CC BY
18
УДК 621.74.047
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАГОТОВКИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ
С.А. Повитухин
В процессе непрерывной разливки жидкий металл заливают в интенсивно охлаждаемую сквозную форму - кристаллизатор, основное назначение которого состоит в формировании поверхностной корочки слитка и профиля заготовки.
Анализ литературных источников показывает, что при рассмотрении процессов, происходящих в кристаллизаторе МНЛ, рассматриваются, или плоскопараллельные стационарные модели, или на поверхностях слитка и кристаллизатора задаются коэффициенты теплопередачи по высоте стенки, либо величина потока тепла. Математическая модель, построенная на этих упрощениях, дает большие погрешности, что не позволяет эффективно управлять процессом формирования профиля заготовки в кристаллизаторе. Для создания автоматизированной системы управления МНЛЗ нами разработана нестационарная пространственная математическая модель охлаждения слитка в кристаллизаторе [1-3] и на её основе создан пакет программ, позволяющих моделировать процесс производства заготовок.
Введение понятия турбулентной теплопроводности Х„, позволяет достаточно точно моделировать тепловой поток в жидкости, используя теорию пограничного слоя [3]. Количество тепла, отведенного водой, зависит от Хт. Кт определена из численного эксперимента. Промоделирована зависимость Х,„ от средней скорости воды в каналах кристаллизатора. При разливке металла под шлаком смазку при трении и тепловую изоляцию оболочки слитка в кристаллизаторе осуществляет гарнисаж [2]. Характеристики используемой шлакообразующей смеси (ШОС) существенно влияют на тепловое состояние слитка и, следовательно, качество его поверхности. Критерии оптимальности температурного поля слитка вводятся на основании качественных рекомендаций о желательном распределении температуры в затвердевающем непрерывном слитке. Предполагается, что слитки с лучшими температурными полями характеризуются меньшими значениями критериев и более высоким качеством [4]. В таблице приведены средние значения температур, поток и толщины корочки, полученные по результатам расчетов при наиболее и наименее рациональном выборе ШОС; Ь - длина кристаллизатора.
Анализ полученных данных показывает, что выбором ШОС можно изменять величину теплового потока до 3 раз. Средняя толщина корочки при этом увеличивается не более чем в 1,5 раза. При этом значения критериев оптимальности изменяются в 4-7 раз, что приведет к снижению качества поверхности слитка и крайне нежелательно.
Параметры, полученные по результатам расчетов
Наименование Міп Мах
Поток при I = 1000 мм 308 кДж/(м2с) 842 кДж/(м2с)
Поток при 1 = 600 мм 356 кДж/(м2с) 995 кДж/(м2с)
Средняя температура 1385 °С 1050 °С
Средняя толщина корочки 19 мм 29 мм
По результатам расчетов были сделаны следующие выводы [5]: максимальная толщина рабочей поверхности стенки зависит от характеристики используемой ШОС и может колебаться от 20 до 50 мм; правильным подбором параметров ШОС можно повысить скорость вытягивания слитка до 1,5 м/мин; теплофизические характеристики разливаемого металла в основном влияют на толщину корочки металла на выходе из кристаллизатора.
Литература
1. Повитухин, С. А. Математическая модель процесса затвердевания става в кристаллизаторе / С. А. Повитухин // Литейные процессы: Межрегион. сб. науч. тр. - Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2000. -С. 102-107.
2. Вдовин, К. Н. Моделирование толщины и скорости движения гарнисажа в кристаллизаторе МНЛЗ/К. Н. Вдовин, С. А. Повитухин//Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Б. Н. Парсункина. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2006.-С. 129-133.
3. Повитухин, С. А. Моделирование водяного охлаждения кристаллизатора / С. А. Повитухин // Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Б. Н. Парсункина. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. - С. 133-138.
4. Вдовин, К. Н. Определение оптимальных режимов при непрерывной разливке стали /КН. Вдовин, С. А. Повитухин // Теория и технология металлургического производства: Сб. науч. тр. / Под ред. В. М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2005. -С. 122-128.
