Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывная разливка стали является высокоэффективным энергосберегающим и достаточно экологически чистым процессом обеспечивающим увеличение выхода годного металла как в деформированном, так и недеформированном состоянии. Технологичность процесса непрерывной разливки стали и его экономическая эффективность в значительной степени зависят от работоспособности, а точнее от эксплуатационной стойкости кристаллизатора, определяемой его конструкцией и материалом, используемым для изготовления. Кристаллизатор работает как теплообменник, где образуется прочная корочка затвердевшего металла, и, следовательно, материал, из которого изготавливают его стенки, должен быть теплопроводным. Поэтому материалом для изготовления кристаллизаторов служит не легированная медь. Однако при высоких температурах она имеет низкие механические свойства, что приводит к быстрому выходу из строя стенок кристаллизаторов и необходимости остановки машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для их замены.
Учитывая объем экономических потерь, связанных с простоями МНЛЗ, затратами на ремонт и новое изготовление медных стенок кристаллизаторов, изучение причин, приводящих к износу, проблема продления ресурса медных стенок является важной и актуальной.
Целью диссертационной работы является повышение средней наработки кристаллизаторов слябовых МНЛЗ за счет создания новой, усовершенствованной конструкции узких медных стенок.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ значений износов узких медных стенок кристаллизаторов и определить причины их возникновения.
Изучить и проанализировать причины износа узких медных стенок кристаллизаторов, изготовленных с применением известных методов увеличения наработки (изготовленных из легированных марок
меди, со вставками, с защитным покрытием).
Разработать математическую модель усадки металла, позволяющую определить геометрические размеры непрерывно-литой заготовки в кристаллизаторах слябовых МНЛЗ, а также профиль узких стенок.
Разработать чертежи новых стенок, обладающих увеличенной наработкой, изготовить и внедрить новую конструкцию в производство.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель теплового состояния непрерывно-литой заготовки, разработанная на основе квазиравновесной теории двухфазной зоны, позволяющая определять геометрические размеры сляба по высоте кристаллизатора МНЛЗ.
Научно обоснованный профиль узких медных стенок кристаллизаторов слябовых МНЛЗ, обеспечивающий повышение их средней наработки.
Научная новизна:
экспериментально установлено, что из-за особенностей теплоотво-да и нелинейной усадки непрерывно-литой заготовки износ узких стенок кристаллизаторов, вне зависимости от материала, из которого они изготовлены, происходит неравномерно, преимущественно в нижней части на длине 500-700 мм по торцам, на участках шириной до 70 мм;
путем математического моделирования определены геометрические размеры непрерывно-литой заготовки по всей высоте кристаллизатора МНЛЗ, на основе чего разработан новый профиль узких стенок с переменной по высоте конусностью (трехплоскостная конструкция);
экспериментальные исследования топографии новых трехплоскост-ных стенок выявили наличие остаточного износа в месте стыка узких и широких стенок, вызванных интенсивным трением «захоложенных» ребер заготовки о нижнюю плоскость рабочей поверхности узких стенок, для ликвидации чего выполнили на нижней плоскости рабочей поверхности фаски треугольной формы, высотой 25 % высоты стенки и шириной основания 15 % ширины стенки.
Практическое значение работы состоит в разработке двух новых конструкций узких стенок кристаллизаторов слябовых МНЛЗ, а также нового метода расчета геометрических размеров непрерывно-литой заготовки по высоте кристаллизатора МНЛЗ. На новые конструкции стенок получены патенты на полезные модели № 79815 и 97660. Применение разработанной конструкции увеличивает ресурс узких стенок кристаллизаторов МНЛЗ ККЦ не менее чем на 30 % и дает экономический эффект 27 млн. руб. за счет сокращения количества ремонтов и уменьшения объемов используемой медной заготовки.
Реализация результатов работы. Результаты работы приняты к использованию на МНЛЗ № 1, 2, 3, 4 кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ММК).
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на ежегодных научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета 2009-2011гг., Межвузовской конференции молодых учёных (Череповец, 2009), X международной научно-технической конференции молодых специалистов (Магнитогорск, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Череповецкие научные чтения -2010» (Череповец, 2010).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в восьми публикациях, в том числе три печатные работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, а также в двух патентах РФ на полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 118 наименований, 7 приложений на 10 листах, содержит 121 страницу машинописного текста, 66 рисунков, 6 таблиц.
