Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ
Методами математического и компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ перераспределения гидродинамических потоков расплава в кристаллизаторе МНЛЗ при изменении массовой скорости разливки стали и глубины погружения разливочного стакана с боковыми соплами, расположенными вдоль широкой г...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2011
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115990 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2011. — № 12. — С. 17-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-115990 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1159902017-04-18T03:02:30Z Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. Методами математического и компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ перераспределения гидродинамических потоков расплава в кристаллизаторе МНЛЗ при изменении массовой скорости разливки стали и глубины погружения разливочного стакана с боковыми соплами, расположенными вдоль широкой грани. Методами математичного та комп’ютерного моделювання проведено порівняльний аналіз розподілу гідродинамічних потоків в кристалізаторі МБЛЗ при зміні масової швидкості розливання сталі та глибини занурення розливного стакану з боковими соплами, що розташовані вздовж широкої грані. There is presented the comparative analysis of the distributing of hydrodynamic flow of the melt in the mould continuous casting machine at the change of mass rate of the casting and depth of submerging of casting glass with the lateral nozzles located along a wide verge by methods of mathematical and computer modeling. 2011 Article Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2011. — № 12. — С. 17-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115990 621.746.5:669.18.046 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Методами математического и компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ перераспределения гидродинамических потоков расплава в кристаллизаторе МНЛЗ при изменении массовой скорости разливки стали и глубины погружения разливочного стакана с боковыми соплами, расположенными вдоль широкой грани. |
| format |
Article |
| author |
Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. |
| spellingShingle |
Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ Металл и литье Украины |
| author_facet |
Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. |
| author_sort |
Тарасевич, Н.И. |
| title |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ |
| title_short |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ |
| title_full |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ |
| title_fullStr |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ |
| title_full_unstemmed |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ |
| title_sort |
влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе мнлз |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2011 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115990 |
| citation_txt |
Влияние интенсивности перемешивания расплава на гидродинамику жидкометаллической ванны в кристаллизаторе МНЛЗ / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2011. — № 12. — С. 17-20. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT tarasevični vliânieintensivnostiperemešivaniârasplavanagidrodinamikužidkometalličeskojvannyvkristallizatoremnlz AT kornieciv vliânieintensivnostiperemešivaniârasplavanagidrodinamikužidkometalličeskojvannyvkristallizatoremnlz AT tarasevičin vliânieintensivnostiperemešivaniârasplavanagidrodinamikužidkometalličeskojvannyvkristallizatoremnlz |
| first_indexed |
2025-07-08T09:44:10Z |
| last_indexed |
2025-07-08T09:44:10Z |
| _version_ |
1837071441667817472 |
| fulltext |
16 17МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’201116 17МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011
УДК 621.746.5:669.18.046
Н. И. Тарасевич, И. В. Корниец, И. Н. Тарасевич
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Влияние интенсивности перемешивания расплава
на гидродинамику жидкометаллической ванны
в кристаллизаторе МНЛЗ
Методами математического и компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ пере-
распределения гидродинамических потоков расплава в кристаллизаторе МНЛЗ при изменении массовой
скорости разливки стали и глубины погружения разливочного стакана с боковыми соплами, расположенны-
ми вдоль широкой грани.
Доля металла, который получают в машинах не-
прерывного литья заготовок, растет. Поэтому
вопросы, связанные с повышением качества
непрерывного слитка, являются актуальными.
Процессы разливки жидкого металла, поступа-
ющего из промежуточного ковша в кристаллизатор
машины непрерывного литья, оказывают существен-
ное влияние на удаление неметаллических включе-
ний, ликвацию элементов и, как следствие, на про-
цессы затвердевания жидкого металла. Характер
гидродинамических потоков жидкого металла в крис-
таллизаторе тесно связан с технологическими пара-
метрами разливки, геометрией слитка, величиной
заглубления погружного стакана, а также скоростью
истечения струи из него [1-4].
Проведенные исследования и литературные дан-
ные [5-8] показали, что струя жидкого металла, вы-
текающая из выходного отверстия разливочного
стакана, движется к стенке кристаллизатора, где
распадается на два контура циркуляции – верхний и
нижний. Верхний контур представляет собой восхо-
дящий поток расплава, который способствует всплы-
ванию неметаллических включений на поверхность
ванны жидкого металла. Нижний контур более вытя-
нутый по высоте слитка и его движение у изотермы
ликвидус направлено вниз, а в центральной части
образует восходящий поток расплава.
При непрерывной разливке стали через погруж-
ные стаканы перемещение жидкого металла обус-
ловлено двумя составляющими скорости: скорость
струи металла, поступающего из погружного стакана
в кристаллизатор, и скорость тепловой конвекции,
вызванная градиентом температур в металлической
ванне, а также выделением газов в процессе крис-
таллизации и пр. [14, 15].
Методами математического моделирования и вы-
числительного эксперимента с применением пакета
LVM Flow [12, 13] провели сравнительный анализ
распределения гидродинамических потоков распла-
ва в кристаллизаторе при разных массовой скорости
разливки стали и глубине погружения разливочно-
го стакана с боковыми соплами, расположенными
Ключевые слова: непрерывная разливка стали, кристаллизатор, разливочный стакан, гидродинамика, мас-
совая скорость
вдоль широкой грани. Для этого выполнили трех-
мерное моделирование процесса заливки стали в
кристаллизатор МНЛЗ. С целью исследования гид-
родинамики движения расплава в кристаллизаторе
выбрали центральное сечение вдоль широкой грани.
При получении заготовки сечением 300×1850 мм рас-
смотрели 3 варианта изменения массовой скорости
разливки металла (50, 100, 200 кг/с) с заглублением
погружного стакана в расплав на 250, 500, 650 мм.
Диаметр сопел и конструкция погружного стакана во
всех вариантах не изменялись. Скорость вытягива-
ния заготовки из кристаллизатора при этом состав-
ляла 0,8 м/мин.
На рис. I-III представлены векторные поля ско-
ростей движения жидкого металла в центральном
сечении кристаллизатора при разной массовой
скорости разливки стали и заглублении погружного
стакана в металл на 250 мм.
Видно, что скорость металла на выходе из сопел
погружного стакана зависит от объема стали, посту-
пающей в кристаллизатор. Так, при массовом рас-
ходе стали до 100 кг/с скорость металла на выхо-
де из сопла составляла 0,2 м/с (рис. I, а, б), а при
200 кг/с – 0,68 м/с (рис. I, в). Увеличение скорости
течения стали из погружного стакана повышает ин-
тенсивность циркуляции верхнего потока жидкого
металла. Зона интенсивного движения расплава при
этом также увеличивается как по горизонтали, так и
по вертикали – от 150-200 до 450 мм для скоростей
50 кг/с и 200 кг/с соответственно. Скорость движения
металла в центре образующихся вихрей не превы-
шает при этом 0,1 м/с.
При массовой скорости разливки стали 50 кг/с
циркуляционный поток формируется у боковой по-
верхности погружного стакана. Протяженность это-
го потока составляет 0,5 расстояния до узкой грани
кристаллизатора, где он объединяется с восходящим
потоком. По мере повышения расхода поступающей
в кристаллизатор стали наблюдается увеличение пер-
вичного циркуляционного вихря, который перемеща-
ет восходящие потоки расплава к стенке кристалли-
затора. Такое усиление интенсивности циркуляции
18 19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’201118 19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011
расплава вблизи зеркала жидкометаллической ван-
ны может привести к захватыванию шлака с поверх-
ности и замешиванию его внутрь затвердевающего
металла и, как следствие, к ухудшению качества
слитка.
При малом расходе подачи стали в кристалли-
затор (рис. I, а) практически отсутствует реакцион-
ная зона затопленной струи в расплаве, который
перемещается со скоростью 0,2 м/с. С повышением
скорости разливки металла до 100 кг/с (рис. I, б)
I
II
III
а б в
0 400 800 0 400 800 0 400 800 x, мм
z, ммz, ммz, мм
I
II
III
а б в
0,20 0 0,04 0,10 0,20 0,50 0,70
0
400
800
1200
0
400
800
1200
0
400
800
1200
I
II
III
Рис. Поля скоростей движения металла в центральном сечении кристаллизатора по широкой грани слитка при заглублении по-
гружного стакана в расплав на 250 (I), 500 (II), 650 (III) мм. Массовая скорость разливки стали, кг/с: 50 (а); 100 (б); 200 (в)
а б в
18 19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’201118 19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011
реакционная зона затопленной струи увеличива-
ется и ее длина достигает 200 мм при ширине 50 мм.
