автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка и исследование гильз кристаллизаторов высокоскоростных машин непрерывного литья сортовых заготовок и создание оборудования для их промышленного производства

На правах рукописи

Николаев Геннадий Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК И СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05 02 13 Машины, агрегаты и процессы (Металлургическое производство)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003 15ЭВ38

Москва, 2007 г

Работа выполнена

В Акционерной холдинговой компании "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения" им академика А И Целикова

И"

Научный руководитель Кандидат технических наук, доцент

Ганкин Владимир Борисович

Официальные оппоненты Доктор технических наук

Паршин Валерий Михайлович,

кандидат технических наук Чеботарев Владимир Абрамович

Ведущая организация Нижнесергинский метизно-металлургический завод

Защита состоится « 30 » октября 2007 г на заседании Диссертационного совета Д520 016 01 при ОАО АХК ВНИИМЕТМАШ им А И Целикова по адресу 109428, г Москва, Рязанский проспект 8а

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью просим выслать по указанному адресу Справки по тел 730-45-39

Автореферат разослан №сентября 2007г

Ученый секретарь

диссертационного совета

к т н, доцент

Дрозд В Г

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Для повышения конкурентоспособности и удовлетворения увеличивающегося спроса, особенно на мелкосортную продукцию строительного назначения, завода черной металлургии начали интенсивно внедрять непрерывную разливку сортовых заготовок. Благодаря увеличению мощности печных трансформаторов, использованию альтернативных источников энергии в печи цикл «от выпуска до выпуска» доведен до 40...45 минут. Повышение производительности сталеплавильных агрегатов вызвало необходимость создания производительных МНЛЗ, реализации технологии высокоскоростного непрерывного литья, а также реконструкции технологических узлов и вспомогательных систем действующих МНЛЗ для увеличения производительности и сокращения производственных издержек.

Гильзовый кристаллизатор является основным технологическим узлом сортовой МНЯЗ. В технологическом процессе непрерывного литья стали кристаллизатору отведена одна из самых важных функций - формирование слитка требуемого сечения. Производительность машины и качество слитка во многом определяется тем, насколько кристаллизатор удовлетворяет всем технологическим требованиям, из которых одно из основных - обеспечить максимальный и равномерный по периметру теплоотвод от затвердевающей стали к охлаждающей воде и получить на выходе из кристаллизатора прочную оболочку слитка с хорошей поверхностью.

Гильза - главный сменный рабочий инструмент кристаллизатора, в котором формируется оболочка заготовки. От прочности и равномерности корки заготовки зависит стабильность работы МНЛЗ, возможность разливать на высоких скоростях и качество непрерывнолитой заготовки.

Изготовление гильз современных кристаллизаторов является сложным высокотехнологичным процессом с применением большого количества высокоточной технологической оснастки и использованием медных

профилированных труб. В настоящее время 90% производства гильз кристаллизаторов приходится на три компании- «Kabelmetal» (Германия) «Europa МеШШ»(Италия) «СоЬе1со»(Япония). В России до 1985г работы по изучению конусных гильз криехаллизагоров, разработке конструкции гильз, созданию технологии, технологического инструмента и оборудования для производства гильз не проводились, а первый участок по изготовлению квадратных и прямоугольных конусных гильз был создан только в 1995г.

В настоящее время на металлургических заводах России и стран ближнего зарубежья эксплуатируется 25 сортовых МНЛЗ (117 ручьев), а потребность в гильзах составляет ¿2 /5 штук в год.

Цель работы. Целью работы является разработка и исследование конструкции кристаллизаторов для высокоскоростного литья сортовых jaiüTöböK, создание гехнологии и оборудования для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в-

разработке параметров гильзы, имеющей вогнутости синусоидального профиля с переменной амплитудой (ВМ-синус), на основании анализа математической модели взаимодействия кристаллизующейся оболочки 3droTosKH с гильзсн;

исследовании влияния параметров гильзы «ВМ-синус» на качество поверхности и макроструктуры заготовок;

разработке технологии и создании оборудования для производства гильз и рубашек охлаждения высокоскоростных кристаллизаторов сортовых МНЛЗ из отечественных медных труб. Достоверность. Теоретические выводы, полученные в результате математического моделирования взаимодействия затвердевающей оболочки слитка с гильзой «ВМ-синус» подверглись тщательной экспериментальной проверке и были подтверждены большим количеством опытно-промышленных и промышленных работ с эффективным внедрением в производство. Кроме того, в работе использовались надежные и хорошо апробированные методы

расчетов с применением современных компьютерных технологий.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанная авгором оригинальная конструкция гильзы «ВМ-синус» обеспечивает скорость разливки заготовок размером от 100x100 до 150x150 мм в диапазоне 3..5 м/мин. Разработанные в результате исследований методы расчета и практические рекомендации приняты во ВНИИМЕТМАШ в качестве руководящих материалов при проектировании высокоскоростных кристаллизаторов сортовых МНЛЗ и литейно-прокатных модулей. Впервые в России создано оборудование, Технологическая ОСНоСТка и рйлрйбоганл технология производства отечественных гильз и высокоточных рубашек охлаждения кристаллизаторов для высокоскоростных МНЛЗ.

Разработанные автором, технология и оборудование для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов обеспечивают технологическую независимость и возможность импортозамещекия, а также позволило провести реконструкцию кристаллизаторов на 7 металлургических заводах, повысить скорость разливки и довести производительность одного ручья сортовой МНЛЗ до 25...27 т/час. Эти разработки награждены дипломами Ш Международной выставки - конгресса "Высокие технологий. Инновации - 98" и \ конгресса сталеплавильщиков.

По разработанной технологии на МОЗ ВНИИМЕТМАШ изготавливаются гильзы и рубашки охлаждения кристаллизаторов сечением от 100x100 мм до 200x200 мм для 20 металлургических заводов России, стран СНГ и дальнего зарубежья, в т.ч. Молдавского (Молдова), Белорускою (Беларусь), Енакиевского (Украина), Дурганурского (Инда«) Узбекского (Узбекистан), Сулинского, Фроловского» Волгоградского металлургических заводов и заводов «Амурметалл» и «Диепаяс металургс» (Латвия).

Заключен контракт с фирмой «Пунсан» (Республика Корея) на поставку оборудования, технологии и технологической оснастки для производства гильз кристаллизаторов размером от 100x100 мм до 230x230 мм.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на V конференции сталеплавильщиков /г.Рыбница, 1998г./

- на VI конференции сталеплавильщиков /г. Череповец, 17-19 окгября 2000г./

- на юбилейной научно-технической конференции посвященной 240-летию предприятия «Ижсталь» /г.Ижевск, 2002гJ

- на Всероссийской научно-технической конференции посвященной 100-летию со дня рождения академика А.И. Цеяикова /г.Москва, МГТУ им.

XI ГЬ I

1 muiiu Mfmi • г

- на IX Международном конгрессе сталеплавильщиков /г. Старый Оскол, 2006г./

Сйиезк йуилпКацнй. По рсзульхахам выполненных исследований в периодической научно-технической печати опубликовано 14 статей и получено 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 154 стр. машинописного текста, 73 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 153 наименований; состоит из введения, 4 глав и выводов.

ОСоСВНЗё СОДсрЖанКс рабиТЫ*

Во введении обоснован выбор темы диссертации, ее актуальность, приведены практические результаты работай

В первой главе рассмотрены основные проблемы высокоскоростного непрерывного литья заготовок и влияние конструкции кристаллизаторов на качестве продукции, произведен анализ факторов, оказывающих влияние на образование дефектов непрерывнолитой заготовки, зарождающихся в кристаллизаторе, представлены различные концепции металлургических и машиностроительных фирм на внутреннюю конфигурацию современных гильз. Рассмотрены основные технологии и технические решения при создании оборудования для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизатора.

В» второй главе приводится математическая модель взаимодействия

затвердевающей оболочки сортовой заготовки с гильзой кристаллизатора «синусоидальной» формы и экспериментальные исследования на промышленных МНЛЗ _________

Наиболее эффективными мерами для решения проблем надежности работы сортовой МНЛЗ при высокоскоростной разливке и получения кепрерывнолихых заготовок с высоким качеством поверхности и макроструктуры, являются меры, сводящиеся в конечном итоге, к оптимизации теплового и напряженно-деформированного состояния формирующейся оболочки слитка в кристаллизаторе путем разработки рациональной конструкции гильзы, конфигурации сс внутренней полости. Упомянутое выше условие может быть реализовано внутренним профилем гильзы, основанным на принципе самокомпенсации усадка С этой целью гильза в верхней части имеет воронкообразную форму с синусоидальными виадйнами на стенках. При этом амплитуда синусоиды монотонно убывает по длине гильзы до зоны перехода к формообразующей части. Относительное удлинение синусоиды при ее выпрямлении вычисляется по формуле:

8 хЬ

где ш — разница между дяикок выпрямленной синусоиды н прямой, рзшвдн периоду синусоиды, мм;

— амплитуда синусоиды, мм; 2Ъ - период синусоиды, мм;

Ку - коэффициент, учитывающий усадку стали при определенной скорости разливки.

