научная статья по теме АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОРОНКООБРАЗНОЙ ЧАСТИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ЛИТЬЕ ТОНКИХ СЛЯБОВ Металлургия

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОРОНКООБРАЗНОЙ ЧАСТИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ЛИТЬЕ ТОНКИХ СЛЯБОВ»

УДК 669.18:621.746

анализ геометрических параметров воронкообразной части кристаллизатора при непрерывном литье тонких слябов

© Сивак Борис Александрович, канд. техн. наук, проф. ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И.Целикова». Россия, Москва. E-mail: sivak@vniimetmash.ru Данилов Владимир Львович, д-р техн. наук, проф. ФГОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э.Баумана». Россия, Москва Статья поступила 10.02.2014 г.

Исследованы геометрические зависимости изменения амплитуды, ширины и протяженности воронкообразной части кристаллизатора, при которых обеспечивается линейность зазора между узкой стенкой кристаллизатора и оболочкой сляба.

Ключевые слова: кристаллизатор; тонкий сляб; деформирование; зазор; конусность.

Кристаллизаторы, используемые для непрерывной разливки тонких слябов, имеют в своей верхней части воронкообразное расширение, необходимое для расположения погружного стакана, подающего жидкий металл. Наличие этой воронкообразной части на широких стенках кристаллизатора приводит к особенностям изменения ширины сляба при его формировании в кристаллизаторе. В работах [1-3] представлены математическая модель деформирования формирующегося тонкого сляба и методика расчета зазора, образующегося между узкой гранью сляба и стенкой кристаллизатора. Показано, что при свободном деформировании зависимость изменения зазора по высоте кристаллизатора нелинейная. Это обстоятельство хорошо изучено для кристаллизаторов с плоскими широкими стенками, используемых при разливке слябов стандартных толщин [4]. В результате на современных машинах непрерывной разливки стандартных слябов используются узкие стенки с двух- и трех-конусной геометрией или более сложной параболической формы [5]. Однако при перенастройке конусности, связанной с переходом на разливку слябов различной ширины, предпочтение отдается плоским стенкам, так как использование стенок со сложной геометрией встречает значительные затруднения.

В случае разливки тонких слябов наличие воронкообразной части кристаллизатора создает дополнительные возможности для проектирования конусности узких стенок. Широкая грань тонкого сляба при движении вдоль воронкообразной части кристаллизатора одновременно подвергается двум противоположным процессам

деформирования: с одной стороны, в результате термомеханической усадки происходит уменьшение ширины сляба, с другой, вследствие распрямления оболочки сляба - увеличение его ширины. Можно ожидать, что при специальном подборе геометрических параметров воронки суммарный эффект деформирования сляба приведет к линейному изменению ширины сляба, что позволит использовать плоские узкие стенки кристаллизатора с постоянной конусностью.

Используя методику расчета зазора, изложенную в работах [1-3], примем для анализа следующую геометрическую форму воронкообразной части кристаллизатора:

1

cos 2 то b(z) .

(1)

В отличие от ранее рассмотренной формы [1] здесь принимаем, что амплитуда воронки а(г) и ширина воронки Ь(г) изменяются по высоте кристаллизатора по различным законам. Такими законами могут быть линейный и параболический (квадратичный), а также их сочетание. Еще одним важным варьируемым параметром является длина воронки I.

Полная скорость изменения зазора с учетом параметра р постоянной конусности стенки кристаллизатора имеет вид

d(t)

(2)

где Е,х - скорость деформации вдоль широкой грани сляба; ДЬ - величина зазора между узкой гранью сляба и стенкой кристаллизатора.

На рис. 1 представлена расчетная модель области воронки. В расчетах принимали: толщина

Рис. 1. Расчетная модель воронкообразной части кристаллизатора

1,44 -

1,08 -

со 0,72 -

0,36 -

1 - const.

2 - линейный

3 - квадратичный

200 400 600 800 Расстояние от мениска, мм

1000

1,5

1,2

0,9

0,6

0,3

1 - const.

2 - линеиныи

- 3 - квадратичныи

1

- 3

-— . - -' с

2

¿Г- - - 1

200 400 600 800 Расстояние от мениска, мм

1000

Рис. 2. Влияние закона изменения ширины воронки на образование зазора (при размерах воронки а = 40 мм, Ь = 1000 мм, I = 1000 мм): а - при линейном законе изменения амплитуды воронки; б - при квадратичном законе изменения амплитуды воронки

сляба А$ = 50 мм; ширина сляба Б$ = 800-1400 мм; скорость движения сляба и = 3-6 м/мин; высота кристаллизатора Ь = 1000 мм. Свойства стали принимали по данным работы [6 ]. На рис. 2 представлены результаты расчета по влиянию на величину полного свободного зазора комбинаций линейного и параболического законов изменения по высоте кристаллизатора амплитуды и ширины воронки.

