Технология разливки стали в изложницы, нагрев слитков в печах перед обработкой металла давлением. Определение теплового состояния слитка в изложнице, термостате, печи и на воздухе. Использование расчетной программы на языке Visual Basic, её структура.
Аннотация к работе
Машины непрерывного литья заготовок более распространены в промышленности по сравнению с разливкой стали в изложницы. В среднем в мире свыше 75% всей производимой стали разливается на установках непрерывной разливки, причем в таких странах как Япония, Франция, Италия, Испания, США, Великобритания, Южная Корея, непрерывным способом производится свыше 90% стали. При существующей технологии затвердевания, охлаждения и нагрева крупных слитков в изложницах теряется большое количество теплоты жидкого металла, и при помещении слитка в печь требуется много времени (180 мин), чтобы произвести качественный нагрев слитка перед ковкой.Фирма Kawasaki предложила компоновку литейно-прокатного комплекса, состоящего из двух МНЛЗ и широкополосного стана горячей прокатки, черновая и чистовая группы которого расположены параллельно.[2] Предложен оригинальный литейно-прокатный комплекс, включающий МНЛЗ 1, способную одновременно выдавать в горизонтальном направлении два тонких сляба. В США также практикуется разливка стали под регулируемым (низким) давлением, что позволяет исключить стадию производства слитков и получить полупродукт в виде заготовок (сляб, блюм и др.) для прокатки. В России, получение слитков способом разливки стали в изложницы составляет 25-30%. Организация и технология разливки стали в изложницы различаются в зависимости от работы сталеразливочных кранов, расположения изложниц в процессе разливки и условий работы в литейных пролетах сталеплавильных цехов. В современных сталеплавильных цехах с высокопроизводительными сталеплавильными агрегатами составы с изложницами для разливки стали готовят в отделениях или цехах подготовки составов и по железнодорожным путям подают в разливочный пролет к оборудованным разливочным площадкам.Изложницы классифицируют на несколько самостоятельных групп: а) по геометрической форме сечения слитка: квадратные; прямоугольные; круглые; многогранные; плоские; Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали - в слитки массой 0,5 - 7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей - в слитки до нескольких килограммов, для нужд тяжелого и энергетического машиностроения сталь разливают в слитки до 400 тонн. При этом изложницы, используемые для разливки кипящих и полуспокойных сталей, выполняются уширенными к низу, а спокойных сталей - уширенными к верху. Такие изложницы уширены к верху и имеют в дне отверстие для установки стальной пробки (при разливке сверху) или шамотного стаканчика (при разливке сифоном). При разливке сверху сталь непосредственно из ковша поступает в изложницы, устанавливаемые на чугунных плитах - поддонах.Нагревательными печами называют печи, в которых осуществляется, нагрев металла перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой).[13] В качестве источника энергии используется электричество, мазут или природный газ. В зависимости от метода загрузки заготовок, печи бывают периодические (садочные) и непрерывные (проходные). Печи с постоянной температурой работают на природном газе или мазуте и используются для одновременного нагрева нескольких заготовок, при этом загружать и выгружать их можно по отдельности. После печи слиток «дорабатывают» - проводят операции обжима и ковки. Термостат со слитком Р-4,5 транспортируют к нагревательной печи камерного типа, слиток вынимают из термостата и помещают в печь.В главе 1 описаны способы разливки стали как в России, так и за рубежом, приведена классификация и описание изложниц, применяемых для разливки сталей. Описаны способы разливки стали в изложницы и приведен их сравнительный анализ. Приведена классификация и описание нагревательных печей, методы обработки слитка после нагрева в печи. Далее описан существующий технологический процесс на ОАО «Русполимет» приведены конструктивные особенности изложницы, слитка, термостата, нагревательной печи, проведен анализ существующего технологического процесса, обозначены проблемы, цели и пути усовершенствования существующего технологического процесса. При существующей технологии затвердевания, охлаждения и нагрева крупных слитков в изложницах теряется большое количество теплоты жидкого металла, и при помещении слитка в печь требуется много времени (180 мин), чтобы произвести качественный нагрев слитка перед ковкой.Происходит внешний теплообмен со стенкой изложницы, поддоном и окружающей средой, и внутренний теплообмен внутри стали, в результате чего жидкая сталь затвердевает и превращается в слиток. Процесс затвердевания слитка в изложнице рассчитывается на основе квазиравновесной теории затвердевания, разработанной во ВНИИМТ [19]. с, r, l - теплоемкость, плотность и коэффициент теплопроводности металла, зависящие от температуры; Коэффициент теплопроводности стали l задается в зависимости от температуры: l = l(t). Дифференциальное уравнение, описывающее температурное поле цилиндрической изложницы, имеет вид: (13) где ти = ти (r, z, t) - нестационарное температурное поле изложницы, изменяющееся по радиусу и высоте изложниц
