скоростного режима разливки, технологии вторичного охлаждения и конструкций форсунок для водяного орошения поверхности непрерывного слитка, что обеспечило повышение качества сортовой заготовки, снижение брака и расхода материалов. На основании материалов исследований разработана и внедрена технологическая инструкция по непрерывной разливки стали на сортовой МНЛЗ ККЦ № 2.
За счет внедрения рациональной технологии непрерывной разливки на сортовой МНЛЗ достигнуто снижение затрат на производство стали на 45,9 руб./т годной стали, получен годовой экономический эффект 41771,08 тыс. руб., что при долевом участии автора 15% составило 6265,7 тыс. руб.
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся основные положения, представляющие научную новизну и практическую значимость, в том числе:
• методика и результаты моделирования непрерывной разливки сортовых заготовок с использованием обучающе-тренинговой системы при различных режимах охлаждения слитка в ЗВО и переходных процессах;
• анализ результатов численного моделирования тепловых режимов формирования непрерывного слитка в сортовой МНЛЗ;
• практические результаты отработки технологии непрерывной разливки сортовых заготовок с использованием оптимизированных режимов охлаждения слитка;
• теоретические и технологические положения модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами для повышения качества сортовой заготовки.
Автору принадлежит постановка задач теоретических и экспериментальных исследований; разработка методики моделирования непрерывной разливки сортовых заготовок с использованием обучающего тренажера МНЛЗ; разработка технологических вариантов модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами, анализ результатов численного моделирования, обработка и обобщение данных промышленных экспериментов.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на IX-X Международных конгрессах сталеплавильщиков (Россия,
2006, 2008 г.г.); XII, XIII Международных конференциях «Теория и практика сталеплавильных процессов» (г. Днепропетровск, Украина, 2006, 2008 г.г.); Международных научно-практических конференциях «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (г. Новокузнецк, Россия,
2007, 2008г.г.); Всероссийской научно-практической конференции «60-лет непрерывной разливки в России» (г. Москва, Россия, 2007г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций, получен патент России на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников из 166 наименований, 3 приложений и содержит 176 страниц машинописного текста, 52 рисунка, 31 таблицу.
|