5. Повитухин, С. А. Влияние параметров шлакообразующей смеси на толщину рабочей стент кристаллизатора / С. А. Повитухин // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: Сб. науч. тр. - Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2006.-С. 106-110.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
АКУЛОВА Татьяна Николаевна - старший преподаватель кафедры вычислительной техники Челябинского института путей сообщения - филиала Уральского государственного университета путей сообщения.
АЛЕШИН Евгений Анатольевич - кандидат технических наук, доцент кафедры систем управления ЮУрГУ.
БАРБАСОВА Татьяна Александровна - кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ.
ВАУЛИНА Ольга Сергеевна - кандидат технических наук, научный сотрудник кафедры систем управления ЮУрГУ.
ВАХРОМЕЕВ Иван Евгеньевич - начальник паросилового цеха ОАО «ММК».
ГОЙТИНА Екатерина Владимировна - ассистент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ.
ДЕНИСЕНКО Юрий Николаевич - аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ЮУрГУ.
ДИВНИЧ Петр Николаевич - аспирант кафедры автоматики и управления ЮУрГУ.
ЖАБРЕЕВ Вячеслав Сергеевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой вычислительной техники Челябинского института путей сообщения - филиала Уральского государственного университета путей сообщения, заслуженный работник высшей школы РФ.
ЗИНКЕВИЧ Алина Сергеевна - исполняющая обязанности доцента кафедры информационноаналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах ЮУрГУ.
КАЗАРИНОВ Лев Сергеевич - доктор технических наук, профессор, декан приборостроительного факультета ЮУрГУ, заведующий кафедрой автоматики и управления ЮУрГУ, научный консультант администрации Челябинской области.
КАРМАНОВ Юрий Трофимович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой цифровых радиотехнических систем ЮУрГУ, академик РАЕН.
КАЦАЙ Дмитрий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры приборостроения ЮУрГУ.
КОЗЛОВ Александр Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры информационноаналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах ЮУрГУ.
КУВШИНОВ Борис Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной математики ЮУрГУ.
КУЗНЕЦОВ Андрей Геннадьевич - заместитель генерального директора - директор Межрегионального филиала сотовой связи ОАО «Уралсвязьинформ».
ЛОГИНОВСКИЙ Олег Витальевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах ЮУрГУ, академик РАЕН.
ЛЫМБИНА Людмила Ефимовна - кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ЮУрГУ.
ЛЫСОВ Александр Николаевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой приборостроения ЮУрГУ, действительный член Международной академии навигации и управления движением.
МАКСИМОВ Александр Александрович - кандидат технических наук, вице-президент Урало-Сибирской горно-металлургической компании, генеральный директор ОАО «Кузнецкие ферросплавы».
ПАНФЕРОВ Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции ЮУрГУ.
ПОВИТУХИН Сергей Алексеевич - начальник отдела АСУ информационно-вычислительного центра Магнитогорского государственного университета.
СЕРГЕЕВ Дмитрий Вакильевич - инженер кафедры приборостроения ЮУрГУ.
СТУКАЧ Олег Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры компьютерных измерительных систем и метрологии Томского политехнического университета.
СУХОВИЛОВ Борис Максович - кандидат технических наук, заведующий кафедрой информатики ЮУрГУ.
78
Вестник ЮУрГУ, № 23, 2007
ТЕЛЕЖКИН Владимир Федорович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиотехнических системы ЮУрГУ.
ТОРОПОВ Евгений Евгеньевич - аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ЮУрГУ.
ШЕСТАКОВ Александр Леонидович - доктор технических наук, профессор, ректор ЮУрГУ, заслуженный работник высшей школы РФ.
ШИРЯЕВ Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
прикладной математики ЮУрГУ, почетный работник высшей школы РФ, действительный член Международной академии навигации и управления движением.
ШНАЙДЕР Дмитрий Александрович - кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и управления ЮУрГУ.
ЩИПИЦЫН Анатолий Георгиевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой систем управления ЮУрГУ, действительный член Международной академии навигации и управления движением.