Из формулы (1) видно, что выпрямление выпуклых синусоидальных участков оболочки заготовки происходит в соответствии с параболической зависимостью, которая наиболее точно описывает процесс усадки корочки слитка.

Для определения оптимальных параметров гильзы «ВМ-синус» создана математическая модель, для построения которой использованы три

взаимосвязанных алгоритма расчета: деформирования оболочки заготовки в контакте со стенками гильзы, контактных условий теплообмена между заготовкой и гильзой, температурного состояния заготовки.

Считая оболочку сортовой заготовки затвердевающей в условиях контакта со стенкой гильзы «ВМ-синус» на одной из ее граней в конкретный момент деформирования хак симметрично нагруженную балку (рис.1), момент в поперечном сечении можно записать

М=-Мд +

]д(х)сЬ:-р/а

(а-х)+Р/(^У-}и-хМх)<Ь, (2)

где д{х) - неравномерно распределенное контактное давление на оболочку слитка, р/ - ферросгаткческое давление на рассматриваемом горизонте сшггка,

а - половина ширины стенки кристаллизатора, %- координата по оси х, определяющая центр тяжести неравномерно распределенного контактного давления.

Для расчета изгиба оболочки заготовки, исходя из симметрии задачи, использовались значения х>0_

Мо/ Л

(Щ

Я=|ч(х)йх-р«а |

Рта

Рис 1 Схема для расчета изгиба оболочки слитка в плоскости его поперечного сечения

Алгоритм расчета деформирования грани сортовой заготовки построен на основе балочной расчетной схемы для упруго-нелинейновязкого материала. Основной целью этого алгоритма являлось определение контактных усилий между заготовкой и стенками гильзы

Для расчета изменения параметров деформированного состояния оболочки слитка во времени использовалась явная шаговая схема. Кривизна на «и-ом» временном шаге рассчитывалась по известному напряженно-деформированному состоянию на предыдущем «и-1» шаге с пересчетом на следующий временной шаг «вязкой» составляющей кривизны. На каждом временном шаге осуществлялся специальный итерационный процесс, в ходе которого определялись контактные усилия между оболочкой слитка и стенками кристаллизатора и распределение изгибающего момента вдоль оболочки. Для расчета параметров Мй и д(х), входящих в выражение (2), использовались следующие условия

- угол поворота б(х)=0 при х~а,

- для формы оболочки слитка должно выполняться

(при невыполнении данного условия в данной точке =0),

функция ут(л) определяет форму синусоидальной стенки гильзы

кристаллизатора ..о

.М-

1 ■ (Я*

1 + СОЕ —

и

Иь 2

0, бсдсьа

х<Ь

Решение численной задачи затвердевания и температурного состояния заготовки в кристаллизаторе с учетом наличия двухфазной зоны и выделения тепла кристаллизации используется алгоритм, построенный на равновесной модели затвердевания сплава и конечноразностный метод решения уравнения теплопроводности. На основе разработанной модели тсрмодеформированного

состояния затвердевающей заготовки в кристаллизаторе была проведена серия расчетов поведения оболочки заготовки по мере продвижения ее по кристаллизатору.

Для анализа вероятности образования трещин при деформировании оболочки в кристаллизаторе МНЛЗ использовали два основных расчетных параметра:

- накопленная деформация (положительная) в температурном интервале хрупкости (ТИХ).

- параметр поврежденности.

Данные параметры рассчитываются для поперечного сечения (по толщине) слитка. Фактически, накопленная деформация в ТИХ, рассчитывается по формуле (учитывается накопление только положительной линейной деформации)

% - скорость деформации в рассматриваемой точке,

ге—время образования (кристаллизации) рассматриваемого элемента слитка,

- время окончания процесса деформирования свитка. Здесь учитывается, что образование трещин в непрерывных слитках связано с

Преимущественное направление этих трещин перпендикулярно направлению растягивающего напряжения, т.е. связано именно с положительными линейными деформациями.

Для расчета поврежденности используется следующее критериальное соотношение

£/— предельная деформация, зависящая от температуры.

При достижении значения параметром оэ=1 в рассматриваемой точке

деформациями, обусловленными растягивающими

образуется микротрещина. Фактически последнее критериальное соотношение носит деформационный характер и параметр поврежденности является некоторой приведенной накопленной деформацией в ТИХ. Для выбора оптимального значения параметров гильзы ^ВМ-синус." для отливки заготовок сечением 125x125 мм были выполнены расчета температурных полей оболочки и распределение накопленных приведенных деформаций в поперечном сечении сортовой заготовки для различными амплитуд и скоростей разливки.

При неоптимальных значениях амплитуды синусоиды на мениске происходит образование зазора между оболочкой слитка и стенками гильзы в

ш*ч)»г»<»»» ПЛЛТЧГГ Т'1«ЧПЧЧ>ттттппту%«>О О^по Г>Л»»ЛТ»»»»» «»«»«л*»» »т* л »г»

интенсивности охлаждения поверхности заготовки в этих зонах и повышается

вероятность образования трещин. В табл. 1 приведены максимальные деформации по сечению оболочки заготовки сечением 125x125 мм для. различных амплитуд синусоид ы на мениске для скорости разливки 4,5 м/мин.

Табл.1 Максимальная деформация оболочки для различных амплитуд.

Месторасположение зоны оболочки Максимальная деформация, %

Амплитуда синусоиды, мм

0,5 1,0 1,5

Окодоугдовая ЗОШ 0,7 0,25 0,9

Угол (поверхность) 0,1 0,25 0,5

Середина грани 0,2 0,35 0,6

Параметр жесткости грани заготовки на изгиб на выходе из кристаллизатора определялся как

где р{ - ферростатическое давление на уровне нижней кромки кристаллизатора, Ущ^ - максимальная скорость прогиба грани под действием ферростатического давления. Данное выражение является обобщением

зависимости скорости кривизны от момента. На рис, 2 все результаты приведены к жесткости грани слитка при разливке металла в обычный кристаллизатор с плоской стенкой и при скорости разливки - 5,Ом/мин. Увеличение амплитуды «синусоидального» профиля сначала повышает жесткость оболочки слитка, но при дальнейшем увеличении амплитуды из-за формирования значительного зазора между слитком и стенками кристаллизатора в околоугловой зоне суммарная изгибная жесткость храни начинает резко падать. Поэтому при значительных амплитудах возникает опасность выпучивания оболочки заготовки иод действием ферростатического давления и, как следствие, сбрззоззния оходоугдовкх третий. 5 целом можно заметить, что оптимальный диапазон амплитуд при скоростях разливки 3...5 м/шш лежит в пределах 0.8... 1.2 мм.

••"•»*•* Ур=3 м/мии — УрМ ту'гшн ——— Ур-5 м/мш

- зона оптимальных амгавггуд синусоиды

Рис 2 Зависимость приведенной жесткости грани заготовки на выходе из кристаллизатора от амплитуды воронки стенки и скорости разливки.

На МНЛЗ ММЗ были проведены испытания гильз кристаллизаторов конструкции "ВМ - синус" (ВМС) с различной амплитудой синусоиды и длиной

воронкообразной часта. В процессе разливки был выполнен очень важный эксперимент: остановка слитка на 30-60 секунд. Выявили, что остановка заготовки даже на 60 сек. не оказывает существенного влияния на дальнейшее вытягивание слитка из кристаллизатора. Это подтверждает, что синусоидальная поверхность заготовки с амплитудой 1,16 мм на мениске выпрямляется и соответствует данным, полученным расчетным путем. Износ гильзы происходит по центру грани и вблизи углов, что соответствует температурным полям, и чем больше амплитуда синусоидальной части гильзы, тем больше величина и скорость износа, что также подтверждает правильность расчетов, выполненных на основании математической модели взаимодействия затвердевающей оболочки с гильзой синусоидального профиля.

Экспериментальные исследования работы гильз кристаллизаторов *ВМ-синус» на МНЛЗ ]М22 ММЗ при высокоскоростной разливке, показали, что процесс проходил стабильно, качество макроструктуры заготовок, отлитых на высоких скоростях, не ухудшилось, а количество прорывов сократилось с 0,4% до 0,3%. Кроме того, значительно уменьшилась ромбичность заготовок, количество угловых и околоугловых трещин. Так на плавках, отлитых со скоростью 3,5-3,8 м/мин ромбичность заготовок уменьшилась в среднем на 3 мм и не превышала б мм. Жесткое центрирование оболочки загстозкя синусоидальными поверхностями приводит к симметричному охлаждению углов оболочки слитка. Поверхностные угловые и околоугловые продольные трещины отсутствовали в непрерывнолитых заготовках из сталей (01160, КА35,35ГС). Практически не было трещин в подкорковой зоне. Средняя стойкость пшъз «ВМ-синуе» по износу хромового покрытия составила 313 плавок, что в 1,8 раза выше средней стойкости гильз с плоской стенкой за этот же период. На основании полученных результатов ММЗ принял решение -полностью перевести разливку на МНЛЗ через реконструированные кристаллизаторы, оснащенные гильзами «ВМ-синус» с амплитудой на мениске 0,99 мм.

