научная статья по теме ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПОТОКАМИ РАСПЛАВА В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШАХ МНЛЗ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПОТОКАМИ РАСПЛАВА В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШАХ МНЛЗ»

энергосберегающие технологии

УДК 669.18:621.746.047

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПОТОКАМИ РАСПЛАВА В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОВШАХ МНЛЗ

© Гущин Вячеслав Николаевич, канд. техн. наук; Ульянов Владимир Андреевич, д-р техн. наук, проф.; Васильев Виктор Александрович, д-р техн. наук, проф. Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева. Россия, г. Нижний Новгород. E-mail: taep@nntu.nnov.ru

Статья поступила 26.08.2010 г.

Установлена взаимосвязь между интенсивностью вихреобразования, скоростью подвода расплава в промежуточные ковши и загрязненностью неметаллическими включениями непрерывнолитых заготовок. Предложены гидростабилизирующие и вихрегасящие технические решения и установлено их влияние на параметры разливки и качество литого металла.

Ключевые слова: промежуточный ковш; кристаллизатор; вихреобразование; неметаллические включения; шлакоуловительные системы; качество металла.

Целью исследования являлось повышение эффективности работы промежуточного ковша за счет минимизации поступления неметаллических включений (НВ) в кристаллизаторы МНЛЗ при использовании гидростабилизирующих и вихрегасящих устройств с различными геометрическими параметрами [1].

В результате исследований на физических моделях [1, 2] установлено, что в промежуточных ковшах МНЛЗ, особенно при повышенных скоростях вытягивания (выше 1,0 м/мин), в районе защитной трубы отмечается возникновение конусообразных вихревых образований, активно затягивающих с зеркала металла в ванну шлаковые включения. На зеркале металла в промежуточном ковше (ПК) возникают многочисленные менее интенсивные вихри, распространяющиеся на глубину не более 55-65 мм. Интенсивность этих вихрей быстро убывает к торцам ПК, где наблюдается скопление НВ.

В реальных условиях в промежуточных ковшах и кристаллизаторах характер вихревых образований в первом приближении описывается следующими параметрами: интенсивностью вихря Г = -2лыЛ2; потенциалом скорости Ф = ^2ф (0< ф <2п); функцией тока ф = -^21пг (0< г градиентом давления grad^ = ры^^/г4); силой затягивания НВ с мениска Р3 = рГюН; мощностью вихря = ^Ю; скоростью затягивания НВ ооз=ш/здесь ы — частота вращения вихря; R — радиус вихря у основания; ф — угол поворота вихря; г — линия тока (варьируемый параметр); Н — высота вихря; р — плотность расплава, Re — критерий Рейнольдса.

Образовавшиеся вихри активно засасывают с зеркала шлак и другие НВ, которые впоследствии попадают в кристаллизаторы и значительно ухудшают качественные показатели литого металла.

На рис. 1 приведены результаты расчета мощности вихрей по данным моделирования и экспериментальных замеров уровня загрязненности литого металла при различных скоростях подвода расплава

в ПК вместимостью 30 и 50 т. Из приведенных данных видно, что с увеличением скорости поступления струи в жидкую ванну вихреобразование значительно активизируется, особенно при ы0>1,0 м/с. С увеличением вместимости ПК наблюдается некоторое снижение параметров вихревых образований и в меньшей мере частоты их возникновения. Тенденции интенсификации вихрей при увеличении скоростей подачи расплава в ПК и увеличение загрязненности литого металла близки. Причем с увеличением вместимости ковша интенсивность вихрей и индекс загрязненности литого металла НВ снижаются, что говорит о лучшей рафинирующей способности ковшей большей вместимости.

В результате проведенных исследований [1, 3] установлено, что снижение степени захвата потоками расплава НВ, поступающих в разливочные стаканы, можно добиться в условиях стесненного пространства между ближними стаканами путем установки угловых полнопрофильных шлакоуловительных перегородок, отделяющих приемный отсек (объемом

0,5 0,7 09 1,1 1,3 1.5 1,7

Скорость истечения расплава, м/с Рис. 1. Зависимость мощности вихреобразования ЛТз для ПК вместимостью 30 и 50 т и индекса загрязненности НВ заготовок 1з размерами 250x1200^1700 мм от скорости

истечения струи расплава из защитной трубы (ПК: 1, 3 — 30 т, 2, 4 — 50 т; • — экспериментальные данные)

Параметры конусообразных вихревых образований вблизи защитной трубы в промежуточном ковше

Скорость истечения ю0, м/с Средняя скорость потока на мениске <вм, м/с Длина волны колебаний струи 1, м Частота возникновения вихрей, с-1 Частота вращения вихря, с-1 Радиус основания конуса вихря, мм Высота конуса вихря, мм Степень улавливания НВ*, %

0,60 0,049/0,030 0,016/0,010 1,9/0,5 3,1/2,2 70/35 65/30 106/72

0,90 0,081/0,051 0,019/0,012 2,1/1,2 4,3/3,4 95/55 80/45 130/86

1,80 0,233/0,105 0,033/0,017 3,3/1,8 7,5/6,2 150/75 210/95 235/85 315/100 227/120

2,20 0,314/0,132 0,039/0,018 3,9/2,0 9,6/7,3 240/120 380/140 269/135

* 100% принято для контрольной конструкции ПК без шлакоуловительных и вихрегасящих систем при <в0 = 0,48 м/с.