При скорости разливки стали 200 кг/с (рис. I, в) на-
блюдается увеличение области высоких скоростей
(> 0,2 м/с) движения расплава к свободной поверх-
ности вдоль стенки погружного стакана.
Скорость нижних циркуляционных потоков ме-
талла находится в пределах 0,03-0,07 м/с, а в при-
легающих к поверхности кристаллизатора слоях она
достигает 0,1 м/с.
В процессе заглубления погружного стакана до
500 мм (рис. II) на выходе из сопла скорость метал-
ла составляет 0,19; 0,32 и 0,52 м/с при массовых
скоростях разливки стали 50, 100 и 200 кг/с соответ-
ственно. Между стенкой кристаллизатора и погруж-
ным стаканом при минимальной скорости разливки
металла 50 кг/с в кристаллизаторе образуются две
зоны его турбулентности. Первая зона находится у
стенок погружного стакана, где скорость переме-
щения расплава составляет ≈ 0,16 м/с, вторая – у
поверхности кристаллизатора, где скорость движе-
ния металла ≈ 0,25 м/с. В нижней части кристалли-
затора вблизи его стенок скорость движения метал-
ла уменьшается до 0,1 м/с, а в центре – до 0,07. При
скорости разливки стали 50 кг/с (рис. II, а) в жидко-
металлической ванне кристаллизатора расплав пе-
ремещается с относительно низкими скоростями.
Увеличение массового расхода стали, поступающей
в кристаллизатор (рис. II, б, в), приводит к выравни-
ванию скоростей движения расплава.
При дальнейшем увеличении заглубления по-
гружного стакана (рис. III) в нижней части кристал-
лизатора у его боковой поверхности образуются
турбулентные зоны движения расплава. В центра-
льной части кристаллизатора скорость восходящих
потоков 0,03-0,05 м/с. В результате этого области
металла ниже погружного стакана интенсивно пере-
мешиваются, что способствует снижению темпера-
турной и химической неоднородности жидкой стали.
У зеркала жидкометаллической ванны скорость дви-
жения металла составляет ≈ 0,35 м/с и не зависит от
массовой скорости разливки.
С увеличением заглубления погружного стакана
зоны турбулизации металла смещаются вглубь крис-
таллизатора, что уменьшает интенсивность переме-
шивания стали на поверхности ванны.
Обобщив полученные результаты методами ре-
грессионного анализа, определили изменение ско-
рости движения металла на выходе из сопла при
разных скоростях разливки стали и заглублении
погружного стакана в металл в виде
0,00032048 0,332587,
0,00039184 0,532586,
0,00077755 0,972857,
= − +
= − +
= − +
w H
w H
w H
v = 50 кг/с;
v = 100 кг/с; (1)
v = 200 кг/с,
где w – скорость движения расплава на выходе из
сопла, м/с; H –- заглубление погружного стакана в
жидкий металл, мм; v – массовая скорость разливки
жидкой стали в кристаллизатор, кг/с.
Система уравнений (1) может быть преобразова-
на к виду
0,00428571 0,0001275
0,00000316 0,112857.
= − −
− +
w v H
Hv
(2)
Уравнение (2) справедливо при заглублении пог-
ружного стакана (H) в расплав на 250-650 мм и мас-
совой скорости разливки стали (v) 50-200 кг/с и мо-
жет быть использовано при анализе технологических
режимов непрерывной разливки стали.
Таким образом, представленные результаты ис-
следований свидетельствуют о том, что в верхней
части кристаллизатора вдоль узкой грани сохраня-
ется зона локального вихря, скорость движения рас-
плава в которой более 0,2 м/с. Наличие такого вих-
ревого движения металла может привести к эрозии
и преждевременному износу этой части кристалли-
затора.
Увеличение заглубления погружного стакана при-
водит к локализации интенсивного движения распла-
ва у его торца и снижению скоростей циркуляцион-
ных потоков в верхней части кристаллизатора, что, в
свою очередь, обеспечивает температурную и хими-
ческую однородность стали при затвердевании.
