Введение к работе
Актуальность работы. Совершенствование технологии непрерывной разливки направлено на повышение производительности машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), а также на повышение качества получаемых слитков. Анализ работы существующих установок, их модернизация, а также проектирование новых МНЛЗ базируются на широком использовании математического моделирования этого технологического процесса. Значительное место в этом моделировании занимают теплофизические модели, описывающие изменение теплового состояния непрерывного слитка и используемые при оптимизации процесса его формирования.
Существует несколько проблем, связанных с моделированием процесса непрерывной разливки и касающихся адекватности используемых моделей. Среди них большую роль играют проблемы задания теплофизических свойств разливаемых металлов и сплавов, а также проблемы формулирования граничных условий, определяющих особенности процесса затвердевания слитка и формирования качественных характеристик металла. Описание граничных условий базируется на знании гидродинамических и теплофизических параметров взаимодействия охладителя, распределяемого по поверхности слитка через элементы систем охлаждения. Эти параметры зависят от конструктивных особенностей таких систем и режимов подачи охладителя, в том числе при динамических условиях разливки.
Результаты исследований в данной области позволяют улучшить качественные характеристики непрерывных слитков путем совершенствования систем охлаждения МНЛЗ и оптимизации технологических параметров разливки, что и определяет актуальность темы диссертационного исследования.
Целью работы является повышение качества непрерывного слитка, основанное на совершенствовании элементов систем охлаждения МНЛЗ, а также на повышении надежности и информативности прогнозирования теплового состояния слитка с помощью математического моделирования охлаждения и затвердевания металла.
Научная новизна
-
Проведен сравнительный количественный анализ влияния способов задания теплофизических свойств металла на расчетные параметры теплового состоянии слитка при его математическом моделировании.
-
В результате анализа и обработки данных различных авторов получены зависимости основных теплофизических свойств от температуры для трех групп марок стали, использование которых уменьшает значение невязки между расчетными и экспериментальными данными.
-
В результате экспериментальных исследований взаимодействия двух капельных потоков установлен вид функции распределения суммарной плотности орошения в зависимости от расстояния между осями разбрызгивающих устройств и давления в системе подвода охладителя.
-
Разработана теоретическая модель взаимодействия двух капельных потоков, учитывающая упругие и неупругие столкновения капель и взаимную проницаемость потоков, и на основе ее использования установлено преобладание механизма неупругих столкновений капель в области взаимодействия струй.
-
Установлена квазиавтомодельность характерных функций распределения плотности орошения на преграде при воздействии на нее струи, истекающей из форсунки серии «К» при изменении давления воды, диаметра подводящего канала и расстояния до форсунки.
-
Установлены закономерности влияния параметров линейного управления режимами охлаждения в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ на характеристики теплового состояния слитка.
Практическая ценность и реализация работы
-
Полученные зависимости теплофизических свойств сталей от температур могут быть использованы в математических моделях теплового состояния слитка.
-
Разработанные методики выбора разбрызгивающих устройств позволяют определять оптимальные значения их характерных конструктивных размеров.
-
С помощью методик проектирования разбрызгивающих устройств и математического моделирования охлаждения слитка усовершенствованы системы охлаждения МНЛЗ ОАО "НЛМК".
-
Использование разработанной теоретической модели позволяет осуществлять проектирование многоколлекторных систем охлаждения.
-
На основе результатов исследования переходных процессов при непрерывной разливке рекомендованы функции управления расходом охладителя при динамических условиях разливки.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Восьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2002); Третьей российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002); Международной научно-практической конференции "Нелинейная динамика металлургических процессов и систем" (Липецк, 2003); Областной научно-практической конференции "Теплотехника и теплоэнергетика промышленного производства" (Липецк, 2003); объединенном научном семинаре специальных кафедр Липецкого государственного технического университета (2004); Международной научно-технической конференции «Теория и практика производства листового проката» (Липецк, 2005).
Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ в виде тезисов докладов и статей в научно-технических изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка из 250 наименований. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, содержит 122 рисунка и 16 таблиц.
Похожие диссертации на Моделирование и оптимизация элементов систем охлаждения МНЛЗ
