Введение к работе
Актуальность работы.
В последние годы наблюдается значительный рост требований, предъявляемых современным машиностроением к качеству непрерывнолитых заготовок и стальных изделий в целом, в связи с чем одной из главных практических задач является совершенствование технологического процесса непрерывной разливки стали, его оптимизация с целью получения более качественного продукта.
Известно, что наиболее качественный металл получается при стационарных режимах разливки, когда скорость вытягивания сляба не изменяется. Наибольшая доля брака разливаемого металла получается при переходных режимах разливки, когда в силу технологических причин приходится изменять скорость разливки, причем около 10-20% всего металла разливается на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в условиях переходных режимов. Брак металла получается в большой степени из-за нерационального управления охлаждением сляба в переходных режимах разливки. На большинстве отечественных МНЛЗ управление вторичным охлаждением сляба производится таким образом, что при изменении скорости разливки расходы воды в зонах изменяются практически мгновенно и принимают значения, соответствующие текущей скорости разливки без учета инерционности переходного процесса. При снижении скорости разливки происходит значительный разогрев поверхности сляба, что может привести к уменьшению прочности твердой оболочки сляба и ее выпучиванию между поддерживающими роликами, а это вредно отражается на качестве металла. При увеличении скорости разливки происходит переохлаждение поверхности сляба, твердая оболочка может потерять необходимую пластичность и в зоне разгиба криволинейной МНЛЗ могут возникать внутренние и поверхностные трещины в металле. Таким образом, при существующем способе управления охлаждением сляба в МНЛЗ в переходных режимах разливки не выдерживается заданный температурный режим охлаждения сляба.
В связи с этим разработка эффективного способа управления охлаждением сляба в МНЛЗ, позволяющего выдерживать рациональный температурный режим охлаждения сляба при стационарных и переходных режимах разливки, является актуальной.
Задачи работы.
В ходе выполнения работы поставлены следующие задачи:
1) Разработка способа динамического управления охлаждением сляба в
зоне вторичного охлаждения (ЗВО) при стационарных и переходных режимах
разливки.
1"
-
Разработка математической модели затвердевания сляба при стационарных и переходных режимах разливки при данном способе управления охлаждением сляба.
-
Разработка инженерного способа расчета толщины твердой фазы в кристаллизаторе МНЛЗ при переходных режимах разливки.
-
Разработка математической модели перестройки тепловых потоков в
рабочей стенке кристаллизатора при пере: ;0|вфф))Л[^едютВИ1рйЫИИ КН.
О»
5) Разработка компьютерной программы динамического управления охлаждением сляба в ЗВО МНЛЗ для внедрения на МНЛЗ конвертерного производства ОАО «Северсталь».
Методы исследований.
В данной работе использовались методы математического моделирования, полученные результаты сравнивались с известными экспериментальными и расчетными данными. При разработке динамической модели охлаждения и затвердевания сляба использована квазиравновесная математическая модель затвердевания и охлаждения сляба, а также метод контрольных сечений, позволяющий рассчитывать процесс затвердевания при изменении скорости разливки.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель управления охлаждением сляба и установлены основные закономерности изменения интенсивности охлаждения сляба в ЗВО при стационарных и переходных режимах разливки.
-
Разработана математическая модель затвердевания сляба и установлены основные закономерности формирования твердой фазы и изменения температуры поверхности сляба в динамических режимах разливки.
-
Разработана математическая модель изменения тепловых потоков в рабочей стенке кристаллизатора и установлены основные закономерности изменения тепловых потоков в рабочей стенке кристаллизатора при переходных режимах разливки.
Практическая ценность.
-
Разработан способ динамического управления охлаждением сляба в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.
-
Разработан инженерный способ расчета толщины твердой фазы сляба в кристаллизаторе МНЛЗ при переходных режимах разливки.
-
Разработан инженерный способ расчета плотности теплового потока от сляба к кристаллизатору при переходных режимах разливки.
-
Разработан способ визуализации процесса охлаждения и затвердевания сляба в динамических режимах разливки.
-
Разработан способ настройки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.
-
Разработана компьютерная программа, реализованная в среде программирования Borland Delphi для операционных систем Windows 9Х/2000/ МЕ/ХР, для динамической модели охлаждения и затвердевания сляба в МНЛЗ.
Реализация работы.
Разработанный способ динамического управления охлаждением сляба в ЗВО МНЛЗ, а также компьютерная программа динамической модели охлаждения и затвердевания сляба в МНЛЗ обсуждались на научно-технических совещаниях в конвертерном производстве (19.03.03) и в управлении механизации и автоматизации (15.10.03) ОАО «Северсталь». Протоколом технического совещания от 26.11.03 за подписью начальника
конвертерного производства, данная компьютерная программа рекомендуется к внедрению в систему автоматизации МНЛЗ конвертерного производства ОАО «Северсталь».
Апробация работы.
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на 4-й межвузовской конференции молодых ученых (Череповец, ЧГУ, 2003 г.); на 3-й межвузовской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы металлургии» (Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2003 г.); на 4-й Международной научно-технической конференции «Инфотех-2004» «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (Череповец, ЧГУ, 2004); на Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию АГТУ (Архангельск, АГТУ, 2004); на 4-й Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, ВоГТУ, 2004).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ в научных сборниках и монографиях.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Общий объем работы 188 страниц машинописного текста, включает в себя 60 рисунков, 5 таблиц и список литературы, состоящий из 155 наименований.
Похожие диссертации на Разработка динамической модели охлаждения и затвердевания сляба на машинах непрерывного литья заготовок