Для оптимизации толщины хромового покрытия, наносимого на рабочую поверхность гильз и на основании массива данных по стойкости и причинам отбраковки 368 гильз «ВМС», была получена зависимость стойкости гильз от толщины хромового покрытия. Получек ликеикык характер Зависимости стойкости гильз от толщины покрытия. Однако необходимо отметить, что дальнейшее повышение толщины покрытия свыше 130 мкм приводит к снижению вероятности достижения максимальной стойкости. При толщине покрытия свыше 130 мкм ухудшается чистота рабочей поверхности и увеличивается неравномерность нанесения покрытия по периметру, а также

АТГ'МТЯП/УНПОТ » 1 С УкООП Т»ОКГ><П»'1 1/ЧЛИП ЛЧП-ПТА/»ТГттот «. |Г<1 гг» ТГЛЙ

^Л X» Л. |ЛАои ¿\KJ\SЛ.Я1Ш\УД 1ТШЛ.1ШУ/Ц ъ/хишуимхи«

Экспериментальные работы на заводе «Тппеске 2е1егашу» (Чехия), где были установлены гнльзы «ВМС» размером 150x150 мм с тремя различными внутренними сечениями, подтвердили результаты, полученные на ММЗ. Отчетливо видна зависимость- снижение ромбичности заготовок и повышение износа внутренней поверхности с увеличением амплитуды синусоиды на уровне мениска, что соответствует расчетным данным и подтверждает адекватность математической модели.

Третья глава посвящена разработке технологии, созданию оборудования

охлаждения кристаллизатора для высокоскоростного литья заготовок из отечественных медных труб.

Из-за ограниченности сортамента холоднотянутых медных квадратных труб, выпускаемых заводами по обработке цветных металлов автором разработана технология, позволяющая изготавливать квадратные гильзы, как из квадратных холоднотянутых заготовок, так и из прессованных *фуглых труб, размерный сортамент которых гораздо шире.

Отличительной особенностью, разработанной автором технологии, используемой при производстве гильз кристаллизаторов, является:

• калибровка круглой медной заготовки через фильеру на круглой оправке с последующей обработкой на токарном станке для снижения разностенности производимых гильз;

- изгиб в контейнере прямой заготовки в радиальную;

- протягивание короткой оправки (дорна) в замкнутом контейнере (дорнироваяие) для получения качественной внутренней поверхности заготовки;

- волочение заготовки, закрепленной на оправке с выпуклостями синусоидальной формой, через фильеру,

- система крепления заготовки в контейнере и на оправке, позволяющая снизить расход медных труб при производстве гильз. Разработанная автором технология производства гильз кристаллизаторов

высокоскоростных МНДЗ обеспечила:

- изготовление гильз кристаллизаторов сечением 100x100 ...150x150мм со стенкой 6.. Л1 мм из квадратных холоднотянутых заготовок;

- производство гильз сечением 130x130 ... 200x200 мм со стенкой 13...20 мм из круглых прессованных заготовок отечественного производства;

- снижение разностенности заготовок с 6...8% до 0,57% с использованием операции - калибровки с последующей обработкой на токарном станке;

- твердость медной основы гильз кристаллизаторов не менее 80НВ при изготовлении гильз со степенью деформации 17 - 25%;

- точность изготовления гаяьз по наружным размерам ±0,09 мм;

- точность размеров внутренней полости гильзы ±0,03 мм;

- снижение расхода медных труб на производство одной гильзы на 28% за счет конструкции крепления гильзы в контейнере дорнирования и на оправке.

Во ВНИИМЕТМАШ впервые в стране разработан, изготовлен и освоен комплекс машин для промышленного производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов высокоскоростных МНДЗ. Гильзы,

произведенные на участке МОЗ ВНИИМЕТМАШ, не уступают по качеству гильзам, выпускаемым ведущими зарубежными проЁЗйодитеяяьш

Для обеспечения гильзами кристаллизаторов МНЛЗ предприятий республики Корея, фирма «Пунсан» заказала ВНИИМЕТМАШ универсальную машину для изготовления гильз в широком диапазоне размеров рабочего сечения (от 100x100 мм до 200x230 мм) с радиусами кривизны от 4000 мм до .12000 мм.

Конструкция универсальной машины разработана с участием автора на основании накопленного опыта ВНИИМЕТМАШ по производству гильз для высокоскоростных врилшшлсшшх юршвых. МНЛЗ. Машина (рис.3) содержит:

- станину с регулируемыми направляющими и лобовой упорной стенкой,

- шаряирно закрепленный на станине протяжной гидроцилиндр;

- направляющую тяговую каретку, связывающую протяжной инструмент со штоком гидроцилиндра;

- рабочий стол, на котором устанавливаются контейнер и оснастка для волочения.

В составе машины предусматривается: насосная станция гидросистемы с распределительными олоками и пульт управления

Отличительной особенностью разработанной машины является высокая производительность и универсальность. Конструкция оборудования позволяет производить лорнирование одного типа гильз, к параллельно проводить волочение на оправке гильзы с другим размером и другим базовым радиусом.

Рис.3. Машина для изготовления гильз кристаллизаторов МНЛЗ.

1-станина, 2-протяжной гадроцилиндр, 3-каретка, 4-установка рабочего стола, 5-контейнер, б-установка фильеры

В четвертой главе приведены результаты промышленной эксплуатации гильз конструкции «ВМ-синус» и рубашек охлаждения на МНЛЗ Молдавского, Белорусского и Енаккевского металлургических заводов. На ММЗ использование гильз «ВМ-синус» и высокоточных рубашек охлаждения позволило увеличить скорость разливки рядового сортамента сталей до 4,0 -4,2 м/мин., повысить среднюю стойкость гильз с 184,4 до 359,9 плавок, а также увеличить часовую производительность МНЛЗ с 89,5 до 142,9 тонн/час и довести годовую производительность МНЛЗ до 1013 тыс тонн при проектной производительности 350 тыс. тонн

Прорывы металла по продольным трещинам сократилось с 0,4% до 0,12% от подготовленных ручьев, несмотря на увеличение скорости разливки. Промышленное внедрение гильз «ВМС» позволило освоить технологию высокоскоростной разливки сталей с содержанием углерода 0,24-035% без селекции товарных заготовок.

В процессе эксплуатации модернизированных кристаллизаторов с гильзой «ВМ-синус» на БМЗ в 2,46 раза снизилось количество прорывов по трещинам и обрывам оболочки иод крисгаллшатором по сравнению с одаоконусными гильзами конструкции «БашеИ». Уровень потерь ручьев при эксплуатации гильз «ВМС» на МНЛЗ уменьшен до 0,3% от числа подготовленных, а при разливке стали марки 5 практически отсутствуют поверхностные дефекты литой заготовки в виде угловых трещин, которые являются основным браковочным признаком на заготовках, поставляемых на экспорт. В 2005г. Белорусский металлургический завод полностью перешел на разливку сортовой заготовки через модернизированные кристаллизаторы с гильзами конструкции «ВМ-синус». Средняя стойкость гильз повысилась в 2,1 раза, в том числе технологическая стойкость гильз за 2005г. составила- 417 плавок, стойкость по износу- 460 плавок, а максимальная стойкость была доведена до 1335 плавок.

На МНЛЗ Енаккевского металлургического завода эксплуатировались шльзы ведущих мировых производителей, включая гильзы конструкции «ВМ-

синус». В табл 2 и табл.3 приведены сравнительные данные по стойкости для гильз сечением 120x120 мм, 150x150 мм и 130x130 мм

Табл.2 Средняя стойкость гильз кристаллизаторов за 2003-2004г.

Сечение разливаемой заготовки, ммхмм М эедняя стойкость гильз, плавок

КМЕ (Германия) ВШИМЕТМАШ (Россия) «Europa Metalli» (Италия)

120x120 239 232 101

150x150 173 348 265

Табл.3 Стойкость гильз кристаллизаторов 130x130 мм за 2005-200бг.

производитель Средняя стойкость, плавок максимальная стойкость, плавок

Europa Metalli» (Италия) 294 463

ВНИИМЕТМАШ (Россия) 386 700

Конструкция гильз «ВМ-синус» обеспечивает качество непрерывнолитых

заготовок, поставляемых ЕМЗ на экспорт при высоких скоростях разливки:

- для 120x120 мм - 3,8-4,1 м/мин;

- для 125x125 мм - 3.6-3.9 м/мин:

- для 130x130 мм - 3,35-3,6 м/мин;

- для 150x150 мм - 2,4-2,8 м/мин.

В 2006г. на ЕМЗ превышены проектные показатели по производительности MHJI3 по первой машине на 50 тыс. тонн, а по второй на 150 тыс. тонн.

