Введение к работе
Актуальность темы. Формирование непрерывно-литых слитков является сложным и многофакторным процессом, поэтому при разливке трещиночувст-[ вительных марок сталей проблема устранения поверхностных трещин остается > актуальной. Кроме повышения конкурентоспособности продукции, другим важ-I ным моментом снижения пораженное слитков поверхностными дефектами jk является уменьшение производственных затрат, связанных с процессом зачистки участков поверхности имеющих трещины.
s Большинство поверхностных дефектов непрерывно-литой заготовки обра-
И|ук>тся в кристаллизаторе МНЛЗ. Конусность кристаллизатора оказывает значительное влияние на качество поверхности слитков и является легко регулируемым параметром, поэтому целесообразно уделить особое внимание этому технологическому параметру процесса непрерывной разливки.
В зоне вторичного охлаждения (ЗВО), при неблагоприятном термонапряженном состоянии верхних слоев металла уже образовавшиеся в кристаллизаторе трещины получают дальнейшее свое развитие. Возникновение температурных градиентов на поверхности сляба в этой зоне определяется расположением и характеристиками охлаждающих элементов, поэтому эти параметры представляют интерес для получения качественной поверхности слябов.
В связи с этим для дальнейшего повышения качества непрерывных заготовок необходимо глубже изучить механизм влияния технологических факторов разливки на процесс формирования заготовки, а также проанализировать напряженное состояние ее поверхностных слоев.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа соответствует направлению исследований, которые проводит кафедра «Теория металлургических процессов» ПГТУ по повышению качества непрерывно-литых заготовок. Исследования являются частью научно-исследовательских работ с ОАО «МК «Азовсталь» «Разработка и внедрение комплекса мероприятий по снижению осевой ликвации и частоты проявления поверхностных дефектов в непрерывнолитом металле» (0106U006215), «Разработка и внедрение технологии выплавки и непрерывной разливки низколегированных ниобийсодержащих сталей, предотвращающих появление поверхностных дефектов проката» (0108U003717).
Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является определение рациональных технологических параметров непрерывной разливки стали, для повышения качества поверхности слябов из трещиночувст-вительных марок сталей, отливаемых на криволинейных МНЛЗ.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие научные задачи:
- разработать методику расчета процесса формирования и усадки непрерывно-литых заготовок при различных технологических и конструкционных параметрах МНЛЗ, которая бы адекватно описывала физическую сущность процесса по всей металлургической длине МНЛЗ;
разработать методику контроля теплового состояния поверхности непрерывно-литых заготовок в ЗВО, которая позволяет определять распределение температуры по ширине поверхности слитка;
предложить значения рациональной конусности кристаллизаторов и рациональные технологические параметры ЗВО МНЛЗ для разливки трещиночув-ствительных марок сталей;
провести промышленное опробовавше и внедрение предложенных on- і тимальных технологических параметров разливки трещиночувствительных ма-. рок сталей с содержанием углерода 0,1 - 0,17 % 1
Объект исследования -процесс непрерывной разливки стали на кривсЛ
линейных МНЛЗ Ш
Предмет исследования - закономерности формирования и усадки н*е? прерывно-литой заготовки, технологические и конструкционные параметры процесса непрерывной разливки стали на криволинейных МНЛЗ
Методы исследования - для достижения поставленной цели в работе использованы методики оптического определения теплового состояния поверхности непрерывно-литого слитка с возможностью определения распределения температуры поверхности сляба по его ширине, методики математического моделирования процесса непрерывной разливки, реализованного в программном обеспечении на ПЭВМ, и методы статистического анализа данных. Научная новизна полученных результатов:
-
Экспериментально установлена связь между значениями отклика матрицы прибора с зарядной связью (ПЗС) и интенсивностью излучения разогретого металла в интервале температур 620 - 1100 С. Предложено уравнение для определения температуры металла по величинам интенсивности излучения в двух спектральных интерватах полученных с ПЗС матрицы визирующего устройства.
