Контент-платформа Pandia.ru:     2 872 000 материалов , 128 197 пользователей.     Регистрация


Физическое и математическое моделирование гидродинамических процессов и распределения неметалических включений в объеме промежуточного ковша двухручьевой слябовой МНЛЗ

 просмотров


Кравченко Артем Вадимович (Донецький національний технічний університет )

Физическое и математическое моделирование гидродинамических процессов и распределения неметалических включений в объеме промежуточного ковша двухручьевой слябовой МНЛЗ

Направление: «Металлургия»

СЛЯБ, МНЛЗ, ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОВШ, ВКЛЮЧЕНИЯ

Характер перемешивания и гидродинамическая картину состояния жидкого металла в промковше оказывает влияние высота уровня металла в ковше, скорость истечения струи из стальковша и ее положение относительно поперечной оси промежуточного ковша, а также процессы перемешивания металла в объеме металлоприемника и конфигурация промежуточного ковша[1,2]. Распределение неметаллических включений и динамика их движения в объеме промежуточного ковша – один из основных факторов, влияющих на качество непрерывно литой заготовки. Минимизация количества включений вносимых в кристаллизатор в первую очередь реализуется с помощью правильного выбора системы приема металла из сталеразливочного ковша и его рациональное распределение[1,3].

Целью данных исследований является, изучение характера всплытия и захвата неметаллических включений промежуточного ковша МНЛЗ «Алчевского металлургического комбината». А также изучение общего мониторинга технологических условий эксплуатации устройств приема металла и факторов влияющих на увеличение содержания включений в непрерывнолитой заготовке.

Сегодня металлоприемник типа «turbostop» (рис.1), является наиболее актуальным решением приема металла из сталеразливочного ковша, одновременно создавая условия для достижения максимального эффекта всплытия неметаллических включений.

Рисунок 1 – Металлоприемник типа «turbostop»

Технологические особенности разливки регулярно приводят к нестабильному пребыванию металла в промежуточном ковше. Систематическое изменение высоты налива металла в промковше – стандартная ситуация, вносящая существенную конверсию поведения неметаллических включений[3].

Решение поставленных задач было осуществлено на водной модели промежуточного ковша (рис.2) выполненного в масштабе 1:3, построенной с учетом коэффициентов подобия Фруда, гомохронности и Рейнольдса. Имитирующая неметаллические включения среда – это композиция масла и эмульсии, подобранная по плотности и величине поверхностного натяжения.

Рисунок 2 – Общий вид лабораторной установки водной модели слябового промежуточного ковша

На первом этапе исследований отрабатывалась методика идентификации основных схем движения потоков для различного типа приема металла. Были выбраны две основные схемы:

-разливка без металлоприемника;

-разливка с металлоприемником типа «turbostop» конструкции фирмы “Foseco”.

Кинограммы основных характерных этапов движения потоков для различных схем представлены на рис.3. Как видно из приведенных кинограмм, движение потоков жидкости для металлоприемника типа «turbostop» носит специфический характер. Главным отличием при этом является торможение струи металлоприемником, и как следствие направление потока вертикально вверх к зеркалу метала, а затем горизонтально к ручьям промежуточного ковша.

Рисунок 3 – Кинограмма движения потоков жидкости:

а) без металлоприемника;

б) металлоприемник типа «turbostop».

Такая схема движения потоков обеспечивает более равномерное распределение горячих порций металла по ручьям МНЛЗ. Более того, горячие порции металла, двигаясь к углам промковша, обеспечивают подогрев удаленных областей жидкой ванны. Продвижение горячих порций металла к крайним ручьям с использованием металлоприемника типа «turbostop» происходит в 1,5-2,0 раза быстрее, чем без металлоприемника. Данный этап исследований дает первичное представление о возможном переводе значительной части продуктов раскисления из металла в шлак.

Решение динамических задач на физических моделях осложнено необходимостью выполнения чисел подобия, а также тем, что на многих моделях изменяется, в основном, только один из параметров, что не позволяет изучить совокупное влияние параметров во взаимосвязи[5].

Наиболее полную и достоверную картину гидродинамической обстановки в ванне промежуточного ковша возможно изучить на математических моделях, максимально отражающих реальное протекание физических явлений и процессов.

В работе для решения задачи динамического поведения расплава в промежуточном ковше при различном уровне металла для установившегося и переходного режима разливки используется математическое моделирование, позволяющее описывать эти физические явления уравнениями, а при их численной реализации – определять необходимые параметры в период непрерывной разливки[5].

С учетом вышесказанного, а также в связи с трудностями определения вышеуказанных параметров в процессе прямого эксперимента и "холодного" моделирования разработана математическая модель потоков расплава, основными параметрами которой являются: конфигурация и геометрические размеры промковша; скорость и месторасположение точки падения струи металла из стальковша; уровень металла в ковше; расположение и геометрические размеры металлоприемника.

Основными параметрами исследований являются уровень металла в ковше и скорость поступления металл из сталеразливочного в промежуточный ковш.

Математическое решение гидродинамической ситуации при уровне наполнения промежуточного ковша представлено на рис.4 – 6. Следует обратить внимание на тот факт, что при снижении уровня металла в ковше на 500 мм и менее, поток металла приобретает четко сформированное направление к расположению стакана-дозатора, что дает возможность предположить о вовлечении в него продуктов раскисления расплава и захвата шлака. При высоте налива 600 – 700 мм, ситуация динамическая ситуация носит стабильный характер. Струя из металлоприемника направлена вертикально вверх, а затем, отражаясь от зоны мениска уходит к боковой стенке. Такая схема движения потоков обеспечивает более равномерное распределение горячих порций металла по ручьям МНЛЗ. Более того, горячие порции металла, двигаясь к углам промковша, обеспечивают подогрев удаленных областей жидкой ванны и дает возможность предполагать о переводе неметаллических включений в шлак.

В связи с тем, что гидродинамическое моделирование потоков жидкого расплава не может давать полного представления о характере распределения неметаллических включений в ковше, было принято решение о проведении дополнительных исследований на «холодной» модели[3].

Рисунок 4 – Динамика потоков и векторное представление распределение скорости при уровне налива 700 мм

Рисунок 5 – Динамика потоков и векторное представление распределение скорости при уровне налива 600 мм

Рисунок 6 – Динамика потоков и векторное представление распределение скорости при уровне налива 500 мм

В ходе моделирования поведения неметаллических включений установлено, что применение металлоприемника типа «turbostop» способствуют повороту потока в обратном направлении, а также уменьшению количества и объёма циркуляционных зон в промковше, особенно у стопора. В результате этого поток приближается к поверхности и продолжительность его пребывания в промежуточном ковше возрастает, что обеспечивает возможность лучшего выделения примесей.

При наличии металлоприемника расплав движется как в направлении главного потока, так и навстречу ему, и, в конечном итоге, местами направляется обратно к месту падения струи. Т. о., суспензированные в стали включения должны пройти большой путь, пока они не всплывут[3,4]. Поэтому вероятность засасывания в разливочный стакан, особенно медленно всплывающих включений, очень велика, что весьма нежелательно. Применение металлоприемника в месте падения струи приводит к отклонению струи кверху. Происходит завихрение, в результате чего содержащиеся в стали включения коагулируют и размеры их растут, что создает благоприятные условия для их выделения. Одновременно эти частицы движутся к границе раздела сталь — шлак и поглощаются слоем шлака (рис

В промковше с металлоприемником часть стали движется параллельно поверхности металла в направлении к торцовым стенкам промковша, у которых струи загибаются и движутся параллельно днищу в обратном направлении к разливочным стаканам. Поэтому дополнительно создаются благоприятные условия для выделения включений, т. е. уменьшение пути всплывания включений и увеличение времени, необходимого для этого. Но при падении уровня металла до 500 мм и менее (рис. 11) подтверждают данные физического моделирования. струя приобретает более высокую скорость и ни с чем не вступая во взаимодействие направляется в стакан – дозатор унося с собой продукты раскисления металла.

Выводы:

1. Разработана оригинальная физическая и математическая модель процессов перемешивания и течений жидкости в промковше слябовой МНЛЗ.

2. Выполнен комплекс исследований по оценке эффективности применения металлоприемника типа «turbostop».

3. Выполнен комплекс исследований по изучению особенностей движения металла при перетекании из сталеразливочного ковша в промковш и из промковша в кристаллизаторы. Установлена совокупность параметров, влияющих на характер развития этих течений.

4. Получено комплексное решение имитации распределения продуктов раскисления стали.

5. Внедрение и использование полученных результатов на МНЛЗ «Алчевского металлургического комбината»

Экономическая эффективность данного проекта – уменьшение очистки товарного сляба приблизительно на 1%.

Вопросы и проблемы, рассмотренные в данной научной работе, соответствуют Государственной программе развития горно-металлургического комплекса Украины до 2100 года и Государственной программе энергосбережения.

Рисунок 7 – Кинограмма распределения включений при уровне налива 700 мм

Рисунок 8 – Кинограмма распределения включений при уровне налива 600 мм

Рисунок 9 – Кинограмма распределения включений при уровне налива 500 мм

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. К. Вюнненберг, Г. Фёрстер. Изучение характера потоков металла в промежуточном ковше МНЛЗ // Черные металлы, 1984, №12. – С.8-13.

2. К. X. Моммерц, Ё. Раинеке, 3. Рёдль, Д. Зуккер. Исследование гидродинамики потоков в промежуточном ковше МНЛЗ // Черные металлы, 1987, №2. – С.16-20.

3. Ткачев П. Н., Попова Т. Н., Анюхин М. Н., Гонтарук Е. И. Влияние шлака промежуточного ковша на загрязненность неметаллическими включениями // Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке (III международная конференция). Т. 3. М.: «Металлургия», 1994. – С.129-132.

4. Optimation of the fluid flow characteristics in the tundish in Tata Steels six-strand billet caster /S. Govindarain, S. K. Aimani, Amit Chatteriee // Extr. Met. 89: Pap. Symp. London, 10-13 July, 1989. - London, 1989.- Р.105-134. - Англ.

5. The matematical modelling of steel frow and particle trajectory in two strands slab tundish / K. C. Hsu, C. L. Chou //71st Steelmak. Conf. Proc. Vol. 71. Toronto Meet., Apr. 17-20, 1988.- (Wazzendale Pa), 1988. - Р. 405-410. - Англ.

Прокомментируйте:

Регистрация
Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Вычисление
это получение из входных данных нового знания

Моделирование - понятие широкое

Моделирование процессов:

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства