Гресс Олександр Володимирович. Розвиток теорії і практики комплексної технології безперервного лиття блюмових заготовок

Короткий опис

Гресс Олександр Володимирович. Розвиток теорії і практики комплексної технології безперервного лиття блюмових заготовок : Дис... д-ра наук: 05.16.02 - 2008.

Гресс О.В. Розвиток теорії і практики комплексної технології безперервного лиття блюмових заготовок. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю: 05.16.02 Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. Національна металургійна академія України Дніпропетровськ, 2008.
У результаті теоретичних і експериментальних досліджень теоретично узагальнена, практично вирішена наукова проблема, пов’язана з розробкою комплексної науково-обґрунтованої технології одержання блюмової заготовки з заданими споживчими властивостями. Рішення проблеми отримане на основі дослідження і аналізу гідродинаміки, тепло- і масообміну рідкого металу в процесі розливання і кристалізації, створення сполучених математичних моделей для моделювання впливу технологічних факторів і розробки технологічних прийомів підготовки виплавленого металу до розливання, раціональних і оптимальних умов розливання, кристалізації і вторинного охолодження заготовки.
На основі комп'ютерного моделювання, експериментальних і статистичних методів визначені закономірності тепломасообмінних процесів у проміжному ковші, заготовці, що формується, нові закономірності поводження лікватів у зоні двофазного стану і запропоновані методики і комплекс конкретних рішень по впливу на якість заготовки.

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень, проведених у дисертаційній роботі, теоретично узагальнена, практично вирішена важлива наукова проблема, пов’язана з розробкою комплексної науково-обґрунтованої технології отримання блюмової заготовки з заданими споживчими властивостями. Рішення проблеми отримане на основі дослідження і аналізу гідродинаміки, тепло- і масообміну рідкого металу в процесі розливання і кристалізації, створення сполучених математичних моделей для моделювання впливу технологічних факторів і розробки технологічних прийомів підготовки виплавленого металу до розливання, раціональних і оптимальних умов розливання, кристалізації і вторинного охолодження заготовки.

Виконаний системний аналіз впливу хімічного складу сталі, конструктивних особливостей МБЛЗ і технології безперервного розливання на якість продукції показав, що поліпшення показників роботи установок безперервного розливання вимагає комплексного підходу, що охоплює всі стадії технологічного ланцюга від моменту випуску металу зі сталеплавильного агрегату до одержання готової заготовки.
Розроблено нові теоретичні уявлення про механізм ліквації домішок при твердінні сплавів, що ґрунтуються на урахуванні наявності в сплаві, який кристалізується, мікрообластей з різним хімічним складом, що дозволяє встановлювати й оптимізувати технологічні фактори, які впливають на процес утворення основних видів макронеоднорідності. Отримані модельні уявлення підтверджені сучасними методами аналізу кінцевого стану заготовки, одержаної в реальних умовах. Це дало можливість:

розробити комплексну комп'ютерну модель ліквації домішок і моніторингу температурного й напруженого стану безперервнолитої заготовки, що формується;
показати, що розподіл домішок, температури, частки твердої фази і термомонапружень у просторі і часі існування ДФЗ не стабільний і носить не плавний, а хвилеподібний характер, і, як і ступені ліквації, розбіжності екстремумів концентрацій домішок у готовому зливку, швидкості пересування лікватів по ДФЗ залежить, головним чином, від хімічного складу сталі, перетину заготовки та інтенсивності електромагнітного перемішування рідкої серцевини зливка, що має значення для одержання металопродукції з мінімальним розвитком лікваційних явищ;
показати, що для одержання мінімального розвитку лікваційних явищ в заготовці необхідно забезпечити проникнення конвективних потоків металу в зону виливаємості ДФЗ протягом проміжку часу тверднення, що відповідає часу існування в зоні виливаємості позитивної ліквації, за рахунок регулювання інтенсивності перемішування рідкої серцевини зливка методами зовнішнього впливу, що дало змогу розробити методику розрахунків часових меж накладення електромагнітного перемішування;
виявити, що формування коркової зони зливка закінчується в момент початку фільтрації домішок, а формування зони стовпчастих кристалів у момент припинення фільтрації домішок, що дало змогу отримати кількісний взаємозв’язок для прогнозування макроструктури заготовок досліджених типорозмірів і сортаменту.

Дослідження тепломасообмінних процесів у кристалізаторі дозволили визначити, що подача в нього нейтрального газу з раціональною витратою 0,012 м3/т рідкої сталі крізь прямоточні занурені стакани, за рахунок реорганізації гідродинамічної і теплової обстановки, забезпечує збільшення швидкості розливання при відсутності гарячих тріщин і одночасному підвищенні якості заготовки. Це дало змогу підвищити в практичних умовах швидкість безперервного лиття заготовок перерізом 335х400 мм на »8 % при одночасному поліпшенні їх якості.
Фізичне і математичне моделювання тепломасообмінних процесів у великовантажному трапецеїдальному багаторучайному проміжному ковші блюмової МБЛЗ дозволили:

розробити і впровадити у виробництво конструкцію ПК, яка передбачає перерозподіл гідродинамічних і теплових потоків рідного металу в його об’ємі шляхом виконання з боку задньої стінки посиленої футерівки розміром 120х2000х1200 мм, що дозволило збільшити стійкість ковша з 7 до 12,9, в середньому, і більше плавок в серії при одночасному зменшенні різниці температур на ручаях ПК с 30 до 10 К і підвищенні якості заготовки;
запропонувати, з метою вирівнювання температури, хімічного складу сталі по ручаях ПК, зменшення в ній вмісту НВ шляхом перерозподілу теплових і гідродинамічних потоків рідкого металу по об’єму ковша, конструкцію ПК, обладнаного системами подачі нейтрального газу, або системами перегородок з отворами, у тому числі фільтрувальними;
розробити, запатентувати і здійснити на практиці спосіб полегшення запуску ручаїв, зменшення кількості НВ і збільшення стійкості відповідного сталерозливного припасу не менш, ніж на 10 %.
Впровадження реконструйованих ПК і комплексної технології захисту металу від окислення забезпечило: підвищення виходу придатного металу до 98,6 % (на 0,8 %) за рахунок збільшення середньої серійності плавок; зниження вмісту кисню в сталі менше 0,0045 %; поліпшення якості поверхні й макроструктури безперервнолитих заготовок, у середньому, на 1 бал; зниження кількості неметалічних включень з 0,0142 до 0,0123 %.

На основі результатів моделювання пристроїв водоповітряного охолодження, ліквації домішок, температурного, пружно-пластичного стану блюмових заготовок досліджених типорозмірів зі сталей марок масового призначення, практичного експерименту:

розроблені і впроваджені: система вторинного водоповітряного охолодження безперервнолитих заготовок, режимні параметри якої забезпечують рівномірне охолодження заготовки як по її довжині, так і по периметру залежно від швидкості розливання, перетину і хімічного складу сталевої заготовки; пристрої вторинного охолодження заготовок в межах бункера ЗВО, не потребуючі суттєвих матеріальних, енергетичних і трудових затрат на виготовлення і експлуатацію, що дало змогу отримувати заготовку з заданими геометричними параметрами і без тріщин;
виявлено, що розподіл напружень по товщині твердої кірки заготовки не носить рівномірного характеру через вплив роликової проводки, нерівномірний розподіл лікватів і викликаного цим розходження механічних властивостей шарів металу, що дозволило розробити методику по визначенню часу можливої появи і місця розташування ймовірних тріщин;
розроблено методику визначення металургійної довжини блюмової МБЛЗ, довжини бункера ЗВО, динаміки просування фронтів кристалізації, швидкості лиття, розподілу теплового потоку, що відбирається, по довжині і периметру заготовок залежно від їхнього типорозміру і хімічного складу.
Впровадження пристроїв і системи вторинного водоповітряного охолодження в діюче виробництво дозволило знизити інтенсивність вторинного охолодження з 0,4 до 0,18 л/кг, збільшити, за рахунок поліпшення якості продукції, вихід придатного металу на 0,39 %.

Проведений комплекс робіт на ділянці сталеплавильний агрегат проміжний ківш дозволив впровадити у виробництво технологію розкислення сталі за допомогою РЛФ, що передбачає уведення вторинного алюмінію у сталерозливний ківш у складі блоків, які виготовляють і наплавляють на РЛФ безпосередньо на робочій площадці УКДС. Це, при одночасному збільшенні стабільності результатів, дозволило: зменшити питомі витрати алюмінію з 1,33 кг/т до 0,65 кг/т; підвищити ступінь засвоєння алюмінію на УКДС і наскрізного його засвоєння з 44,5 % на 75,9 % і з 25,3 % на 93,4 %, відповідно; знизити бал по неметалічних включенням на 0,63 (з 2,15); зменшити брак прокатаного металу на 1 %; збільшити, у середньому, межу міцності металопродукції на 2,8 %, межу плинності на 9,3 %, відносне подовження на 7 % відн., ударну в'язкість при 20С на 18 %.

У цілому, в результаті впровадження комплексної технології безперервного лиття блюмової заготовки, у тому числі і з використанням розробок автора, з 1994 р. по 2006 р. в умовах ДМК вихід придатного збільшився з 93,9 % до 98,6 % при зниженні видаткового коефіцієнта з 1065 до 1015 кг/т і браку з 1,5 % до 0,2 %.