ВЫВОДЫ:

1 Разработана новая конструкция кристаллизаторов и гильзы с вогнутостями синусоидального профиля с переменной по высоте амплитудой («ВМ-сивус»), основанной ка принципе самокомпенсации усадки Конструкция гильзы «ВМ-синус» обеспечивает качество непрерывнолитой заготовки при высокоскоростной разливке на уровне, соответствующем лучшим мировым производителям Данная конструкция защищена патентами Российской Федерации №2087247 и №2152843

2. Разработана математическая модель затвердевания оболочки сортовой заготовки в «синусоидальной» гильзе кристаллизатора с использованием трех взаимосвязанных алгоритмов расчета- деформирования грани заготовки в контакте со стенками гильзы, контактных условий теплообмена между поверхностью слитка и стенкой кристаллизатора, температурного состояния заготовки. Анализ параметров вогнутости синусоидальной формы на температурное состояние, жесткость оболочки слитка на выходе го кристаллизатора и на вероятность образования деформационных трещин позволил определить оптимальный диапазон амплитуд для гильз кристаллизаторов для скоростей разливки 3 ..5 м/мин, который равен 0,8-1,2 мм.

3. Промышленные испытания гильз с вогнутостями синусоидальной формы подтвердили, что данные, полученные с помощью математической модели затвердевания, соответствует практическим результатам. Оптимальная амплитуда, которая характеризуется минимальным износом гильзы и лучшим качеством непрерывнолншх заготовок, составляет 0,99 мм для слитка 125x125 мм и скоростей разливки 3-4,2 м/мия Максимальная величина амплитуда синусоиды в оптимальном

интервале соответствует пониженному значению ромбичности непрерывнолитых заготовок.

4. Выполнен статистический анализ работы гильз кристаллизаторов «ВМ-синус» на промышленных МНЛЗ, изучена их термическая стойкость и износостойкость, влияние параметров внутренней полости на образование ромбичности, наружных и внутренних трещин. Показано, что применение кристаллизаторов с гильзами «ВМ-сииус» позволило в 1,5 раза увеличить скорость разливки сортовых заготовок, на 10-20% уменьшить ромбичность заготовок, снизить почти в 2 раза число прорывов, улучшить качество заготовок из трещиночуствительных сталей.

5. Разработаны промышленная технология, оборудование и технологический инструмент для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов размером от 100x100мм до 200x200 мм из отечественных медных заготовок. На созданном оборудовании изготавливаются гильзы и рубашки охлаждения кристаллизаторов для 20 металлургических заводов России, ближнего и дальнего зарубежья, в т.ч. «Амурметаял», Белорусского, ДургапурскогО, Енакиевского, Молдавского, Сулинского, Фроловского металлургических заводов, «Сарканайс металургс» и др.

6. Разработана технология изготовления квадратных гильз кристаллизаторов с минимальной разностенностью и со стенкой более 13 мм из круглых прессованных медных труб отечественного производства

7. Разработан и освоен в промышленном масштабе способ ремонта отработанных гильз кристаллизаторов (патент РФ №213933).

8. Определена оптимальная толщина хромового покрытия (120 мкм), наносимого на внутреннюю поверхность гильз высокоскоростных кристаллизаторов, на основании анализа максимальной стойкости и причин вывода гильз из эксплуатации.

9. Новая конструкция кристаллизатора, наряду с усовершенствованием MHJI3, позволила металлургическим заводам получить значительный экономический эффект за счет увеличения производительности MHJI3, улучшения качества непрерывнолитых заготовок и увеличения стойкости гильз.

10. По контракту с фирмой «Пунсан» (Ю.Корея) во ВНИИМЕТМАИ1 при участии автора разработана конструкция универсальной машины и технологического инструмента для производства гильз кристаллизаторов размером от 100x100 мм до 230x230 мм с базовым радиусом от 4000 до

I Л1ППО---

иялги мм.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях-1. Кристаллизаторы блюмсвъзх и сортовых МЫЛЗ./ Николаев Г.Й, Ганкнн

В.Б., Целиков А.А. и др. 10 Международная конференция металлургов

г.Тржинец (ЧССР), 17-19 октября 1989, стр. 75-79.

2 Совершенствование гильзовых кристаллизаторов шестиручьевых радиальных сортовых МНЛЗУ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Белитченко А.К. и др М Тяжелое машиностроение №3,1991, стр.11-15

3 Николаев Г.Й., Ганкин В.Б., Сивак Б.А. Гильзовые кристаллизаторы высокоскоростных сортовых MHJI3. М. Тяжелое машиностроение №5, 1997, стр 19-22.

4. Гильзовые кристаллизаторы для высокоскоростной разливки стали./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Богданов Н.А. и др Труды шестого конгресса сталеплавильщиков, г. Череповец, 17... 19 октября 2090 г., с. 461-469

5. Влияние конструкции гильзового 1фисталлизатора на качество непрерывно-литых заготовок^ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Шифрин И.Н. и др. В кн. «Академик Александр Иванович Целиков». Очерки. Воспоминания. Избранные статьиJ Сост: В.Г. Дрозд, Б.А. Сивак, Н.А Целиков; отв. ред. Н.В. Пасечник - Наука. 2003. - с. 123-133.

6 Работы в области создания высокоскоростных сортовых МНЛЗ / Николаев Г И, Ганкин В Б , Ротенберг А М , и др Сб трудов международной научно-практической конференции «Высокотехнологическое оборудование для металлургической промышленности» М ВНИИМЕТМАШ, 2004, стр 99-108

7 Промышленные испытания гильз кристаллизаторов ВНИИМЕТМАШ на сортовой МНЛЗ Белорусского металлургического завода / Николаев Г И, Ганкин В Б, Маточкин В А и др Там же стр 126-129

8 Производство гильз кристаллизаторов для литья круглых заготовок/ Николаев Г И, Ганкин В Б, Марченко С И и др М Тяжелое машиностроение №3, 2004, стр 13-16

9 Николаев Г И , Ганкин В Б , Шифрин И Н Гильзовые кристаллизаторы конструкции ВНИИМЕТМАШ Непрерывные процессы обработки давлением Труды Всероссийского научно-технической конференции Москва, 14-15 апреля 2004/ МГТУ им Баумана, -М , 2004 стр 220-226

10 Модернизация конструкции гильзовых кристаллизаторов / Николаев Г И, ГанкинВБ, КиреевВН идр «Металлург» №12, 2004, стр 51-55

11 Кристаллизаторы ВНИИМЕТМАШ для высокоскоростного литья сортовых и круглых заготовок / Николаев Г И, Ганкин В Б , Сивак Б А и др В кн «60 лет Научно - конструкторской и производственной деятельности ВНИИМЕТМАШ» /Сост В Г Дрозд, А И Майоров, Б А Сивак, отв. ред Н В Пасечник - М Наука, 2005, - с 392-399

12 Николаев Г И, Ганкин В Б, Сивак Б А Разработка и освоение конструкции оборудования и технологии для непрерывного высокоскоростного литья круглых стальных заготовок Неделя металлов в Москве 14-18 ноября 2005 Сборник трудов конференций и семинаров -ОАО «АХК ВНИИМЕТМАШ»,- М ВНИИМЕТМАШ, 2006 - стр 155-164

13 Производство кристаллизаторов сортовых МНЛЗ с гильзами современной конструкции / Николаев Г И , Ганкин В Б , Егоров В В и др Тяжелое машиностроение №5, 2006, стр 12-15

$

14 Разработка и освоение конструкции оборудования и технологии для непрерывного литья круглых стальных заготовок / Николаев Г И, Ганкин В Б , Смоляков А С и др Черные металлы, ноябрь 2006, стр 17-22

15 Патент РФ № 2087247 от 20 августа 1997г Конусная гильза кристаллизатора вертикального литья металлов / Николаев Г И, Ганкин В Б , Белов Ю А и др / 6 В 22Б 11/04 опубликован БИ 1997г №23

16 Патент РФ № 2113933 от 27 июня 1998г Способ ремонта гильз кристаллизатора с износостойким покрытием/ Николаев ГИ, Ганкин В Б , Костин А С , и др / 6 В 22В 11/04 опубликован БИ 1998г №18

17 Патент РФ № 2152843 от 20 июля 2000г Гильзовый кристаллизатор для высокоскоростного непрерывного литья / Николаев Г И , Ганкин В Б , Шифрин И.Н и др / 7В 220 11/04 опубликован БИ 2000г №20

Размножено в ОАО АХК ВНИИМЕТМАШ Тираж 100 экз

Введение

Глава 1 Гильзовые кристаллизаторы сортовых машин непрерывного литья заготовок.

1.1 Анализ теплофизической работы существующих сортовых кристаллизаторов.

1.2 Качество непрерывнолитых заготовок и основные причины возникновения дефектов, связанных с конструкцией гильз кристаллизаторов. ■

1.3. Обзор конструкций гильз кристаллизаторов и способов их производства.

Глава 2 Разработка конструкции гильз кристаллизаторов для высокоскоростного литья сортовых заготовок.

2.1 Математическая модель взаимодействия оболочки непрерывнолитой заготовки с гильзой, имеющей вогнутости синусоидальной формы.

2.1.1 Основные уравнения деформирования затвердевающей оболочки слитка в кристаллизаторе.

2.1.2. Математическая модель температурного состояния 46 заготовки в кристаллизаторе.

2.1.3. Оценка опасности образования трещин в сортовых 49 заготовках.

2.1.4. Анализ деформирования и затвердевания оболочки 51 сортовой заготовки в «синусоидальном» кристаллизаторе.

2.2 Экспериментальные исследования высокоскоростных гильз 63 кристаллизаторов «ВМ-синус» на промышленных MHJ13.

2.2.1 Экспериментальные исследования на сортовой MHJ13 63 Молдавского металлургического завода.

2.2.2 Сравнительные испытания гильз «ВМ-синус» на заводе 74 «Trinecke Zelezarny».

Глава 3 Разработка технологии и оборудования для производства гильз кристаллизаторов широкого размерного сортамента.

3.1 Разработка технологии производства гильз кристаллизаторов квадратного сечения из круглых прессованных и квадратных тянутых медных труб.

3.2 Ремонт гильз с плоской стенкой, выведенных из эксплуатации.

3.3 Разработка конструкции универсальной машины для производства гильз кристаллизаторов MHJ13.

Глава 4 Результаты промышленного внедрения высокоскоростных кристаллизаторов на сортовых MHJI3 металлургических заводов.

4.1 Промышленное освоение реконструированных кристаллизаторов и гильз «ВМ-синус» на MHJI3 Молдавского металлургического завода.

4.2 Промышленное освоение модернизированных кристаллизаторов и гильз «ВМ-синус» на MHJI3 Белорусского металлургического завода.

4.3 Особенности эксплуатации кристаллизаторов с гильзами «ВМ-синус» на Енакиевском металлургическом заводе.

Выводы

Промышленное производство мелкосортного проката с применением MHJ13 на металлургических заводах Советского Союза началось в 1985г. Шестиручевые сортовые MHJ13 были изготовлены Южуралмашзаводом по проекту ВНИИМЕТМАШ для Молдавского металлургического завода (ММЗ) и завода «Амурстапь». Одновременно австрийской фирмой «Фест-Альпине» с участием итальянской фирмы «Даниели» был сооружен под "ключ" Белорусский металлургический завод (БМЗ). В состав электросталеплавильных цехов указанных заводов входили две электродуговые печи (ДСП) емкостью 100 тонн и две шестиручьевые МНЛЗ. Производительность указанных комплексов составляла 700 тысяч тонн в год. На тот момент производительность МНЛЗ соответствовала техническому и технологическому уровню развития. В течение 10 последующих лет это направление в нашей стране не развивалось. В ходе перехода к новым экономическим условиям и повышением спроса на мелкосортную продукцию заводы черной металлургии начали интенсивно внедрять непрерывную разливку сортовых заготовок, как эффективную технологию получения сортового проката близких по размеру к готовому изделию.

Благодаря существенному увеличению мощности печных трансформаторов, использованию альтернативных источников энергии в печи, внедрению агрегатов «печь-ковш», новых конструктивных решений собственно печи, производительность одной электродуговой печи емкостью 100.120 т достигла 1 млн. т в год. Новая технология и конструктивные решения позволили обеспечить повышенные жесткие требования по температуре, химическому составу и т.д., предъявляемые к жидкой стали, предназначенной для разливки на МНЛЗ. Параллельно с развитием сталеплавильной технологии возникает необходимость создания технологии высокоскоростного непрерывного литья. Для реализации технологии высокоскоростного литья потребовалась коренная реконструкция технологических узлов МНЛЗ.

Гильзовый кристаллизатор является основным технологическим узлом сортовой MHJI3. В технологическом процессе непрерывного литья стали кристаллизатору отведена одна из самых основных функций - формирование слитка требуемого сечения. Естественно, что производительность машины и качество слитка во многом определяется тем, насколько кристаллизатор удовлетворяет всем технологическим требованиям. Основное требование к кристаллизатору - обеспечить максимальный теплоотвод от затвердевающей стали к охлаждающей воде, и получить на выходе из кристаллизатора прочную оболочку слитка с хорошей поверхностью, которая не разрушалась бы под действием тепла жидкой фазы и ферростатического давления. Гильза - главный сменный рабочий инструмент кристаллизатора, в котором формируется оболочка заготовки. От конструкции гильзы кристаллизатора зависит качество непрерывной заготовки и максимально допустимые скорости разливки.

Изготовление современных гильз кристаллизаторов является сложным высокотехнологичным процессом с применением большого количества технологической оснастки и использованием медных профилированных труб. В настоящее время около 90% мирового производства гильз кристаллизаторов приходится на три компании: «Kabelmetal»(KME) (Германия) «Еигора Ме1аШ»(ЕМ1)(Италия) «СоЬе1со»(Япония). В России до 1985г работы по изучению конусных гильз кристаллизаторов не проводились, а первый участок по изготовлению квадратных и прямоугольных конусных гильз был создан только в 1995г во ВНИИМЕТМАШе.

В настоящей работе рассматриваются результаты разработки конструкции и определение оптимальной конфигурации внутренней полости гильз кристаллизаторов для высокоскоростных MHJI3, создание технологии, разработка оборудования для промышленного производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов с различной конфигурацией внутреннего сечения. Наиболее приемлемым методом, на основе которого возможны исследования по оптимизации теплового и напряженно-деформированного состояния заготовки в кристаллизаторе с целью улучшения качества непрерывнолитых заготовок и повышения надежности работы MHJI3 при высокоскоростной разливки, является метод математического моделирования, так как экспериментальные методы определения напряженно-деформированного состояния оболочки затвердевающей заготовки в кристаллизаторе отсутствуют, а возможности физического моделирования ограничены из-за сложности рассматриваемых процессов. На основании математической модели процесса затвердевания оболочки непрерывнолитой заготовки в гильзе имеющей синусоидальный профиль с переменной по высоте амплитудой («ВМ-синус») и практических результатов, полученных на металлургических заводах определено, влияние основных параметров конструкции гильзы на качество отлитых заготовок.

Основными методами исследования гильз кристаллизаторов и оборудования для их производства были:

-математическое моделирование взаимодействия затвердевающей оболочки заготовки со стенками разработанной конструкции гильзы «ВМ-синус»;

-статистические методы оценки эксплуатации гильз и исследования качества отлитых непрерывнолитых заготовок, качество поверхности, ромбичность, угловые трещины;

-металлографические исследования структуры стенок гильзы; -статистические методы оценки технологии и точности изготовления гильз и рубашек охлаждения кристаллизатора;

-анализ усилий волочения на разработанном оборудовании. Целью данной работы являются разработка конструкции кристаллизаторов для высокоскоростного литья сортовых заготовок, создание технологии и оборудования для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов.

На защиту выносится: методика проектирования гильз кристаллизаторов, включающая математическое моделирование разработанной автором конструкции, взаимодействие стенок гильзы с оболочкой непрерывнолитой заготовки, методика экспериментального и промышленного исследований влияния конфигурации гильзы на качество отливаемых заготовок.

Предложенная автором оригинальная конструкция гильзы «ВМ-синус», обеспечивает повышение скорости разливки до 4,0-4,2 м/мин для заготовок сечения 125x125 мм. Разработанные в результате исследований методы расчета и практические рекомендации приняты во ВНИИМЕТМАШ в качестве руководящих материалов при проектировании кристаллизаторов MHJI3 и литейно-прокатных модулей. Впервые в России создано оборудование, технологическая оснастка и технология производства гильз отечественной конструкции и высокоточных рубашек охлаждения кристаллизатора.

Новые высокоскоростные кристаллизаторы являются основой для создания современных отечественных сортовых MHJ13. Результаты расчетов параметров гильзы «ВМ-синус» и рубашек охлаждения подтверждаются успешным опытом эксплуатации этих гильз на 14 металлургических заводах. Технология изготовления гильз и рубашек охлаждения и технологическое оборудование для их производства обеспечивает высокое качество изготавливаемых деталей.

Разработка конструкций отечественной высокоскоростной гильзы кристаллизатора и рубашки охлаждения позволили провести модернизацию кристаллизаторов устаревшей конструкции, увеличить скорость разливки и производительность МНЛЗ на 7 металлургических заводах. Разработанная автором технология и оборудование для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов создает технологическую независимость от поставки гильз зарубежными машиностроительными фирмами. В настоящий момент на МОЗ ВНИИМЕТМАШ изготавливается технологическая оснастка и машина для производства гильз кристаллизаторов для фирмы «Пунсан» (Республика Корея).

По разработанной технологии на МОЗ ВНИИМЕТМАШ изготавливаются гильзы и рубашки охлаждения кристаллизаторов сечением от 100x100 мм до 200x200 мм для 20 металлургических заводов России, стран СНГ и дальнего зарубежья, в т.ч. Молдавского (Молдова), Белоруского (Беларусь), Енакиевского (Украина), Дургапурского (Индия), Узбекского (Узбекистан), Сулинского, Фроловского, Волгоградского металлургических заводов и заводов «Амурметалл» и «Лиепаяс металургс»(Латвия). Эти разработки награждены дипломами III Международной выставки - конгресса "Высокие технологии. Инновации - 98" и V конгресса сталеплавильщиков.

Суммарный годовой эффект от внедрения авторских разработок на ММЗ и БМЗ составляет 330 тыс. долларов США. Годовой эффект определялся за счет повышения стойкости гильз кристаллизаторов, экономии трубных заготовок, при этом не учитывалось влияние гильз кристаллизаторов на повышение надежности работы, увеличение производительности MHJI3 и повышения качества непрерывнолитых заготовок.

Список публикаций. По результатам выполняемых исследований в периодической научно-технической печати опубликовано 14 статей и получено 3 патента РФ.

Объем работы. Диссертация содержит 154 стр. машинописного текста, 73 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 153 наименований; состоит из введения, 4 глав и выводов.

ВЫВОДЫ:

1. Разработана новая конструкция кристаллизаторов и гильзы с вогнутостями синусоидального профиля с переменной по высоте амплитудой («ВМ-синус»), основанной на принципе самокомпенсации усадки. Конструкция гильзы «ВМ-синус» обеспечивает качество непрерывнолитой заготовки при высокоскоростной разливке на уровне, соответствующем лучшим мировым производителям. Данная конструкция защищена патентами Российской Федерации №2087247 и №2152843.

2. Разработана математическая модель затвердевания оболочки сортовой заготовки в «синусоидальной» гильзе кристаллизатора с использованием трех взаимосвязанных алгоритмов расчета: деформирования грани заготовки в контакте со стенками гильзы, контактных условий теплообмена между поверхностью слитка и стенкой кристаллизатора, температурного состояния заготовки. Анализ параметров вогнутости синусоидальной формы на температурное состояние, жесткость оболочки слитка на выходе из кристаллизатора и на вероятность образования деформационных трещин позволил определить оптимальный диапазон амплитуд для гильз кристаллизаторов для скоростей разливки 3.5 м/мин, который равен 0,8-1,2 мм.

3. Промышленные испытания гильз с вогнутостями синусоидальной формы подтвердили, что данные, полученные с помощью математической модели затвердевания, соответствует практическим результатам. Оптимальная амплитуда, которая характеризуется минимальным износом гильзы и лучшим качеством непрерывнолитых заготовок, составляет 0,99 мм для слитка 125x125 мм и скоростей разливки 3-4,2 м/мин. Максимальная величина амплитуды синусоиды в оптимальном интервале соответствует пониженному значению ромбичности непрерывнолитых заготовок.

4. Выполнен статистический анализ работы гильз кристаллизаторов «ВМ-синус» на промышленных МНЛЗ, изучены их термическая стойкость и износостойкость, влияние параметров внутренней полости на образование ромбичности, наружных и внутренних трещин. Показано, что применение кристаллизаторов с гильзами «ВМ-синус» позволило в 1,5 раза увеличить скорость разливки сортовых заготовок, на 10-20% уменьшить ромбичность заготовок, снизить почти в 2 раза число прорывов, улучшить качество заготовок из трещиночуствительных сталей.

5. Разработаны промышленная технология, оборудование и технологический инструмент для производства гильз и рубашек охлаждения кристаллизаторов размером от 100x100мм до 200x200 мм из отечественных медных заготовок. На созданном оборудовании изготавливаются гильзы и рубашки охлаждения кристаллизаторов для 20 металлургических заводов России, ближнего и дальнего зарубежья, в т.ч. «Амурметалл», Белорусского, Дургапурского, Енакиевского, Молдавского, Сулинского, Фроловского металлургических заводов, «Сарканайс металургс» и др.

6. Разработана технология изготовления квадратных пгльз кристаллизаторов с минимальной разностенностыо и со стенкой более 13 мм из круглых прессованных медных труб отечественного производства.

7. Разработан и освоен в промышленном масштабе способ ремонта отработанных гильз кристаллизаторов (патент РФ №2113933).

8. Определена оптимальная толщина хромового покрытия (120 мкм), наносимого на внутреннюю поверхность гильз высокоскоростных кристаллизаторов, на основании анализа максимальной стойкости и причин вывода гильз из эксплуатации.

9. Новая конструкция кристаллизатора, наряду с усовершенствованием МНЛЗ, позволила металлургическим заводам получить значительный экономический эффект за счет увеличения производительности МНЛЗ, улучшения качества непрерывнолитых заготовок и увеличения стойкости гильз.

10. По контракту с фирмой «Пунсан» (Ю.Корея) во ВНИИМЕТМАШ при участии автора разработана конструкция универсальной машины и технологического инструмента для производства гильз кристаллизаторов размером от 100x100 мм до 230x230 мм с базовым радиусом от 4000 до 12000 мм.

Заключение.

1. Конфигурация гильзы конструкции «ВМС», разработанная и изготовленная в соответствии с данными, полученные в результате математического моделирования процесса затвердевания оболочки в кристаллизаторе, обеспечивают качество непрерывной заготовки при высокоскоростной разливке на уровне, соответствующем лучшим мировым производителям.

2. Характер износа гильз кристаллизаторов подтверждает распределение температур в корочке заготовки, полученное в результате математического моделирования.

3. Внедрение конструкции гильзы «ВМ-синус» на ММЗ позволило увеличить скорость разливки рядового сортамента сталей до 4,0 - 4,2 м/мин., повысить среднюю стойкость гильз до 359,9 плавок, а также увеличить часовую производительность МНЛЗ с 89,5 до 142,9 тонн/час и довести годовую производительность МНЛЗ до 1013 тыс.тонн при проектной производительности 350 тыс.тонн.

4. В процессе эксплуатации гильз конструкции «ВМС» на БМЗ в 2,46 раза снизилось количество прорывов по трещинам и обрывам оболочки под кристаллизатором по сравнению с одноконусными гильзами конструкции «ОашеН»(Италия). Количество потерянных ручьев на МНЛЗ было уменьшено до 0,3% от числа подготовленных, а при разливке стали марки 5 практически отсутствуют поверхностные дефекты литой заготовки в виде угловых трещин, которые являются основным браковочным признаком на заготовках, поставляемых на экспорт.

5. Эксплуатационные характеристики гильз конструкции «ВМС» находятся на уровне основных мировых производителей гильз, а в некоторых случаях и превосходят их.

6. Годовой экономический эффект от внедрения гильз «ВМС» на ММЗ и БМЗ составляет 330 тыс. долларов США.

1. Samarasekera I.V., Anderson D.L., Brimacombe J.K. "The thermal distortion of continuous-casting billet mould", Metallurgical Transactions B, vol.l3B, 1982 pp. 91-104.

2. Скворцов А.А., Акименко А.Д. «Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывного литья», М.: Металлургия, 1966г. 138с.

3. Емельянов В.А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. Учебн. Пособие для вузов. М.г Металлургия, 1988, 143 с.

4. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П., и др. Теория непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1971, 296 с.

5. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых кристаллизаторов. М.: Металлургия, 1991,275 с.

6. Watanabe S., Harada К., Fujta N., et al. " Tetsu-to-Hagane", "J. Iron and Steel Inst. Of Japan" 1972, v52(l 1) pp. 393-394.

7. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. "The thermal field continuous casting moulds", Canadian Metallurgical Quartelly, vol. 18, 1979, pp.251-266.

8. Chandra S., Brimacombe J.K., Samarasekera I.V. Ironmaking Steelmaking, vol. 20, 1993 pp. 104-112.

9. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K., Bommraju R., Iron Steelmaker, ISS Trans., 1984,5, pp. 79-94.

10. Singh S.N„ Blazek K.E. Proc. 59th National Open Hearth and Basic Oxygen Steel Conference, St. Louis, 1976, ISS-A1ME, pp. 264-283.

11. Pinheiro C.A.M., Samarasekera I.V., Brimacombe J.K., et al. "Ironmaking Steelmaking", 2000, 27, pp.37-54.

12. Dubendorff J., Sardemann J., Wunnenberg K. "Stahl Eisen", 19 Dec.,1989, 103,(25-26) pp.1327-1332.

13. Park J.K., Thomas B.G., Samarasekera I.V. "Analysis of thermomechanical behaviour in billet casting with different mould corner radii", Ironmaking and Steelmaking, 2002, Vol.29 No5 pp. 1-17.

14. Gravemann H. Mould tube with improved service life for continuous casting of steel//Continuous casting conference. London, May 1985.

15. Chow С., Samarasekera I.V."High speed continuous casting of steel billets" Part 1, Ironmaking and Steelmaking, 2002, Vol.29 Nol pp.53-59.

16. Qualitative results of low/medium carbon steel cast at high speed at Ferriere Nord with Danam technology/ Pavlicevic M., Matijasevic В., Kapaj N., et al. High casting speed of billets. Danieli Research Centre, Danieli Centro Met.

17. Schrewe H.F. "Continuous casting of steel fundamentals, principles and practice" (trans.P.Knighton) 1989, Dusseldorf, Verlag Stahleisen.

18. Теплопередача в кристаллизаторе MHJI3 при работе с различными сталеразливочными смесями./ X. Абратис, Ф. Хефер, М. Юнеман, и др. «Черные металлы», №2, 1997г.

19. Chow С. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. "High speed continuous casting of steel billets" Part 2, Ironmaking and Steelmaking, 2002, Vol.29 Nol pp.6169.

20. Отчет ВНИИМЕТМАШ ЖНР-7203, «Усовершенствование технологии непрерывного литья путем увеличения сечения заготовок до 135x135 мм и модернизации кристаллизатора», Заключительный. Рук.работы Ганкин В.Б. Г/р 01880023771, 1988,47с.

21. Singh S.N., Blazek К.Е., J. Metals, 26, 1974, pp. 1974.

22. Kriegner O., Abenstein K., Pochmarski L. Investigation of strand shell formation in bloom and billet casting. Continuous casting conference, 1987, Voest-Alpine, paper No 10 pp.1-8.

23. Cicutti C., Boeri R. A simple estimation method for shell thickness at the mold exit in the continuous casting of steel. ISIJ International, vol.41, 2001, No.3, pp.311313.

24. Рутес B.C., Гуглин H.H., Евтеев Д.П. Непрерывная разливка в сортовые заготовки. М. Металлургия, 1967, 143с.

25. Гильзовые кристаллизаторы для высокоскоростной разливки стали./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Богданов Н.А. и др., Труды шестого конгресса сталеплавильщиков, г. Череповец, 17.19 октября 2000 г., с. 461.469.

26. Pinheiro С.A.M. "Mould thermal response, billet surface quality and mould-flux behavious in continuous casting of steel billets with power lubrication". Ph. D. Thesis, UBC, 1997. 289p.

27. Якоби X., Комма Г., Вюнненберг К, Технология непрерывного литья заготовок малого сечения. «Черные металлы», №9, 1982, стр.3-11.

28. Alvares de Toledo G., Ciriza J., Laraudogoitia Developments in billet casting at Sidenor. CCC 2002, session II, paperl pp. 1-4.

29. Chandra S., Brimacombe J.K., Samarasekera I.V. Ironmaking and Steelmaking, 1993, Vol.20 pp.l 04- 112.

30. Kumar S., Mecch J.A., Samarasekera I.V. "Intelligent mould for online detection of billet defects" Ironmaking and Steelmaking, 1999, Vol.26 No4 pp.269284.

31. Emi Т., Nakato H., Jida Y. et al. Steelmaking conference proceedings, Iron and Stell society, Warrendale, PA, 61,1978, pp.348-353.

32. Jablonka A., Harste K., Schwerdtfeger K. Steel research. 1991, 62 No 1, pp 2226.

33. Harste K., Schwerdtfeger K. "Shkinkage of round iron-carbon ingots during solification and subsequent cooling" ISIJ International vol. 43, 2003, No7, pp. 10111020.

34. Чижиков А.И., Пермитов В.П., Иохимович B.A. и др. Непрерывная разливка стали в заготовки крупного сечения. М. Металлургия, 1970, с.136 .

35. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. "The thermal and mechanical behaviour of continuous casting billet moulds", Iron and Steelmaking, vol.9 No 1, 1982, pp.l-15.

36. Samarasekera I.V., Bommaraju R., Brimacombe J.K. Mould heat transfer and solidification in the continuous casting of steel billets. The Centre for Metallurgical Process Engineering. The university of British Columbia. Vancouver, B.C. Canada.

37. Kumar S. "Mould thermal response and formation of defects in continuous casting of steel billets". Ph. D. Thesis, UBC, 1996. 289p.

38. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K., Bomaraju R. "Mould behaviour and solidification in continuous casting of steel billets" Part II Mould heat extraction, mould-shell interaction and oscillation-mark formation" ISS Transactions, vol.5, 1984, pp.79-94.

39. Berryman R., Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. Cooling water flow in continuous casting billet molds. Iron and Steelmaking, 1988, March, p. 69-77.

40. Kreyelskis V., Cook J. The influence of mould tube taper and distortion on cast billet quality // Steelmaking Conference Proceedings, 1988, p. 349-353.

41. Лапотышкин H.M., Лейтес A.B., Трещины в стальных слитках. Москва, Металлургия, 1969, 111 с.

42. Сладкоштеев В.Т., Потанин Р.В., Суладзе О.Н. и др. Непрерывная разливка стали на радиальных установках. М.: Металлургия, 1974. 286 с.

43. Причина образования и способы устранения горячих трещин в слитках непрерывной разливки/ Евтеев Д.П., Степанов Н.К., Дружинин В.П. и др., «Непрерывная разливка стали» под редакцией к.т.н. О.В. Мартынова М.: Металлургия, 1970.стр.240-251.

44. Цаплин А.И. Теплофизика внешних воздействий при кристаллизации стальных слитков на машинах непрерывного литья, Екатеринбург, УрО РАН, 1985 328с.

45. Гуглин Н.Н., Новикова А.А., Гуляев Б.Б. Исследование механических свойств стали при температурах, близких к точке кристаллизации// Кристаллизация металлов. М.:АН СССР, 1960, стр.126-133.

46. Matsumm Toopy, "Trans. Iron and Steel Inst, of Japan", 1986, 26, N*6, pp 540-546.

47. Kim K., Yeo Т., Oh K.H. "Effect of carbon and sulfur in continuous cast strand on longitudinal surface cracks" ISIJ International vol. 36, 1996, No3, pp. 284289.

48. Bomaraju R. Brimacombe J.K., Samarasekera I.V. "Mould behaviour and solidification in continuous casting of steel billets" Part III Structure solidification band, crack formation and off-squareness". ISS Transactions, vol.5, 1984, pp.79-94.

49. Brimacombe J.K., Samarasekera I.V. Metallurgical Transactions B, vol. 13B, 1984, pp. 105-116.

50. Brimacombe J.K., Sorimachi K. "Crack formation in continuous casting of steel, Metallurgical Transactions B, vol. 8B, September 1977, pp. 489-505.

51. Mori H. Tetsu-to-Hagane (J.Iron and Steel Inst. Of Japan) No 58, 1972, 15111525.

52. Aketa Y., UshijmaK. Tetsu-to-Hagane, 45, 1959, 1314-1345.

53. Николаев Г.И., Ганкии В.Б., Сивак Б.А. Гильзовые кристаллизаторы высокоскоростных сортовых МНЛЗ. М. "Тяжелое машиностроение" №5, 1997, стр. 19-22.

54. Nakata Hitoshi, " Tetsu-to-Hagane ", (J.Iron and Steel Inst. Of Japan), 1985, 71, Nol2, p.1020.

55. Brimacombe J.K., Weinberg F., Havvbolt E.B. Canadian Metallurgical Quartelly, vol. 19, 1980, pp.215-227.

56. Бровман М.Я., Сурн» Е.В., Грузин В.Г и др. «Энергосиловые параметры установок непрерывной разливки стали» М. Металлургия, 1969, с.282.

57. Бойченко М.С., Рутес B.C., Фульмахт В.В. «Непрерывная разливка стали в квадратные слитки» М. Металлургиздат, 1961,301с.

58. Влияние формы рабочей поверхности кристаллизатора на их стойкость и качество непрерывного слитка/ Пермнтов В.П., Гирский В.Е., Мурасов Ф.М. и др., «Непрерывная разливка стали» под редакцией к.т.н. О.В. Мартынова М.: Металлургия, 1970.стр.297-304.

59. Опыты работы опытно-промышленной УНРС Ново-тульского металлургического завода./ Башков В.А., Бобров П.В., Нечаев Л.С. и др., «Непрерывная разливка стали» под редакцией к.т.н. О.В. Мартынова М.: Металлургия, 1970.стр.256-263.

60. Высокоскоростные сортовые кристаллизаторы ВНИИМЕТМАШ./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Мазанов С.Н. и др., — Доклад на IX

61. Международном конгрессе сталеплавилыциков.17-19 октября, Старый Оскол, 2006г.

62. Zetterlund Е.Н., Kristiansson J.O. Continuous casting a numerical study of the influence of mould wear jn crack formation. Scandinavian Journal of Metallurgy . Vol 12, 1983, pp. 211-216.

63. Lait J.E., Brimacombe J.K. and F. Weiberg F., Mathematical modelling of heat flow in the continuous casting of steel. Ironmaking and Steelmaking, 1974, №1, pp. 35-42.

64. Tomas B.G., Zhu H. "Thermal distortion of solidifying shell near meniscus in continuous casting of steel ". JIM/TMS Solidification Science and Processing Conference, Honolulu, December 1995, pp. 197-208.

65. Kelly J.E., Michalek K.P., O'Conner T.G. et al.: Metallurgical Transactions A, 1988, 19A, pp. 2589-2602.

66. Ohnaka I., Yashima Y. Proceedings International Conference on 'Modeling of casting and welding processes', 1998, Vol. 4, pp. 385-394.

