НПО ДОНИКС
НПО ДОНИКС
Опросы
Активных опросов на данный момент нет.
RSS / MAP / W3C

RSS - международный формат, специально созданный для трансляции данных с одного сайта на другой. 
Используя готовые экспортные файлы в формате RSS, вы можете разместить на своей странице заголовки и аннотации сюжетов наших новостей. 
Кроме того, посредством RSS можно читать новости специальными программами - агрегаторами новостей - и таким образом оперативно узнавать 
об обновлениях нужных сайтов.
Google SiteMap
Valid XHTML 1.0 Transitional
Твердосплавная продукция

Исследование отклонений характеристик качания кристаллизаторов от заданных и их влияние на качество поверхности непрерывнолитых слитков

УДК 621.746.62:669.189

Цупрун Алексей Юрьевич,
Федосов Андрей Васильевич, канд. техн. наук,
Пащук Дмитрий Викторович,
Кислица Владислав Владимирович, канд. техн. наук,
НПО «ДОНИКС», г. Донецк,
ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет,
ОАО «МК «Азовсталь», Украина, г. Мариуполь.

Рассмотрены некоторые особенности процесса взаимодействия стенок кристаллизатора с затвердевающей корочкой стали. Предложен новый параметр, позволяющий оценивать отклонение фактических значений функции процесса осцилляции кристаллизаторов МНЛЗ от идеальных, расчетных. Проведен анализ отклонения фактических значений функции осцилляции от идеальных для некоторых гидравлических механизмов качания кристаллизаторов криволинейных слябовых МНЛЗ.

Ключевые слова: сляб, кристаллизатор, осцилляция, затвердевающая корка сляба, время опережения, следы качания.

RESEARCH OF MOLD OSCILLATION DEVIATIONS TARGET CHARACTERISTICS AND THEIR INFLUENCE ON STRANDS SURFACE QUALITY
Tsuprun A.Y., , Fedosov A.V., Paschuk D.V., Kislisa V.V.
Features of the mold walls interaction with shell solidifying steel are considered. A new parameter which allows to assess the deviation of the CCM mold oscillation function actual values ideal calculated values is offered. The analysis of the oscillation function actual values deviations ideal values for some mechanisms of curved slab CCM mold oscillation is conducted.

Keywords: slab, mold, oscillation, solidifying steel shell, negative time, oscillation mark.

Технологические параметры качания кристаллизатора оказывают значительное влияние на качество поверхности непрерывнолитых заготовок. Одними из наиболее важных показателей характеристик следов качания кристаллизатора являются глубина и шаг между следами. Особенно важную роль эти факторы играют при формировании твердой корочки слитка в кристаллизаторе, когда корочка является еще тонкой и непрочной. Образующиеся в результате осцилляции следы качания уменьшают ее прочность, что может приводить к зарождению поперечных трещин и прорывов [1,2]. К тому же, большая глубина следов качания приводит к неравномерному распределению шлакообразующей смеси по длине кристаллизатора, тем самым вызывая нестабильность теплообменных процессов, протекающих между внутренней стенкой кристаллизатора и затвердевающей корочкой стали [3,4]. Неравномерность теплоотвода приводит к нарушению режима формирования корки, что также способствует образованию поверхностных дефектов. Таким образом, глубину следов качания стараются минимизировать, а шаг между ними увеличить, что достигается путем задания рациональной зависимости значений хода и частоты качания кристаллизатора от одного из основных технологических факторов – скорости разливки.

Режим качания должен также обеспечивать минимальное трение между заготовкой и кристаллизатором. Часто встречающимся в литературе параметром оптимизации режимов осцилляции кристаллизаторов является время опережения (τN) (negative time). Этот параметр представляет собой промежуток времени, в который скорость движения кристаллизатора больше, чем линейная скорость разливки. Выражают время опережения либо в секундах, либо в относительных единицах к общему времени одного цикла качания. Еще этот параметр называют временем «заживления» корочки слитка. Такая ассоциация связана с существованием теории, в соответствии с которой, в то время, когда стенки кристаллизатора движутся быстрее в направлении разливки стали, за счет сил трения возникающих между стенками и корочкой стали последняя испытывает сжимающие усилия по направлению разливки, что и способствует спаиванию зарождающихся надрывов в корке. Надрывы же зарождаются вследствие возникновения растягивающих напряжений в корочке, когда кристаллизатор движется в направлении противоположном движению слитка [2-4].

