автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Управление охлаждением непрерывнолитого слитка с целью улучшения его кристаллической структуры

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и основные направления исследований управления качеством структуры непрерывнолитых заготовок.

1.1. Показатели качества структуры непрерывнолитого слитка.

1.2. Состояние вопроса по изучению качества непрерывнолитых слитков,. П

1.3. Развитие работ в области математического моделирования затвердевания сплавов и применение их к обоснованию процессов, протекающих при непрерывной разливке стали.

1.4. Задачи по исследованию процесса непрерывной разливки стали в условиях ОАО «ММК».

Глава 2. Построение критериев оптимальности кристаллической структуры непрерывнолитых слитков, получаемых в условиях Магнитогорского металлургического комбината.

2.1. Проблемы исследования в области построения и изучения критериев оптимальности, характеризующих затвердевание непрерывнолитого слитка

2.2. Исследование качества и структуры непрерывнолжшх слшков в условиях ККЦ №1 ОАО «ММК».

2.3. Анализ влияния расходов охладителя на формирование структуры слитка по экспериментальным данным.

2.4. Построение критериев для определения рациональных режимов охлаждения непрерывнолитых слитков, обеспечивающих оптимальные структуру и качество.,,.

2.5. Эмпирические уравнения развития внутренних дефектов слитка.

2.6. Автоматизированная система оценки внутренних дефектов непрерывнолитого слитка по его серному отпечатку.

2.6. Выводы по главе 2.

Глава Э. Математическое моделирование температурного поля непрерывнолш'ого слятка.-.

3.1. Математическая постановка задачи затвердевания непрерывнолитого слитка с движущимися границами раздела фаз.

3.2. Химический состав сталей экспериментальных плавок.

3.3. Алгоритм и численная реализация решения задачи затвердевания непрерывнолитого слитка на основе квазиравновесяой модели кристаллизации в двухфазной зоне.,.

3.4. Влияние режима охлаждения на теплоотвод от поверхности непрерывнолитого слитка.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Оптимальное управление охлаждением непрерывнолитого слитка с целью получения качественной струкщш.

4.1. Постановка задачи для определения рациональных режимов охлаждения непрерывнолитых слетков, обеспечивающих оптимальные структуру и качество.

4.2. Результаты эксперимента по изучению температурного поля на поверхности непрерывнолитого слитка.

4.3. Некоторые решения задачи оптимизации охлаждения непрерывнолитых слитков затвердевающих в условиях MHJT3 ККЦ1 ОАО «ММК».

4.4. Обобщенные решения задачи вторичного охлаждения непрерывнолитых заготовок из сталей марок СтЗсп и 08Ю

4.5. Оценка однородности кристаллической структуры непрерывнолитого слитка, полученного при новых режимах охлаждения.

4.6. Экономический эффект при возможном внедрении рациональных режимов охлаждения.

4.7. Выводы по главе 4.

Настоящее время характеризуется активными преобразованиями в области управления политическими и экономическими структурами. Неустановившиеся экономические отношения между производителями и потребителями продукции металлургической отрасли выдвигают разнообразные требования к объему и качеству любой продукции. Развитие современной металлургической промышленности получило несколько доминирующих направлений. Одним из таких направлений является расширение области применимости непрерывной разлшйш стали. В связи с этим продолжаются исследования по разработке новых и усовершенствованию внедренных технологий данного способа. К преимуществам непрерывной разливки относятся следующие: однородность кристаллического строения и технологических свойств литой стали вдоль оси слитка; повышение качества непрерывнолитой стали (по сравнению со сталью, напученной при литье в изложницы) за счет интенсивного охлаждения поверхности слитка; возможность механизации и автоматизации процесса и существенное улучшение условий труда на разливочной шющадке; возможность совмещения непрерывного литья и прокатки в единой технологической линии [1].

В современных условиях технический уровень развития сталеплавильного производства оценивается степенью применения непрерывной разливки . К концу 1995 года мировой объем стали, разливаемой непрерывным способом, превысил 60 %. При этом в других странах она находится в пределах 58,8 % (США) и 91,9 % (Япония). Предполагается, что в ряде стран доля непрерывно-литой стали, в ближайшем будущем, достигнет 85 - 90 % и планируется выпускать непрерывным способом все марки массового назначения и большую часть высоколегированной специальной стали. Доля непрерывной разливки составит в начале века 60 - 70 % по сравнению с 23 % в 1990 году, что повлечет за собой создание новых машин непрерывного литья заготовок

МНЛЗ) и необходимость усовершенствования действующих [1-4]. По прогнозам [2] в России объем потребления металла к 2000 году может составить 71-78 млн. т, в СНГ - 115-125 млн. т, в том числе на Украине -35 млн. т, в Казахстане - 6 млн. т.