Изменение массовой скорости разливки жидкого
металла (от 50 до 200 кг/с) приводит к росту скоро-
сти на выходе из сопла погружного стакана до 0,7 м/с
и, как следствие, к перегреву корки затвердевшего
металла у стенки кристаллизатора и возможному ее
подплавлению.
ЛИТЕРАТУРА
1 World Survey: Continuous Casting Machines for Steel. – Zurich: Concast Standard, 2001. – 216 p.
2. Цифровое моделирование процессов течения и затвердевания металла в МНЛЗ для литья тонких слябов / К. Олер,
Х.-Ю. Оденталь, Г. Пфайфер, И. Леманович // Чер. металлы. – 2002. – Август. – С. 22-30.
3. Scheller P. R., Spaccarotella A. Development of High Speed Casting in Conventional CC Stainless Steel Slab Production //
Proc. 58-th Electric Furnace Conference. – Orlando (USA), 2000. – P. 832-837.
4. Тепломассообменные процессы при разливке стали на МНЛЗ / А. П. Огурцов, Ф. В. Недопекин, А. В. Гресс,
И. А. Павлюченков // Тепломассообменные процессы финишных операций обработки стали. Кн. 2. – Днепродзер-
жинск: Изд-во ДГТУ, 2007. – 301 с.
5. Численный анализ структуры течений в затвердевающем расплаве непрерывнолитого слитка / А. Н. Черепанов,
В. Н. Попов, В. П. Камшуков, Д. Б. Фойгт // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 2007. – № 10. – С. 41-45.
20 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’201120 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (223) ’2011
Тарасевич М. І., Корнієць І. В., Тарасевич І. М.
Вплив інтенсивності перемішування розплаву на гідродинаміку
рідкометалевої ванни в кристалізаторі МБЛЗ
Методами математичного та комп’ютерного моделювання проведено порівняльний аналіз розподілу гідродинаміч-
них потоків в кристалізаторі МБЛЗ при зміні масової швидкості розливання сталі та глибини занурення розливного
стакану з боковими соплами, що розташовані вздовж широкої грані.
Анотація
continuous casting of steel, mould, casting glass, hydrodynamics, mass flow rateKeywords
Tarasevich N., Korniyets I., Tarasevich I.
Effect of Intensive mixing of the melt on the hydrodynamics of liquid
metal into the mold continuous casting machine
There is presented the comparative analysis of the distributing of hydrodynamic flow of the melt in the mould continuous
casting machine at the change of mass rate of the casting and depth of submerging of casting glass with the lateral
nozzles located along a wide verge by methods of mathematical and computer modeling.
Summary
Поступила 08.11.11
безперервне розливання сталі, кристалізатор, розливний стакан, гідродинаміка,
масова швидкістьКлючові слова
6. Могхаддам Б. С., Шелер П.-Р., Волкова Е. Взаимосвязь между гидродинамическими потоками и температурными
полями в кокиле МНЛЗ для разливки слябов // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 2006. – № 7. –
С. 306-313.
7. Gupta D., Lahiri A. K. Water Model Study of the Flow Asymmetry inside a Continuous Slab Casting Mold // Metallurgical and
Materials Transactions B. – 1996. – V. 27 B. – P. 757-764.
8. Thomas B. G., Shang L. Mathematical Modeling of Fluid Flow in Continuous Casting // ISIJ International. – 2001. – V. 41,
№ 10. – P. 1181-1193.
9. http://lvm.mkmsoft.ru
10. Сравнительный анализ систем компьютерного моделирования металлургических и литейных процессов /
Н. И. Тарасевич, И. В. Корниец, И. Н. Тарасевич, А. В. Дудченко // Металл и литье Украины. – 2010. – № 5. –
С. 20-26.
11. Ефимов В. А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 552 с.
12. Huang X., Thomas B. G., Najjar F. M. // Metallurgical Transactions B. – 1992. – V. 23 B. – P. 339-356.
Продолжается подписка журнала на 2012 год
Для того чтобы подписаться на журнал через редакцию,
необходимо направить письмо-запрос или факс в адрес редакции.
Счет-фактура согласно запросу высылается письмом или по факсу.
Редакция готова предоставить электронную версию журнала.
Стоимость одного журнала – 30 грн.
Годовая подписка – 360 грн. (для Украины).
Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $.
|