Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 3.3

Исследование особенностей работы промковшей с металлоприемниками на физических моделях

Работа промковша многоручьевой сортовой МНЛЗ в плане обеспечения разливки сверхдлинными сериями невозможна без применения специальных устройств, оказывающих влияние на гидродинамическую картину в жидкой ванне промковше.

При разработке конфигурации металлоприемника рекомендуется принимать во внимание следующие технологические соображения относительно его конструкции [71, 75, 257, 258]:

  • обеспечение торможения падающей из сталеразливочного ковша струи и снижение турбулентности потоков, вызванных ее падением;
  • уменьшение интенсивности турбулентного перемешивания металла с покровным шлаком и предотвращение интенсивного перемешивания металла и шлака у стен промковша в зоне падения струи;
  • положение и конфигурация окон металлоприемника, которые должны обеспечивать направленное движение однородных циркуляционных потоков в направлении торцевых стенок промковша (то есть, отверстий крайних ручьев) и предотвращать прямое попадание порций металла из сталеразливочного ковша в стаканы-дозаторы средних ручьев;
  • достаточный запас прочности, обеспечивающий стойкость всей системы в целом.

Реализация вышеперечисленных функций может быть достигнута при использовании металлоприемника так называемой «ведрообразной» формы с боковыми окнами для направленного истечения стали (рисунок 3.7).

Установка металлоприемника ведрообразного типа в промковше шестиручьевой сортовой МНЛЗ

Рисунок 3.7 – Установка металлоприемника ведрообразного типа в промковше шестиручьевой сортовой МНЛЗ: 1 – кожух промковша; 2 – стакан-дозатор; 3 – металлоприемник; 4 – торкрет-слой; 5 – рабочий слой

Эффективность применения металлоприемников такой геометрической формы во многом зависит от его геометрических размеров и расположения применительно к конкретному промковшу и параметрам разливки.

Для проведения исследований были выбраны три основные схемы разливки в промковше: разливка без металлоприемника; разливка с металлоприемником типа «турбостоп» конструкции фирмы «Foseco»; разливка с металлоприемником ведрообразной формы (конструкция фирмы «Calderys»). Как видно из приведенных кинограмм (рисунок 3.8-3.10), характер движения потоков жидкости в промковше без металлоприемника, с металлоприемником типа «турбостоп» и при использовании металлоприемника ведрообразной формы существенным образом отличаются.

Главным отличием при этом является распространение потоков вдоль зеркала к крайним ручьям, а затем вдоль днища к центральным ручьям. Такая схема движения потоков обеспечивает более равномерное распределение горячих порций металла по ручьям МНЛЗ. Более того, горячие порции металла, перемещаясь к углам промковша, обеспечивают подогрев удаленных областей жидкой ванны. Продвижение горячих порций металла к крайним ручьям в металлоприемнике ведрообразной формы происходит в 1,5-2,0 раза быстрее, чем без металлоприемника и с металлоприемником типа «турбостоп». Еще одним преимуществом металлоприемника ведрообразной конструкции является направленное движение потоков вдоль боковых стенок промковша без соприкосновения с ними. Это способствует уменьшению эрозии торкрет-слоя и повышению длительности работы промковша.

В результате выполненных визуальных наблюдений также установлено, что при определенных размерах и конфигурации ведрообразного металлоприемника могут быть созданы такие условия, которые будут ограничивать турбулентное перемешивание металла с покровным шлаком зоной выхода из металлоприемника (рисунок 3.11).

Установлено, что при определенном расположении струи жидкости и выходных окон друг относительно друга может наблюдаться вихревая турбулизация в областях, прилегающих к окнам металлоприемника с внешней стороны. Наличие таких областей следует рассматривать как негативное явление, приводящее к ускоренному разрушению огнеупоров промковша и металлоприемника.

Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке без металлоприемника

Рисунок 3.8 – Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке без металлоприемника

Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке с металлоприемником типа турбостоп конструкции фирмы Foseco

Рисунок 3.9 – Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке с металлоприемником типа «турбостоп» конструкции фирмы «Foseco»

Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке с металлоприемником конструкции фирмы Calderys

Рисунок 3.10 – Динамика распространения подкрашенных потоков жидкости при разливке с металлоприемником конструкции фирмы «Calderys»

Состояние поверхности жидкости в металлоприемнике ведрообразного типа в ходе разливки

Рисунок 3.11 – Состояние поверхности жидкости в металлоприемнике ведрообразного типа в ходе разливки (вид сверху на физической модели)

На распространение потоков в жидкой ванне промковша существенное влияние оказывают также положение окон металлоприемника относительно поперечного сечения промковша, а также конфигурация их сечения. В целом же, как видно из рисунка 3.12, рациональная конфигурация металлоприемника может обеспечить движение потоков жидкости параллельно длинным стенкам промковша.

При этом вытекающие из промковша конвективные потоки первоначально движутся вдоль зеркала жидкости и попадают в периферийную зону объема жидкости, где располагаются стаканы-дозаторы крайних ручьев многоручьевой МНЛЗ. Затем потоки жидкости постепенно изменяют направление движения на преимущественно нисходящие к днищу потоки, которые продолжают движение, как к крайним, так и к средним стаканам-дозаторам.

Фактически представленная схема движения потоков характеризуется отсутствием зон критической турбулентности (в том числе и у поверхности раздела шлак-металл), а также «мертвых» зон, которые слабо вовлекаются в перемешивание. Это особенно важно в случае разливки металла сверхдлинными сериями в плане обеспечения стабильности процесса литья. При этом рассмотренная картина движения конвективных потоков в основном сохраняется при падении уровня жидкости в промковше не более чем на 35-40%.

Схема основных этапов перемешивания жидкого расплава при использовании металлоприемника ведрообразной формы

Рисунок 3.12 – Схема основных этапов перемешивания жидкого расплава при использовании металлоприемника ведрообразной формы

Существенным ограничением длительности работы футеровки промковша может служить частичное разрушение стенок металлоприемника в силу того, что они подвергаются следующим нагрузкам в течение длительного периода времени: химическая эрозия; механическое разрушение; гидродинамическое воздействие. Запас прочности металлоприемника при разливке сверхдлинных серий является одним из основных параметров при проектировании его конструкции. Находясь в агрессивной среде жидкого металла в течении длительного промежутка времени (более 30-35 ч), металлоприемник подвергается значительным тепловым и статическим нагрузкам. При этом неравномерный износ его стенок, днища и выпускных отверстий может существенно изменить гидродинамику ванны промежуточного ковша.

Для идентификации динамики износа металлоприемника была создана физическая модель металлоприемника фирмы «Calderys» (рисунок 1.9 б) в масштабе 1:3. При этом модель металлоприемника была изготовлена из инверсного сахара, что обеспечивает его медленное растворение в зонах повышенной турбулентности. Длительность каждого эксперимента по оценке износа ведрообразного металлоприемника составляла 8 ч. При этом через каждые два часа производилась остановка физического моделирования с полным выпуском рабочей жидкости для идентификации эрозии металлоприемника и фиксирования результатов на фотокамеру (рисунок 3.13).

Основные этапы размывания металлоприемника в ходе его эксплуатации

Рисунок 3.13 – Основные этапы размывания металлоприемника в ходе его эксплуатации: а) 2 ч; б) 4 ч; в) 6 ч; г) 8 ч

В ходе моделирования установлено, что определенные области металлоприемника изнашиваются значительно интенсивнее, чем другие. Обобщение характера износа различных частей ведрообразного металлоприемника выполнено на рисунках 3.14-3.17, где представлены топографии, полученные на основании замеров, выполненных по ходу экспериментов. Как видно из приведенных фотографий (и кинограмм), наиболее подвержено износу днище металлоприемника. Это свидетельствует о том, что струя, падающая из сталеразливочного ковша, проникает до днища металлоприемника. Размывание днища металлоприемника представляется весьма опасным явлением, поскольку может в дальнейшем приводить к разрушению футеровки промковша.

Топография износа днища металлоприемника в ходе имитации его работы

Рисунок 3.14 – Топография износа днища металлоприемника в ходе имитации его работы: а) исходное состояние; б) 1 ч; в) 2 ч; г) 4 ч; д) 6 ч; е) 8 ч

Повышенный износ наблюдается также и в области сливных отверстий металлоприемника (нижняя часть). Скорость износа при этом в 2-3 раза меньше, чем при износе днища металлоприемника (рисунок 3.15).

Топография износа задней дельты металлоприемника в ходе имитации его работы

Рисунок 3.15 – Топография износа задней дельты металлоприемника в ходе имитации его работы: а) исходное состояние; б) 1 ч; в) 2 ч; г) 4 ч; д) 6 ч; е) 8 ч

Топография износа передней дельты металлоприемника в ходе имитации его работы

Рисунок 3.16 – Топография износа передней дельты металлоприемника в ходе имитации его работы: а) исходное состояние; б) 1 ч; в) 2 ч; г) 4 ч; д) 6 ч; е) 8 ч

Третьей зоной повышенного износа в металлоприемнике является пояс, расположенный непосредственно между выходными окнами (рисунок 3.16-3.17). В соответствии с гидродинамической картиной распределения циркуляционных потоков эта зона износа соответствует движению восходящих потоков, которые формируются при отражении струи от днища.

Топография износа боковой стенки металлоприемника в ходе имитации его работы

Рисунок 3.17 – Топография износа боковой стенки металлоприемника в ходе имитации его работы: а) исходное состояние; б) 1 ч; в) 2 ч; г) 4 ч; д) 6 ч; е) 8 ч

Таким образом, выполненные на физической модели исследования показывают, что при разработке металлоприемника ведрообразного типа для разливки сверхдлинными сериями на сортовых МНЛЗ необходимо учитывать повышенный износ его днища и стенок (в нижней части). Представляется целесообразным обеспечивать такой диаметр внутренней полости металлоприемника и наклон его боковых стенок, при котором восходящие потоки сталкивались бы с падающей струей и тормозили ее движение. Более точные технические и конструктивные решения применительно к конкретным условиям разливки получаются с помощью методов математического моделирования.

  Раздел 3.3
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