Рис. 2. Варианты расположения полнопрофильных перегородок в трапециевидном ПК: а - прямые перегородки

со смещенными щелями; б, в - угловые перегородки (АХ -величина смещения щели относительно центральной оси, а -угол наклона перегородки)

Рис. 3. Вихрегасящие устройства:

а — туннельные вставки; б — устройство турбостоп

не менее 25-30% от общего объема жидкой лунки) от разливочных отсеков. Перегородки имеют горизонтальные щели с наклоном вверх к горизонту и со смещением центральной вертикальной оси; параметры щелей определяются в зависимости от габаритов ° и формы ПК (рис. 2).

Использование полнопрофильных перегородок ^ позволяет:

- создавать направленную траекторию движе-| ния расплава, что обеспечивает лучшие условия для < всплытия НВ (степень их захвата шлаковым покрыти-г ем увеличивается на 12-18%);

- уменьшить на 11-16% вероятность возникновения вихревых образований на зеркале;

- обеспечить выравнивание температурного поля расплава по длине ПК и исключить образование застойных зон;

- увеличить объем приемного отсека (при использовании угловых перегородок), что способствует уменьшению перепада уровней в отсеках.

В результате анализа результатов модельных экспериментов были разработаны новые конструкции туннельных вставок и устройство турбостоп (рис. 3), определены их оптимальные параметры. Их использование позволяет осуществить перераспределение потоков металла, подавляя вертикальную составляющую скорости и формируя струи в определенном направлении в зависимости от формы и размеров ПК. Установлено, что туннельные вставки позволяют увеличить сплошной участок устойчивого состояния в выпускных отсеках, а турбостоп позволяет локализовать область вихреобразования в приемном отсеке, снижая скорости потоков и устраняя вибрирующий участок в выпускных отсеках. Применение турбостопа эффективно в двухручьевых ПК, однако эффективность его использования снижается при увеличении длины ковша. В удлиненных четырехручьевых ковшах более целесообразно использовать туннельные вставки.

В таблице приведены параметры вихревых образований в зависимости от скорости истечения расплава из защитной трубы для трапециевидного промежуточного ковша вместимостью 30 т без шлакоуловительной системы (числитель) и с использованием полнопрофильных перегородок в сочетании с туннельными вставками (знаменатель). Из данных таблицы следует, что с увеличением скорости поступления струи в жидкую ванну вихреобразование значительно активизируется.

Эффективность использования различных конструктивных решений оценивали по следующим параметрам: / — эффективность улавливания примесных образований; н — величина и преимущественное направление скорости потока расплава; Ан/А1 — перепад скоростей на отрезке траектории А1; V — интенсивность вихревых образований; кв — высота валика на поверхности жидкой ванны вблизи защитной трубы; gradí — градиент температур в продольном направлении ПК; grad^ — градиент давлений в ПК, характеризующий напряженное состояние расплава.

Исследованные параметры

Рис. 4. Изменение индексов параметров разливки при использовании:

1 — прямых перегородок с центральными отверстиями; 2 — прямых перегородок со смещенными щелями; 3 — угловых

перегородок со смещенными щелями; 4 — устройства турбостоп с угловыми перегородками и смещенными щелями; 5 — предыдущий вариант с донной продувкой; 6 — туннельных вставок с угловыми перегородками и смещенными щелями;

7 — предыдущий вариант с донной продувкой

Повышению эффективности работы ПК со шла-коуловительными системами способствуют дополнительные конструктивно-технологические меры: организация донной продувки жидкой ванны в районе конструкций шлакоуловительных систем; увеличение объема приемного отсека; повышение уровня расплава в ПК; увеличение заглубления защитной трубы. Максимальное улучшение параметров разливки получено при использовании туннельных вставок совместно с угловыми перегородками и донной продувкой (рис. 4). Использование этого варианта позволило увеличить среднее значение индекса Aw/Al на 69%, понизить индексы gradi на 70%, grad^ на 57%, показатель интенсивности вихреобразования V на 82% при повышении степени улавливания примесных образований J на 189%.

Анализ качества слябов и толстого листа из трубной и судостроительной сталей типа 17ГСУ, 09Г2С, РСД36СВ, 10ХСНД показал [4], что при применении полнопрофильных перегородок разработанных конструкций снижается объем зачистки слябов, связанной с НВ, с 0,55 до 0,42%, уменьшается отсортировка листа по раскатанным загрязнениям с 0,33 до 0,21% и по итогам ультразвукового контроля листа с 0,7 до 0,27%.

Промышленное использование ПК новой конструкции при непрерывной разливке автолистовой стали показало, что применение полнопрофильных перегородок уменьшает в три раза количество крупных неметаллических (шлаковых) включений, ответственных за дефект типа «точечная неоднородность», ухудшающих качество поверхности холоднокатаного листа.

Промышленное испытание туннельных вставок показало дальнейшее улучшение среднего балла точечной неоднородности макротемплетов слябов по сравнению с применением одних перегородок. Количество темплетов со средним баллом 0,5 и 1,0 увеличилось соответственно с 1,0 до 9,1% и с 52,6 до 61,2%, а с баллом 1,5 и 2,0 уменьшилось с 37,1 до 25,3% и с 9,3 до 4,4%. Кроме того

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

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»