-
Разработана методика оптического измерения температуры поверхности непрерывно-литого слитка с помощью устройств с ПЗС матрицей, позволяющая определять распределение температуры (в интервале температур 680-940 С с погрешностью не более 2%) и степень пораженности окалиной поверхности непрерывно-литого слитка.
-
Для непрерывной разливки сталей с содержанием углерода (0,1 -0,1*7%) предложен новый упрощенный способ расчета рациональных значений конусности слябовых кристаллизаторов с постоянным значением конусности, позволяющий учесть особенности усадки перитектических сталей и возможность образования поверхностных трещин по периметру сляба.
-
Предложен новый теоретический подход и уравнения, которые позволили усовершенствовать методику расчета плотности орошения охлаждающей смеси и распределение локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности непрерывно-литой заготовки в ЗВО криволинейной МНЛЗ. Предложенные усовершенствования в расчетах затвердевания стали позволяют учесть изменения формы распределения охлаждающей смеси современных форсунок, эффект экранирования водовоздушных факелов поддерживающей системой роликов ЗВО,
возможность разворота форсунок по оси факела и особенности влияния стекаю
щей воды по противоположным широким граням непрерывно-литого слитка.
Практическая значимость полученных результатов.
1. Экспериментальным путем установлена зависимость значений отклика
ПЗС матрицы цифрового фотоаппарата от значений температуры разогретой
поверхности стали. На основании этого разработана методика определения теп
лового состояния поверхности сляба в процессе разливки путем оптического
.визирования этой поверхности приборами с ПЗС матрицей.
I 2. На основании усовершенствованного подхода определены рациональ-
ные значения конусности слябовых кристаллизаторов МНЛЗ с учетом особенностей усадки марок сталей с содержанием углерода (0,1 - 0,17 %). N. 3. На основании разработанных методик составлен пакет компьютерных приложений, позволяющий оценить влияние технологических и конструкционных особенностей процесса непрерывной разливки стали на тепловое, термонапряженное состояние сляба и эффективность использования охлаждающей воды в ЗВО МНЛЗ.
-
Установлено, что на линии непрерывной разливки стали участок выхода слитка из кристаллизатора и места непосредственного воздействия факелов охлаждающей смеси на поверхность сляба отличаются наиболее неблагоприятными термонапряженными условиями охлаждения.
-
Разработаны рекомендации по ориентации водовоздушных форсунок в ЗВО МНЛЗ, обеспечивающей рациональное охлаждение и снижение пораженно-сти поверхностными трещинами слябов в процессе непрерывной разливки.
Личный вклад соискателя:
Проведение теоретических и экспериментальных исследований по определению зависимости отклика ПЗС матрицы оптического устройства от температуры визируемого металла и разработка методики определения температуры поверхности непрерывно-литых слитков в ЗВО МНЛЗ.
Усовершенствование математической модели формирования и усадки сляба позволяющей оценивать его термонапряженое состояние в кристаллизаторе и ЗВО криволинейных МНЛЗ. Создание программного обеспечения реализующего усовершенствованную математическую модель.
Проведение статистических исследований производственных данных с целью определения условий формирования дефектов на поверхности слябов.
Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: «Современные проблемы теории и практики производства качественной стали» г. Мариуполь. ПГТУ. 2004 г., «Прогрессивные технологии в металлургии стали, XXI век» г. Донецк 2006 г., «Проблемы математического моделирования» г. Днепродзержинск 2008 г., VIII международная научно-техническая конференция молодых специалистов г. Мариуполь ОАО «ММК имени Ильича» 2008 г., «Университетская наука» г. Мариуполь. ПГТУ. 2006-2009 г.. Также на 10-й научно-технической конференции молодых специалистов г. Мариуполь «Азов-сталь-2008» 2008 г, 10-12-й региональных научно-технических конференциях, г. Мариуполь. ПГТУ. 2003-2005 г.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 19 работ, в том числе 5 статей в специализированных изданиях ВАК Украины, 14 тезисов докладов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Она содержит 112 стр. машинописного текста, а также 53 иллюстрации, библиографический список, включающий 116 наименований, приложения на 8 страницах.