Путем нескольких повторных расчетов осуществлен подбор параметров воронки, при которых распределение величины зазора становится близким к линейному. В качестве примера на

о 0

-0,312

S -0,624

S

^f -0,935 -1,247 -1,559

200 400 600 800 1000 Расстояние от мениска, мм

0

200 400 600 800 1000 Расстояние от мениска, мм

Рис. 3. Изменение зазора: а - в результате температурной усадки сляба; б - вследствие распрямления поверхности широкой грани сляба

200 400 600 800 1000 Расстояние от мениска, мм

Рис. 4. Суммарный зазор при отсутствии бокового стеснения

0 200 400 600 800 1000 Расстояние от мениска, мм

Рис. 5. Реальный зазор при линейной конусности боковых стенок кристаллизатора

рис. 3 и рис. 4 представлены результаты расчета величины зазора для рациональных параметров воронки при скорости вытягивания 5 м/мин и ширине сляба 1000 мм. Параметры таковы: начальная амплитуда a = 38 мм при линейном ее изменении, начальная ширина b = 762 мм при ква-

а

6

а

0

6

0

0

Параметры воронки для обеспечения линейности зазора между оболочкой сляба и узкой гранью внутренней поверхности кристаллизатора

V, мм/мин Ширина кристаллизатора Bs (мм) при As = 50 мм, L = 1000 мм Параметры воронкообразной части F х выт

a (мм) - изменение по линейному закону b (мм) - изменение по квадратичному закону l, мм

3000 53 738 1149 333

3500 51,5 747 1146 414

4000 50 759 1142 687

4500 1400 48,5 777 1136 638

5000 47 799 1129 734

5500 45 812 1120 347

6000 43 832 1107 465

800 34 761 1091 542

900 36 765 1091 382

1000 38 762 1098 434

5000 1100 40 760 1106 517

1200 42 759 1116 352

1300 44,5 778 1124 578

1400 47 799 1129 734

дратичном изменении, протяженность I = 1098 мм. На рис. 5 в крупном масштабе показан итоговый расчетный зазор при линейной конусности узких стенок кристаллизатора. Отклонение от прямолинейности в количественном значении несущественно.

Результаты подбора параметров воронки, обеспечивающих линейность зазора во всем диапазоне исследованных скоростей разливки и ширины сляба, представлены в таблице.

Наилучшие результаты достигаются в том случае, если амплитуда воронкообразной части кристаллизатора уменьшается по линейному закону, а ее ширина - по квадратичному. Из таблицы следует, что во всех случаях протяженность воронки превосходит высоту кристаллизатора. В последнем столбце таблицы приведены значения дополнительной силы вытягивания, возника-

ющей вследствие трения боковых стенок при перекрытии зазора.

Заключение. Наличие воронкообразной части кристаллизатора при соответствующем назначении параметров ее геометрии позволяет обеспечить линейность изменения зазора между оболочкой сляба и узкой гранью внутренней поверхности кристаллизатора, что позволит получить наилучшие условия формирования оболочки сляба. Расчетным путем реализуется подбор необходимых геометрических параметров воронки при широком диапазоне скоростей разливки и ширины сляба.

Библиографический список

1. Сивак Б.А. Взаимодействие формирующегося тонкого сляба с рабочей поверхностью кристаллизатора //Металлург. 2013. № 12. С. 50-52.

2. Сивак Б.А. Математическое моделирование формы рабочей полости тонкослябового кристаллизатора // Металлург. 2011. № 12. С. 65-68.

3. Данилов В.Л., Зарубин С.В., Сивак Б.А. и др. Взаимодействие слитка с кристаллизатором при непрерывном литье тонких слябов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. № 6. С. 11-13.

4. Макрушин А.А., Зарубин С.В., Айзин Ю.М. и др. Опыт эксплуатации узких стенок слябового кристаллизатора с оптимизированной формой рабочей поверхности // Сталь. 2008. № 4. С. 17-18.

5. Kuklev A.V., Danilov V.L., Aisin Yu.M. et al. Improvement of quality of slabs by using the upgraded geometry of the casting surface of mold narrow plates: Proc. of the 6th Europ. Conf. on Continuous Casting (2008. Riccion, Italy). P. 164-166.

6. Бойцов Ю.И., Данилов В.Л. Высокотемпературная ползучесть непрерывнолитых сталей. Расчеты на прочность. М. : Машиностроение, 1990. Вып. 31. С. 237-244.

cone-shaped part mold geometric parameters analysis at thin slabs continuous casting

© Sivak B.A., Cand. Sci. (Eng.), prof.; Danilov V.L., Dr Sci. (Eng.), prof. ^

O

Geometric dependences of the amplitude, the width and the length changes of cone-shaped part of mold, which provide gap linearity between narrow mold wall and slab shell are researched in this paper. £

Keywords: mold; thin slab; straining; gap; taper rate.

CL

- >

<

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком