Підвищення якості поверхні слябів із тріщиночутливих марок сталей - Автореферат

Формування безперервно-литих злитків є складним і багатофакторним процесом, тому при розливанні тріщиночутливих марок сталей проблема усунення поверхневих тріщин залишається актуальною. Конусність кристалізатора надає значний вплив на якість поверхні злитків і є легко регульованим параметром, тому доцільно приділити особливу увагу цьому технологічному параметру процесу безперервного розливання. Дослідження є частиною науково-дослідних робіт з ВАТ «МК «Азовсталь» «Розробка і впровадження комплексу заходів щодо зниження осьової ліквації і частоти прояву поверхневих дефектів в безперервно-литому металі» (0106U006215), «Розробка і впровадження технології виплавки і безперервного розливання низьколегованих сталей з вмістом ніобію, що запобігають появі поверхневих дефектів прокату» (0108U003717). Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні наукові задачі: - розробити методику розрахунку процесу формування та усадки безперервно-литих заготовок за різних технологічних і конструкційних параметрів МБЛЗ, яка б адекватно описувала фізичну сутність процесу по всій металургійній довжині МБЛЗ; розробити методику контролю теплового стану поверхні безперервно-литих заготовок в ЗВО, яка дозволяє визначати розподіл температури по ширині поверхні злитка;Для опису розподілу води на ділянці дії факела форсунки в даному дисертаційному дослідженні використовується рівняння нормального розподілу із введеним до нього показником прямокутності, що дозволяє коректувати розподіл щільності зрошування: де g(x,y) - щільність зрошування в заданій точці поверхні, м3/м2·ч; q - коефіцієнт пропорційності, м3/м2·ч; h - висота розташування форсунки, м; ?, ? - кути розкриття форсунки, град; n - показник прямокутності; а - припустима похибка. Для визначення умов екранування запропоновано рівняння визначення відстані від поверхні сляба до форсунки, за якої струмені суміші торкаються поверхні ролика. hn = Rr (lr /cos(? )-Rr) / sin(?)-lr · tg(?), (2) де hn - відстань від поверхні сляба до форсунки, м; Rr - радіус ролика, м; lr - половина відстані між роликами, м; ? - кут розкриття факела форсунки по малій осі, град. В результаті для отримання значення довжин зон стікаючої води (шириною зони є ширина сляба) застосовуються рівняння: XR = Rr/cos(?)·(1-sin(?)), (3) xr = Rr/cos(?)·(1 sin(?), (4) де xr - довжина контакту сляба і води, яка натікає по малому радіусу, м; XR - довжина контакту сляба і води по великому радіусу, м; ? - кут нахилу поверхні сляба до вертикальної осі в місці контакту ролика, град. Спираючись на проведений аналіз можна стверджувати, що розроблена математична модель з достатньою точністю описує процеси формування безперервно-литих слябів в кристалізаторі МБЛЗ і може бути використана для дослідження впливу технологічних параметрів на процес формування злитків з метою підвищення їх якості. 2(а)) конусності вузьких граней кристалізатора відбувається процес вільної усадки сляба без впливу стінок кристалізатора на кірку сляба, що формується.В дисертаційній роботі представлені нові науково-обґрунтовані результати теоретичних і експериментальних досліджень, які розвязують конкретне наукове завдання - зменшення утворення тріщин на поверхні безперервно-литих слябів відливаних на криволінійних МБЛЗ і підвищення якості продукції, що має суттєве значення для металургії: 1. Встановлено, що одною з технологічних причин утворення тріщин на поверхні сляба є похибка при розрахунку конусності кристалізаторів МБЛЗ, повязана з тим, що не враховується вплив температурно-залежних параметрів сталі, окрім коефіцієнта лінійної усадки. На базі розробленої математичної моделі формування сляба в кристалізаторі МБЛЗ запропонована нова методика для визначення раціональної конусності кристалізатора, що забезпечує зменшення ураженості слябів поверхневими тріщинами. При дослідженні процесу усадки профілю сляба встановлено, що найбільший вплив на значення раціональної конусності кристалізатора надає швидкість розливання сталі, вплив інших параметрів у декілька разів менше. Аналіз цієї залежності показав, що розливання сталей із вмістом вуглецю 0,1 - 0,17 % для слябів шириною більше 1250 мм протікає при занижених значеннях конусності кристалізаторів МБЛЗ від раціональних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Изучение распределения температуры по поверхности слябовой заготовки МНЛЗ с применением процесса обработки растрового изображения / А.В. Федосов, Е.А. Казачков, Е.А. Чичкарев // Металл и литье Украины № 11-12 2008 С.39-42

2. Метод определения температуры поверхности непрерывно-литой заготовки при помощи цифровой фотокамеры / Е.А. Казачков, А.В. Федосов, Е.А. Чичкарев и др. // Процессы Литья 2009 №1 С. 71 - 76

3. Федосов А.В., Казачков Е.А. Определение локальных коэффициентов теплоотдачи от поверхности слябовой заготовки МНЛЗ в зоне вторичного охлаждения / А.В. Федосов, Е.А. Казачков // Вісник Приазовського державного технічного університету № 18 2008 С. 44-49.

4. Математическое моделирование и оптимизация режимов вторичного охлаждения непрерывнолитых слябовых заготовок / Кислица В.В., Чичкарев Е.А., Федосов А.В. и др. // Вісник Приазовського державного технічного університету № 17 2007 С. 50-55.

5. А.И. Корниенко, Е.А. Казачков, А.В. Федосов Особенности процесса затвердевания и формирования структуры слябов крупного сечения отливаемых на криволинейной МНЛЗ // Вісник Приазовського державного технічного університету № 14 2004 С. 65-68

6. Федосов А.В. Оптимизация режимов вторичного охлаждения слябовых заготовок с учетом определения локальных коэффициентов теплоотдачи от поверхности сляба // Тезисы докл. 10-й научно-техн. конф. молодых специалистов «Азовсталь - 2008». -Мариуполь. -2008. -С.56.

7. Федосов А.В. Изучение распределения температуры по поверхности слябовой заготовки МНЛЗ с помощью процесса обработки растрового изображения // Сб. тезисов VIII международной научно-техн. конф. молодых специалистов ОАО «ММК им. Ильича». -Мариуполь. -2008. -С. 11-12.

8. Носоченко О.В., Кислица В.В., Чичкарев Е.А., Казачков Е.А., Федосов А.В. Математическое моделирование и статистический анализ формирования осевой неоднородности слябовых заготовок //Сб. трудов 3-й Международной научно-техн. конф. «Прогрессивные технологии в металлургии стали, XXI век» г. Донецк 2006 г., -С. 274-279.

9. Чичкарев Е.А., Федосов А.В., Назаренко Н.В. Оптимизация режимов вторичного охлаждения при непрерывном литье слябовых заготовок из ниобийсодержащих марок стали // Тезиси доп. Міждержавній науково-методичній конференції «Проблемы математического моделирования». - Днепродзержинск. -2008. -С.165 -167.

10. Корниенко А. И. Формирование структуры слябов крупного сечения, отливаемых на криволинейной МНЛЗ / А. И. Корниенко, Е. А. Казачков, А. В. Федосов // Современные проблемы теории и практики производства качественной стали: тезисы докл. Междунар. науч. конф., посвящ. 60-летию каф. "Теория металлургических процессов" и 75-летию ПГТУ, 8-10 сент. 2004 г. - Мариуполь, 2004. - С. 171-173.

11. Федосов А.В., Казачков Е.А., Чичкарев Е.А. Моделирование усадки профиля сляба с целью оптимизации конусности кристаллизатора и повышение качества поверхности непрерывнолитых слябов // Тезисы докл. Международной научно-техн. конф. «Университетская наука». -Мариуполь: ПГТУ. -2009. -С. 119.

12. Федосов А.В., Казачков Е.А., Чичкарев Е.А. Влияние условий вторичного охлаждения МНЛЗ на тепловое состояние поверхности слябовых заготовок // Тезисы докл. Международной научно-техн. конф. «Университетская наука». -Мариуполь: ПГТУ. -2009. -С. 120.