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Способы разливки стали и их сравнительный анализ
1.2 Технология разливки стали в изложницы
1.3 Нагрев слитков в печах перед обработкой металла давлением
1.4 Технология получения и нагрева стальных слитков на ОАО «Русполимет»
Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СЛИТКА В ИЗЛОЖНИЦЕ, ТЕРМОСТАТЕ, ПЕЧИ И НА ВОЗДУХЕ
2.1 Математическая модель затвердевания слитка в изложнице
2.2 Математическая модель охлаждения слитка на воздухе
2.3 Математическая модель охлаждения слитка в термостате
2.4 Математическая модель нагрева слитка в печи
Выводы по главе
3. РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ, ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ
3.1 Разработка системы конечно-разностных уравнений
3.2 Тестирование конечно-разностной схемы
3.3 Структура компьютерной программы
3.4 Расчетная программа на языке Visual Basic. Примеры расчетов затвердевания, охлаждения и нагрева слитка
Выводы по главе
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
5. МЕРЫ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Текст компьютерной программы для расчета слитка Р-4,5т 98
Вывод
В главе 1 описаны способы разливки стали как в России, так и за рубежом, приведена классификация и описание изложниц, применяемых для разливки сталей. Описаны способы разливки стали в изложницы и приведен их сравнительный анализ. Приведена классификация и описание нагревательных печей, методы обработки слитка после нагрева в печи.
Далее описан существующий технологический процесс на ОАО «Русполимет» приведены конструктивные особенности изложницы, слитка, термостата, нагревательной печи, проведен анализ существующего технологического процесса, обозначены проблемы, цели и пути усовершенствования существующего технологического процесса.
При существующей технологии затвердевания, охлаждения и нагрева крупных слитков в изложницах теряется большое количество теплоты жидкого металла, и при помещении слитка в печь требуется много времени (180 мин), чтобы произвести качественный нагрев слитка перед ковкой. Нерациональное распределение времени выдержки слитка в этапах «изложница - воздух - термостат - воздух - печь» является основной проблемой, на которую необходимо обратить внимание.
Потери на начальном этапе (в изложнице) влекут за собой потери на следующих этапах, а именно: нерациональное использование теплоты печи, повышаются денежные затраты на топливо, низкая производительность печи.
Разливка стали в изложницы, и ее затвердевание являются важнейшими этапами при получении качественного слитка.
Целью диссертационной работы является исследование и совершенствование процессов затвердевания, охлаждения и нагрева слитка марки стали 20Х13 (ГОСТ 4543), отливаемой в изложницу Р-4,5, минимизация вышеперечисленных потерь.
Задача - ускорение и оптимизация временных затрат для реализации процесса «затвердевание-охлаждение- нагрев слитка», как следствие- повышение производительности нагревательной печи, снижение затрат энергии на нагрев слитка.
Сокращение времени пребывания слитка в изложнице и извлечение его не полностью затвердевшего позволит значительно ускорить процесс нагрева слитка в печи и, тем самым, увеличить производительность печи.
Для выбора оптимального варианта временного промежутка затвердевания-охлаждения- нагрева слитка, необходимо проводить опытные исследования либо численно решать сложную систему дифференциальных уравнений для температурного поля цилиндрической изложницы, поддона и т.д. описать все периоды процесса.
Опытные исследования на реальном объекте проводить дорого, сложно, долго, и перебрать все возможные варианты опытным путем трудоемко.
Для решения обозначенной проблемы предложено разработать математическую модель процессов затвердевания, охлаждения и нагрева и написать численную программу для расчета, в которой необходимо посчитать температурное поле слитка, стенки изложницы, поддона, стенки термостата при соответствующих геометрических, физических, начальных и граничных условиях. После расчета необходимо выбрать оптимальный режим охлаждения- нагрева слитка. ГЛАВА