Санкт-Петербургский государственный технический университет

Санкт-Петербургский фонд содействия

развитию металлургического образования

 

 

 

 

 

ОТЧЁТ

по научно-исследовательской работе на тему

Компьютерное моделирование

технологического процесса заливки слитков

в водоохлаждаемые изложницы

средствами системы автоматизированного проектирования литейной технологии

“ P O L Y C A S T (СМП) ”

 

Руководитель работы:

профессор кафедры физико-химии

литейных сплавов и процессов СПбГТУ В.М. Голод

Ответственный исполнитель:

магистр техники и технологии Д.А. Луковников

Санкт-Петербург

2001 г.

 

 

1. Постановка задачи

 

Цель работы - исследование условий теплообмена в системе расплав – поддон – водоохлаждаемая изложница при изготовлении слитков массой 5 тонн для обеспечения безопасного режима заливки (рис.1).

 

В процессе заливки водоохлаждаемой изложницы сталью происходят взаимосвязанные процессы гидродинамики, теплообмена и затвердевания, совокупность которых определяет возможность образования или эрозии твёрдой корки. Для построения модели рассматриваемого процесса необходимо принять во внимание следующие явления:

Ш гидравлические процессы течения металла при опорожнении стопорного ковша и заполнении изложницы;

Ш гидродинамические процессы циркуляции расплава в изложнице;

Ш теплообмен стенки изложницы с водой, заполняющей охладительный бак, с интенсивным кипением и циркуляцией воды;

Ш теплообмен циркулирующего расплава со стенками водоохлаждаемой изложницы с охлаждением и затвердеванием металла в пристеночной зоне;

Ш образование газового зазора на границе металл-изложница в результате линейной усадки твёрдой корки;

Шэрозия образующейся твёрдой корки металла под действием потока циркулирующего расплава.

Для обеспечения безопасной заливки слитков необходимо выбрать такие параметры технологического режима, при которых процесс нарастания твёрдой корки слитка продолжается непрерывно, предохраняя стенку изложницы от непосредственного контакта с расплавом, чтобы под воздействием циркулирующего потока расплава не могло произойти эрозии корки и стенок изложницы. В связи с этим в работе необходимо было дать количественную оценку влияния таких технологических факторов, которые наиболее существенно воздействуют на процессы теплообмена и эрозии твердой корки:

• температура заливки и марка заливаемой стали;
• толщина стального поддона;
• толщина воздушного зазора между поддоном и днищем изложницы;
• начальный уровень металла в ковше;
• диаметр стопорного стакана;
• высота ковша над изложницей;
• использование промежуточной заливочной воронки;
• интенсивность циркуляции охлаждающей воды.

Важной особенностью рассматриваемой технологии является системная взаимосвязь перечисленных явлений, вследствие чего влияние каждого фактора необходимо рассматривать с учетом совокупного воздействия всего комплекса других факторов. Для решения подобной задачи была сформирована сложная многоуровневая численная модель технологического процесса, отражающая влияние весьма большого числа взаимосвязанных теплофизическим, гидродинамических, металлургических и технологических факторов в процессе заливки стали в изложницу.

Информационное обеспечение такой модели представляет значительные трудности в связи с отсутствием в литературе большого числа необходимых характеристик и невозможностью непосредственного наблюдения процесса и прямой оценки или измерения его цеховых параметров. В связи с этим было уделено значительное внимание выбору наиболее точных значений большинства характеристик, а в тех случаях, когда такой выбор был затруднен, принимались значения, при которых модель даёт не заниженную, а скорее несколько завышенную оценку эрозии твёрдой корки и позволяет дать некоторый запас надёжности при использовании результатов моделирования.