13. Федосов А. В. Определение локальных коэффициентов теплоотдачи от поверхности слябовой заготовки МНЛЗ в зоне вторичного охлаждения / А. В. Федосов, Е. А. Казачков // Университетская наука - 2008: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / ПГТУ. - Мариуполь, 2008. - Т. 1. - С. 219.

14. Бурлаков В.И. Влияние условий теплоотвода и состава стали на возникновение внутренних напряжений в процессе затвердевания слябовой заготовки непрерывной разливки / В. И. Бурлаков, А. В. Федосов // Университетская наука - 2008: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / ПГТУ. - Мариуполь, 2008. - Т. 1. - С. 220.

15. Статистический анализ условий формирования поверхностных дефектов на прокате ниобийсодержащих марок стали / Е. А. Чичкарев, А. В. Федосов, О.Б. Исаев, В.В. Кислица // Университетская наука - 2008: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / ПГТУ. - Мариуполь, 2008. - Т. 1. - С. 223.

16. Анализ и оптимизация режимов вторичного охлаждения непрерывнолитых слябовых заготовок / В. В. Кислица, О. Б. Исаев, Г. С. Филин, Е. А. Чичкарев, А. В. Федосов, Н. В. Назаренко // Университетская наука - 2007: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / ПГТУ. - Мариуполь, 2007. - Т. 1. - С. 106.

17. Казачков Е.А. Компьютерное моделирование процесса затвердевания слябов крупного сечения на МНЛЗ при асимметричном охлаждении в ЗВО / Е. А. Казачков, А. В. Федосов, А. И. Корниенко // XII региональная научно-техническая конференция "Университет городу", посвященная 75-летию ун-та: тезисы докладов / ПГТУ. - Мариуполь, 2005. - Т.1. - С. 78.

18. Федосов А. В. Особенности процесса затвердевания и формирования структуры слябов крупного сечения, отливаемых на криволинейных МНЛЗ / А. В. Федосов, Е. А. Казачков, А. И. Корниенко // XI региональная научно-техническая конференция: тезисы докладов / ПГТУ. - Мариуполь, 2004. - Т. 1. - С. 74.

19. Федосов А.В. Кинетика процесса затвердевания непрерывно-литого слитка в зоне вторичного охлаждения / А. В. Федосов, Е. А. Казачков // X региональная научная и научно-техническая конференция: тезисы докладов / ПГТУ. - Мариуполь, 2003. - Т. 2. - С. 52.

Основний внесок здобувача в опублікованих в співавторстві роботах: [1], [2], [7] - автором проведені теоретичні і експериментальні дослідження по розробці методики визначення температури металу за допомогою пристроїв з ПЗЗ матрицями. Запропоновано рівняння, що звязує значення відгуку ПЗЗ матриці з температурою металу. [3], [6], [12], [13] - запропоновані основні рівняння формування безперервно-литих злитків, що дозволяють удосконалити математичну модель, в умовах їх відливання на криволінійних МБЛЗ. На підставі моделювання запропоновано технологічне рішення по зміні орієнтації водоповітряних форсунок з метою поліпшення якості поверхні слябів. [11], [14], [17]-[19] автором розроблено програмне забезпечення для реалізації математичних моделей формування слябів при їх відливанні на криволінійних МБЛЗ. [4], [5], [8]- [10], [15], [16] - автором взято участь в проведенні теоретичних і статистичних досліджень.

Размещено на .ru

В дисертаційній роботі представлені нові науково-обґрунтовані результати теоретичних і експериментальних досліджень, які розвязують конкретне наукове завдання - зменшення утворення тріщин на поверхні безперервно-литих слябів відливаних на криволінійних МБЛЗ і підвищення якості продукції, що має суттєве значення для металургії: 1. Встановлено, що одною з технологічних причин утворення тріщин на поверхні сляба є похибка при розрахунку конусності кристалізаторів МБЛЗ, повязана з тим, що не враховується вплив температурно-залежних параметрів сталі, окрім коефіцієнта лінійної усадки.

2. На базі розробленої математичної моделі формування сляба в кристалізаторі МБЛЗ запропонована нова методика для визначення раціональної конусності кристалізатора, що забезпечує зменшення ураженості слябів поверхневими тріщинами. При дослідженні процесу усадки профілю сляба встановлено, що найбільший вплив на значення раціональної конусності кристалізатора надає швидкість розливання сталі, вплив інших параметрів у декілька разів менше.

3. Статистичною обробкою великого масиву плавок на ВАТ «МК «Азовсталь» встановлена залежність між значенням відношення конусності кристалізатора до ширини перетину безперервно-литого злитка і часткою зачищених слябів. Аналіз цієї залежності показав, що розливання сталей із вмістом вуглецю 0,1 - 0,17 % для слябів шириною більше 1250 мм протікає при занижених значеннях конусності кристалізаторів МБЛЗ від раціональних.

4. Шляхом експериментальних досліджень встановлено, що залежність значень вихідних параметрів цифрової фотокамери від температури візованого обєкту нелінійна. Для лінеаризації знайденої залежності запропонована формула коректування, що дозволило застосувати дані вихідних параметрів ПЗЗ матриць фотокамер для визначення температури металу.

5. Запропонована методика визначення теплового стану поверхні безперервно-литого злитка за допомогою цифрових камер з ПЗЗ матрицями, що включає алгоритми фільтрації даних від спотворень, внесених оксидною плівкою розташованою на вимірюваній поверхні.

6. За допомогою розробленої методики встановлений звязок між розташуванням форсунок в ЗВО МБЛЗ і розподілом температури по ширині сляба, а також ураженістю сляба окалиною. Також результати вимірів дозволили визначити розміри ділянок по краях сляба (13% від ширини сляба), що характеризуються різким падінням температури, активного охолоджування яких рекомендується уникати.

7. Розроблений метод розрахунку розподілу щільності зрошування по поверхні сляба в ЗВО з урахуванням конструктивних особливостей МБЛЗ (геометричного розташування форсунок, характеристик і просторової орієнтації водоповітряного факела), що дозволяє вивчати вплив цих особливостей на термонапружений стан безперервно-литої заготовки з метою зниження ураженості сляба поверхневими тріщинами.

8. На підставі вимірювання температури поверхні і чисельних розрахунків процесу формування безперервно-литої заготовки, визначені ділянки на лінії безперервного розливання сталі з найбільш несприятливими термонапруженими умовами охолоджування, що дозволило визначити вірогідні причини утворення поверхневих тріщин слябів відливаних із перитектичних марок сталей.

9. Запропоновано нове технологічне рішення питання про підвищення якості поверхні безперервно-литих слябів, яке полягає в розвороті форсунок ЗВО на кут 4 - 6 градусів, що дозволяє значно знизити величини термічної напруги на поверхні безперервно-литого сляба за рахунок раціональнішого розподілу охолоджуючої води в секціях ЗВО.

10. На підставі розроблених моделей і методів розрахунку складений пакет програм для ПЕОМ, за допомогою якого можливе проведення чисельних розрахунків з метою визначення раціональних технологічних і конструкційних параметрів слябових криволінійних МБЛЗ.

11. Впровадження в киснево-конвертерному цеху ВАТ «МК «Азовсталь» рекомендацій по регламентації конусності кристалізаторів МБЛЗ №3 і 5 для розливання перитектичних марок сталей, а також по раціональному розміщенню і орієнтації форсунок ЗВО МБЛЗ № 4, дозволило знизити ураженість слябів поверхневими дефектами і зменшити частку зачищених слябів на 26% щодо МБЛЗ №3 і №5 і на 15 % щодо МБЛЗ №4. Використання результатів, отриманих в дисертаційній роботі, також дозволяє знизити відсортування листів за поверхневими дефектам на 10% (від.) щодо слябів які відливають на МБЛЗ № 3,4 і 5, при цьому очікуваний економічний ефект склав 85,5 тис. грн./рік.