67. Stilli A. CCT Concast Convex Technology // Concast Standard News. 1994. Vol.33. April.

68. Bruder R., Wolf J., Borowski A. Investigation and results of SBQ billets cast with double speed at Thyssen stahl AG, Oberhausen/METEC Proceeding // Vol.1 pp.301-304, Dusseldorf.

69. US Patent № 5360053 от 01.11.1994,"Continuous casting mold for steel", B22D 11/04.

70. EP No498296B 1, 18.05.1994 "Kokille zun Stranggiessen von Metallen"

71. Tsutsui M., Shioki M., Tanno О. High speed billet casting with CONVEX mould at Himeji works, Toa Steel CO., Ltd in Japan./ METEC Proceeding 11 Vol.1 pp.291-294, Dusseldorf.

72. Jian L., Maoqing X., Kohl S., and oth. Operation success of a 5-strand high speed CONVEX technology billet for SBQ steels at SHAGANG STEEL, CNINA/ presented at the SEAISI Singapore Conference, 14-16 May 2001.

73. Pavlicevic M., Gensini G., Matijasevic B. Innovation in High-speed continuous casting technology with adaptable mould Metec Book 94, Dusseldorf, pp.62-69).

74. Pavlicevic M., Ruzza W., Karaj N. «Further improvement in continuous casting of steel billet»/ 3rd European conference on continuous casting. October 2023, 1998, pp.605-609.

75. US Patent № 5762127 от 09.06.1998" Method to control the deformations of the sidevvalls of a crystallizer and continuous casting ciystallizer", B22D 11/04.

76. US Patent N6315030B1, от 13.11.2001 "High speed continuous device and relative method."

77. Patent DE 69518360T, от 28.12.2000 "Continuous-casting crystallizer with increased heat exchange and method to increase the heat exchange in continuous-casting crystallizer."

78. Ridolfi M.R., Gotti A., Laraudogoitia J.J. et al. Optimizition of geometry of 185x185 mm square billet mould of Sideron continuous casting machine/ Ironmaking and Steelmaking, 2004, Vol.31 pp.371-375.

79. Wimmer F., Thone H., Linderfer В., Willeit H., Pocksteiner L. High speed billet casting // Theoretical Investigation and Practical experience, CCC Linz (Austria, May 1996), Innovation session, Paper No. 9, p. 1-9.

80. US Patent № 5799719,01.09.98, Continuous casting mold B22D 11 /04.102. «Высокоскоростная MHJI3 производства ФАИ»./ Минг Ж., Коглер Х.П., Зедербауэр Г., и др., Сталь, №1 2001, стр.62-64.

81. Morwald К., Fuchshuber J., Wimmer F., Thone H. "Electric Furnace Conference Proceedings, 1997, pp. 349-355.

82. US Patent No 6112805 от 05.09.2000, "Continuous casting mold for billet" B22D 11/04/.

83. Japan Patent No 9225592, от 09.02.1997, «Tube mold for continuously casting square billet».

84. Japan Patent No 9239496, от 16.09.1997, « Mold for continuously casting square billet».

85. Kittaki S., Uehara M., Sato N., et al. High-speed billet casting by NS hyper mold/ Nippon steel technical report, No 82, July 2000.

86. US Patent No 6918428 B2 от 19.07.2005 «Chill tube»

87. Kanazawa Т., Abe K., Fykada N., and oth. " High speed casting mould for continuously cast billet // Zairyo to Prosesu-Current in materials and processes, 2002, 15, pp.749-754.

88. Japan Patent 9010895 от 14.01.1997 «Mold for continuous casting steel», B22D 11/04.

89. Fukada N., Makukawa Y., Ando T. "Improvement of billet productivity through the development of a mould (HS-mould) for high speed casting", La Revue de Metallurgie-CIT, April 1998, pp. 529-537.

90. Рекламный проспект фирмы «Cobelco».

91. Шевакин Ю.Ф., Рытиков A.M., Сейдалиев Ф.С. Производство труб из цветных металлов. М., Металлургиздат, 1963, 355с.

92. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М., Металлуршя, 1971, 448с.

93. Ландихов А.Д. Производство труб, прутков и профилей из цветных металлов. М.,Металлургиздат, 1962,391 с.

94. US Patent No 3646799 от 07.03.1972, "Method of making mould for continuous casting mashines" B2Id 51/00.

95. US Patent No 5407499 от 18.04.1995, "Making a mould for c" C22F 1/08.

96. US Patent No 4653306 от 31.05.1987, "Method for prepararing tubular chills for continuous steel casting plants " B22K 21/08.

97. US Patent No 5136872 от 11.08.1992, "Process for preparation of tubular ingot moulds intended for installations for continuous casting of steel " B22K 21/08.

98. European Patent No 0148514 A2 от 11.03.1982, "Method and apparatus for production of tubes" B21C 1/24.

99. Japan Patent No 6015087 В от 03.02.1994, "Method and apparatus for production of bent tubes" B21С 1/24.

100. Евтеев Д.П., Колыбанов И.Н. Непрерывное литье стали. М. Металлургия, 1984, с.

101. World Patent No 01/49432 А1 от 14.12.2000, " Method and device for working cavity walls in continuous casting moulds" B22D 11/04.

102. Плющенков П.М., Остренский И.С., Софинский П.И. и др. «Устройство для изготовления деталей криволинейной формы» Автор, свидетельство № 594637 от 28.10.1977, B21D 7/06.

103. Плющенков П.М., Благонравов Ю.А., Суринов А.Н. и др. «Устройство для калибровки криволинейных пшьз» Автор, свидетельство № 594637 от 07.03.1986,В21С 37/30.

104. Качанов Л.М. Теория ползучести М, «Физматиздат», 1989, 554с.

105. Бойцов Ю.И., Данилов B.J1. Высокотемпературная ползучесть и разрушение непрерывнолитой стали // Сб. трудов МЭИ. 1986.- № 83.

106. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987.-224с.

107. Тепловые процессы при непрерывном литье стали / под ред. Ю.А.Са-мойловича. М.: Металлургия, 1982. - 152 с.

108. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А. Контактный теплообмен.- M.-JI.: Госэнергоиздат, 1963.

109. Зарубин С.В. Разработка расчетных методов анализа термомеханических процессов в непрерывном слитке: Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук.- М., 1986.— 195 с.

110. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. В 2-х частях. 4.2. М.: Высшая школа, 1982. с,304.

111. Рудой JT.C., Баптизманский В.И. Производительность машин непрерывного литья заготовок. Киев: Техника, 1982.

112. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов. М.: Машиностроени, 1998. - 360 с.

113. Данилов B.JL, Зарубин С.В. Численное моделирование движения фронта разрушения в затвердевающем теле // Известия РАН. Механика твердого тела. 1994. - № 1. - стр. 80-85.

114. Зарубин С.В. Критерий высокотемпературного хрупкого разрушения и оптимизации геометрической оси МНЛЗ // Конструирование, расчет и исследование МНЛЗ криволинейного типа. Свердловск, 1989. - С. 86-98.

115. Danilov V.L., Zarubin S.V. Continuous Casting Processing Parameters Optimization // Second World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization. Extended Abstracts. Zakopane, Poland, May 26-30 1997. - P. 47-48.

116. Осадчий ВЛ., Воронцова А.Л., Карпов C.M. «Расчет усилий при волочении труб» Непрерывные процессы обработки давлением. Труды Всероссийского научно-технической конференции. Москва, 14-15 апреля 2004 /МГТУ им. Баумана. М.,2004, стр.227-222.

117. Производство гильз кристаллизаторов для литья круглых заготовок. / Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Марченко С.И. и др., "Тяжелое машиностроение" №3,2004, стр.13-16.

118. Разработка и освоение конструкции оборудования и технологии для непрерывного литья круглых стальных заготовок./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Смоляков А.С. и др., Черные металлы, ноябрь 2006, стр. 17-22.

119. Патент РФ № 2113933 от 27 июня 1998г. Способ ремонта гильз кристаллизатора с износостойким покрытием./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Костин А.С., и др./ 6 В 22D 11/04 опубликован БИ№18,1998г.

120. А.с. (СССР) № 1617760 «Способ изготовления медной гильзы с волнистой рабочей поверхностью» Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Плющенков П.М., и др.

121. Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Егоров В.В. Производство кристаллизаторов сортовых MHJI3 с гильзами современной конструкции. "Тяжелое машиностроение" №5,2006, стр. 12-15.

122. Смирнов А.Н., Жибоедов Е.Ю., Лейрих И.В. «Современные решения в конструкции кристаллизаторов для высокоскоростного литья на сортовых MHJI3» Электрометаллургия №11, 2006, стр.22-28.

123. Патент РФ № 2152843 от 20 июля 2000г. Гильзовый кристаллизатор для высокоскоростного непрерывного литья./ Николаев Г.И., Ганкин В.Б., Шифрин И.Н. и др./ 7В 22D 11/04 опубликован БИ. №20, 2000.

124. Дымченко Е.Н., Смирнов А.Н., Жибоедов Е.Ю. и др. «Особенности эксплуатации гильзовых кристаллизаторов сортовых MHJ13. — Металл и литье Украины, №3-4, 2005, стр. 128-129.