Решение задач по увеличению объема разливаемой стали на МНЛЗ с одновременным расширением сортамента и повышением качества отливаемых заготовок невозможно без теплотехнического обоснования режимов работы. Качество металла определяется, в основном» рациональной организацией теп-лоотвода от слитка в процессе его затвердевания.

Основное требование к качеству слитка со стороны прокатчиков сводится к обеспечению химической и структурной однородности литого металла. Это достигается за счет получения металла заданного химического состава и регулирования скорости кристаллизации по всему сечению слитка [5,6,7],

Проведение исследовательских работ на действующих установках связано с большими экономическими и временными затратами, что делает разработку новых технологий дшггельными и дорогостоящими, но при этом позволяет выполнить полную настройку оборудования в условиях конкретного металлургического комплекса.

В настоящее время тщательно разрабатываются прогрессивные физические и математические теории для описания металлургических процессов. Достаточно высокий уровень развитая электронно-вычислительной техники позволяет провести, так называемый, «машинный эксперимент», который значительно ускоряет работы по решению производственных задач. Сегодня существует несколько фундаментальных теорий, которые рассматривают процесс затвердевания слитков в изложницах и при непрерывной разливке стали, адекватность которых была тщательно исследована на экспериментальных и производственных установках. Опираясь на методы математического и компьютерного моделирования, проводят исследования всех технологических процессов на любой т стадий мехт^ 7

Совместное использование математических, «компьютерных» моделей и методов, а также экспериментальных данных, полученных в условиях действующего производства, позволяет не только исследовать поведение объекта и его характеристик в процессе его обработки, но и выполнять прогнозирование и осуществить разработку параметров управления исследуемого процесса.

Проблема повышения качества и объема готовой продукций, получение энергосберегающих режимов производства является актуальной для любого промышленного предприятия страны. Для предприятий больших масштабов, реализующих свою продукцию в различные отрасли народного хозяйства, каким является ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «МУК»), задача экономии ресурсов и качества стоит наиболее остро. В связи с этим исследование процесса затвердевания непрерывнолитого слитка в условиях действующих машин непрерывного литья заготовок ОАО «ММК» и изучение влияния технологических параметров выплавки и непрерывной разливки стали нуждается в тщательном экспериментальном и теоретическом изучении и остается актуальным до настоящего времени.

4.5, Выводы по главе 4

В главе 4 выполнены

1) постановка задачи оптимизации для охлаждения непрерывнолитого слитка в условиях МНЛЗ;

2) разработана методика расчета, позволяющая получить режимы охлаждения непрерывнолитого слитка с минимальной возможной протяженностью, зоны столбчатых кристаллов;

3) выношен расчет режимов охлаждения непрерывнолитого слитка с использованием математической модели и экспериментальных данных, полученных ш условиях ОАО «ММК»;

Анализ подученных результатов позволяет сделать следующие вывода.

1) режимы охлаждения по действующей технологической инструкции ТИ 101 -СТ-КЩ-10-95 не позволяют выполнить разлйш^ сташ с заранее заданными структурой и температурой поверхности слитка;

2) действующие режимы ориентированы только на изменение скорости вытягивания слитка;

3) предлагаемые режимы охлаждения являются более гибкими ж позволяют не только получить слитки с заданной температурой поверхности, но и с заданной кристаллической структурой, которая, в свою очередь, определяет наличие внутренних дефектов.

4) для непрерывной разливки стали марки СтЗсп в слитки сечением 250x1250 мм могут быть даны следующие рекомендации: для получения минимального среднего балла внутренних дефектов слитка разливку желательно производить при скоростях от 0,5 до 0,7 мАмии и при доведении температуры поверхности до 1200 °С, начиная с пятой зоны вторичного охлаждения МНЛЗ, при этом достигается «мягкое» охлаждение слитка, но данный режим требует повышенных расходов вода относительно инструкции и увеличения времени на разливку каждой плавки; для высокоскоростных режимов разливки 0,9-1,2 м/мт следует выбирать режимы охлаждения, обеспечивающие температуру поверхности не ниже 1000 что приведет не только к экономии водных ресурсов, но и* к получению слитков со средним баллов дефектов ниже имеющихся на август 1996 года; все предлагаемые режимы требуют введения в активную эксплуатацию седьмой ш восьмой зон вторичного охлаждения машин непрерывного литья заготовок.

108