621.74.043 Математическое моделирование процесса перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе установке непрерывной разливки стали
Одиноков В. И. (ФГБОУ ВО «КнАГУ»), Евстигнеев А. И. (ФГБОУ ВО «КнАГУ»), Дмитриев Э. А. (ФГБОУ ВО «КнАГУ»), Карпенко В. А. (ФГБОУ ВО «КнАГУ»)
НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА, КРИСТАЛЛИЗАТОР, ГЛУХОДОННЫЙ СТАКАН, ПЕРЕМЕШИВАНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, АЛГОРИТМ, СКОРОСТИ ПОТОКОВ
doi: 10.18698/2309-3684-2023-3-1841
Экспериментальные исследования течения жидкого металла в кристаллизаторе УНРС являются продолжительным, сложным и трудоемким процессом. Поэтому все шире используется для этого математическое моделирование численными методами. Предложена новая технология разливки жидкого металла в кристаллизатор. Приведена оригинальная, запатентованная конструкция устройства, состоящая из прямоточного и вращающегося глуходонного стаканов. Представлены основные результаты исследований течения расплава в объеме кристаллизатора. Объектами исследований стали гидродинамические и тепловые потоки жидкого металла нового процесса разливки стали в кристаллизатор прямоугольного сечения УНРС, а результатом – пространственная математическая модель, описывающая потоки и температуры жидкого металла в кристаллизаторе. Для моделирования процессов, протекающих при течении металла в кристаллизаторе, использован специально созданный программный комплекс. В основу теоретических расчетов положены основополагающие уравнения гидродинамики, уравнения математической физики (уравнение теплопроводности с учетом массопереноса) и апробированный численный метод. Исследуемую область разбивали на элементы конечных размеров, для каждого элемента записывали в разностном виде полученную систему уравнений. Результат решения – поля скоростей и температур потока металла в объеме кристаллизатора. По разработанным численным схемам и алгоритмам составлена программа расчета. Приведен пример расчета разливки стали в кристаллизатор прямоугольного сечения, схемы потоков жидкого металла по различным сечениям кристаллизатора. Наглядно представлены векторные потоки жидкого металла в различных сечениях кристаллизатора при различных числах оборотов рубашки с вертикальными ребрами. Выявлены области различной турбулентности. Оптимальным принимается режим перемешивания при n = 30 об/мин. При n = 50 об/мин наблюдается выброс жидкого металла в шлаковую ванну.
Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Смирнов А.И. Производство стали. Т.4. Непрерывная разливка металла. Москва, Теплотехник, 2008, 528 с.
Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. Москва, Металлургия, 1976, 552 с.
Intern. Symposium on Electromagnetic Processing of Materials. October 25–28, 1994. Nagoya, Japan: ISIJ, 1994, 580 p.
Шахов С.И., Смоляков А.С., Рогачиков Ю.М. Работа по применению электромагнитного перемешивания при непрерывной разливке стали. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации, 2015, №10, с. 79-84.
Dauby P., Kunstreich S. Application of micro-refrigerators as the active element on the crystallization of metall. ISS Tech., 2003, pp. 491–504.
Стулов В.В., Матысик В.А., Новиков Т.В., Щербаков С.В., Чистяков И.В., Плотников А.П. Разработка нового способа разливки слябовых заготовок на МЛНЗ. Владивосток, Дальнаука, 2008, 156 с.
Пат. 196254 Российская Федерация, B22D 11/114; B22D 41/62. Устройство для подачи жидкого металла в вертикальный кристаллизатор УНРС через погружной прямоточный стакан / Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А. ‒ № 2021103305; заявл. 12.03.2018; опубл. 21.02.2020, 7 c.
Ho K., Pehlke R. Modelling of steel solidification using the general finite difference method. 5th International Iron and Steel Congress Procedure. 6th Process Technology Conference (April 6–9, 1986). Warrendale, 1986, vol. 6, pp. 853–866.
Kohn A., Morillon Y. Etnde mathematique de la solidification des lingots en aciermi-dur. Revue de Metallurgie, 1966, vol. 63, no. 10, pp. 779–790.
Mizikar E. Mathematical heat transfer model for solidification of continuons cast steel slabs. Transactions of the Metallurgical Soliety of AIME, 1967, vol. 239, no. 11, art. 1747.
Szekely J., Stanek V. On heat transfer and liquid mixing in the continuous casting of steel. Metallurgical Transactions, 1970, vol. 1, no. 1, pp. 119-126.
Larreq M., Sagues C., Wanin M. Vodele mathematique de la solidification eu coulee continue tenant compte de la convection al`interface solide-liquide. Revue de Metallurgie, 1978, vol. 75, no. 6, no. 337–352.
Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И., Кузнецов С.А., Горнаков А.И. Совершенствование устройств по заполнению кристаллизатора УНРС жидким металлом. Металлург, 2021, № 4, с. 33-35.
Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., Численное моделирование процесса заполнения металла кристаллизатора с отражателем УНРС. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2019, № 10, с. 747-755.
Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И. Математическое моделирование процесса течения металла в кристаллизаторе при его подаче из погружного стакана с эксцентричными отверстиями. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2018, № 8, с. 606-612.
Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И. Численное моделирование процесса заполнения металла кристаллизатора УНРС. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 2017, №6, с. 493-498.
Пат. 2764446 Российская Федерация, B22D 11/114; B22D 41/62. Устройство для подачи и перемешивания стали в кристаллизаторе установки непрерывной разливки / Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., Александров А.Ю., Карпенко В.А. ‒ № 2021114411; заявл. 20.05.2021; опубл. 17.01.2022, 7 с.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Учебник для вузов. 7-е изд., испр. Москва, Дрофа, 2003, 840 с.
Димитриенко Ю.И. Нелинейная механика сплошной среды. Москва, Физматлит, 2009, 610 с.
Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., Потянихин Д.А., Лошманов А.Ю., Квашнин А.Е. Математическое моделирование процесса деформации металла на литейно-ковочном модуле с измененным приводом боковых бойков. Математическое моделирование и численные методы. 2021, №3, с. 3-23.
Дмитриев Э.А., Потянихин Д.А., Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Лошманов А.Ю., Квашнин А.Е. Моделирование поля температур при получении металлоизделий на литейно-ковочном модуле новой модификации. Математическое моделирование и численные методы, 2022, № 2, с. 63-77.
Одиноков В.И., Севастьянов Г.М., Сапченко И.Г. Эволюция напряженного состояния керамической формы при нестандартном внешнем тепловом воздействии. Математическое моделирование, 2010, т. 22, №11, с. 97-108.
Одиноков В.И., Прокудин А.Н. Моделирование процесса разрушения ледяных заторов. Прикладная механика и техническая физика, 2010, т. 51, № 1, с. 110 – 116.
Евстигнеев А.И., Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Свиридов А.В., Иванкова Е.П., Влияние внешнего теплового воздействия на напряженное состояние оболочковых форм по выплавляемым моделям. Математическое моделирование, 2021, т. 33, № 1, с. 63 – 76.
Одиноков В.И., Каплунов Б.Г., Песков А.В., Баков А.В. Математическое моделирование сложных технологических процессов. Москва, Наука, 2008, 176 с
Одиноков В.И., Евстигнеев А.И., Дмитриев Э.А., Карпенко В.А. Математическое моделирование процесса перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе установке непрерывной разливки стали. Математическое моделирование и численные методы, 2023, № 3, с. 18–41.
Скачать статью
Количество скачиваний: 56