Технические науки/ 1. Металлургия


Д.т.н. Гресс, ассистент Стороженко С.А.

Днепродзержинский государственный технический университет, Украина

К вопросу совершенствования технологии обработки металла в литейных ковшах


      В условиях  посткризисного  периода  мировая  экономика,  в том  числе  и украинская, переживает сложнейшие времена. Наиболее глубоко экономические по­трясения   затронули такую важнейшую отрасль экономики Украины, как ме-

талургия. Поэтому на современном этапе развития металлургии, в частности  литей­ного производства, особенно актуальным становится вопрос повышения конку­рентоспособности литой продукции. Решение этого вопроса напрямую связано с повышением качества подготовленного к разливке металла на фоне снижения ма­териальных и энергетических затрат. Это возможно посредством создания и со­вершенствования технологий и конструкций соответствующих металлургических агрегатов, направленных на повышение качества литья, и, в частности, связанных с использование современных методов внепечной обработки литейных расплавов.

Следует сказать, что научных работ в этом направлении известно немало. К основным работам этого направления можно отнести [1-3]. Но, как правило, боль­шинство подобных работ связано с исследованием тепло- и массообменных про­цессов в ковшах большой вместимости. Литейные же ковши малой и средней вместимости (далее - литейные ковши) сейчас используются, в основном, в каче­стве емкостей для транспортировки металла к месту разливки и не являются, по мнению некоторых ученых, объектом исследований.

Причиной слабого использования литейных ковшей как самостоятельных металлургических агрегатов для дополнительной обработки металла, по нашему мнению, является не учет многих факторов, предопределяющих специфику экс­плуатации литейных ковшей. В отличие от ковшей большой вместимости, литей­ные ковши, ввиду их относительно небольших размеров, обладают рядом недос­татков. Недостатки связаны, главным образом, с высокой скоростью остывания металла в литейных ковшах и невысокой скоростью естественных конвективных потоков жидкости. Все это, в совокупности, предполагает невозможность прове­дения в таких ковшах дополнительных операций по раскислению, легированию, модифицированию и рафинированию металла от неметаллических включений (НВ). Таким образом, актуальность исследований тепло- и массообменных про­цессов в литейных ковшах с целью разработки и совершенствования технологий и конструкций соответствующих металлургических агрегатов, обеспечивающих по­вышение качества литья на фоне снижения материальных и энергетических за­трат, является очевидной. Знание закономерностей процессов, протекающих при внепечной обработке металла в литейных ковшах, позволит поднять на новый уровень управление качеством металлопродукции.

Решение задачи возможно на основе исследований и анализа гидродинами­ки, тепло- и массообмена жидкого металла в процессе ковшовой обработки ме­талла, создания сопряженных математических моделей для моделирования влия­ния технологических факторов и разработки технологических приемов подготов­ки выплавленного металла к разливке и должно носить комплексный характер, объединяя представления ряда смежных научных дисциплин - гидродинамики, теории фазовых переходов и теплотехники.

Таким образом, целью настоящей работы является разработка научно-обоснованной ресурсо- и энергосберегающей технологии обработки металла в ли­тейных ковшах с получением жидкого металла с заданными потребительскими свойствами на основе исследования и анализа гидродинамики, тепло- и массооб­мена жидкого металла в процессе внепечной обработки, создания сопряженных математических моделей для моделирования влияния технологических факторов и разработки технологических приемов подготовки выплавленного металла к раз­ливке.

Для решения поставленной задачи следует:

1.  Исследовать гидродинамические и тепломассообменные процессы при внепечной обработке металла в литейных ковшах.

2.          Определить способы и режимы обработки жидкой ванны, обеспечи­вающие интенсивное и равномерное усвоение в объеме ковша рафини­рующих, модифицирующих, легирующих добавок и раскислителей.

3.          Определить способы и режимы обработки жидкой ванны, обеспечи­вающие интенсивное удаление НВ.

Наиболее распространенным методом обработки расплавов в ковшах явля­ется принудительное перемешивание посредством продувки (в том числе пульси­рующей) металла в ковше инертными газами с одновременным вводом необходи­мых реагентов. Эффективность гомогенизации расплава определяется числом и местом расположения продувочных устройств, интенсивностью продувки, конст­рукцией продувочных узлов, характером подачи газа, конструкцией ковша и т.п.

Одним из наиболее современных способов очищения металла от НВ являет­ся использование фильтрующих перегородок, расположенных определенным об­разом в полости металлургических агрегатов. Как правило, такие устройства ис­пользуются при непрерывной разливке стали и устанавливаются в промежуточ­ных ковшах на пути следования металла от места его приема из стальковша до сталеразливочных стаканов. Установка специальным образом подобных уст­ройств в литейных ковшах, на наш взгляд, существенно снизит материальные и энергетические затраты, связанные с использованием фильтрующих элементов непосредственно возле отливок при одновременном улучшении качества жидкого металла. Причем устройство фильтрующих перегородок в литейных ковшах должно существенно отличаться от существующих конструкций, поскольку, как уже ранее говорилось, имеются значительные отличия в гидродинамической и те­пловой работе литейных ковшей в сравнении с промежуточными ковшами МНЛЗ. Поэтому при решении поставленной задачи должны быть использованы со­временные расчетные и экспериментальные методы исследования, позволяющие установить закономерности тепломассообменных процессов, сопровождающих ковшовую обработку металла, включая математическое моделирование (числен­ный эксперимент), физическое моделирование с использованием соответствую­щих критериев подобия, методы активного эксперимента.

 

Литература:
1. Огурцов А.П. Непрерывное литье стали/ Огурцов А.П., Гресс А.В.-Днепропетровск: Системные технологии, 2002. – 675 с.
2. Еронько С.П. Физическое моделирование процессов снепечной обработки и разливки стали/ С.П. Еронько, С.В. Быковских.-К.: Техника, 1998.-136 с.
3. Яковлев Ю.Н. Моделирование сталеплавильных процессов. Учебн. пособие.- Днепропетровск: НМетАУ, 2006.-36 с.