Существует большое количество рекомендаций по определению рациональных значений времени опережения, однако все эти расчеты основаны на использовании идеальных функций осцилляции. Фактически, состояние механизмов качания кристаллизаторов будет обусловливать отклонение функции осцилляции от идеальных значений, что может изменять баланс времени опережения и запаздывания и таким образом нарушать теоретически рассчитанные условия взаимодействия стенок кристаллизатора и формирующейся корочки стали.

Поэтому цель данной статьи – предложить новый технологический параметр, позволяющий более точно оценивать условия взаимодействия стенок кристаллизатора и корочки затвердевающей стали в условиях отклонения функции осцилляции от идеальной.

Причинами отклонения функции качания кристаллизатора от синусоидальной, являются такие факторы как техническое состояние системы качания кристаллизатора и возникающие силы трения между поверхностью сляба и рабочей поверхностью кристаллизатора. В результате воздействия этих факторов на систему качания в идеальную функцию осциляции добавляются различного рода шумы и искажения. Пример сопоставления расчетной и фактической скорости качания представлен на рис. 1. Скорость движения кристаллизатора определялась как касательная, проведенная в заданной точке к функции перемещения. Фактические значения функции перемещения получены от датчиков положения цилиндров кристаллизатора.

 

 

Рис. 1 – Сопоставление фактических значений скорости перемещения кристаллизатора с расчитанными по синусоидальному закону за один период качания (Линейная скорость разливки – V = 1,1 м/мин; частота качания – f = 125 мин-1; амплитуда качания А – 3 мм)

Из графика (рис. 1) наглядно видно, что время опережения, определенное по фактическим данным (О(ф)), имеет практически такое же значение, как и в случае с расчетной кривой (О(sin)). Однако значение площадей фигур, образованных линией скорости разливки и кривыми фактической и идеальной функций скорости движения кристаллизатора, заметно отличаются. Площадь фигуры, полученная под рассматриваемыми кривыми, представляет собой значение пути пройденного кристаллизатором относительно поверхности слитка во время опережения, т.е. когда кристаллизатор движется быстрее слитка. Как видно из рис. 1, фактическое суммарное расстояние пройденное кристаллизатором относительно затвердевающей корочки во время опережения заметно меньше чем расчетное. Фактические абсолютные величины скоростей также ниже, что в совокупности определяет уменьшение сил трения вызывающих сжатие корочки слитка, следовательно, при сохранении значения величины времени опережения эффективность протекающих в этот момент процессов может быть различна.

Таким образом, параметры процесса осцилляции теоретически могут характеризоваться величиной отношения времени опережения к времени запаздывания (τО/П), а фактически – отношением значений пути пройденного кристаллизатором относительно поверхности слитка во время опережения и во время запаздывания (τХО/ХП). В расчетной идеальной модели эти два параметра одинаково зависят от режима осцилляции. Однако, отклонение режима качания от синусоидального приводит к неравнозначности рассматриваемых соотношений.

Отношение τХО/ХП является более адекватной характеристикой, поскольку силы трения и изменение давления в жидком шлаке создаются относительным перемещением поверхностей слитка и кристаллизатора. Поэтому выбор рационального режима качания кристаллизаторов рекомендуется основывать на значениях параметра τХО/ХП.

Искажения формы кривой качания кристаллизатора будут вызывать отклонение фактических значений параметра τХО/ХП относительно идеализированной модели. Например, в случае увеличения прямоугольности синусоидальной формы кривой качания (незапланированное торможение кристаллизатора вследствие увеличения сил трения в зазоре между стенкой кристаллизатора и коркой слитка) в диапазоне отрицательных значений скоростей происходит увеличение площади под кривой и значений τХО/ХП. Так величина отклонения фактических значений τХО/ХП от идеальных может характеризовать не только качество работы механизма качания кристаллизатора, но и косвенно указывать на причину искажений закона осцилляции.

В основной массе, предложения рациональных режимов качания основываются на значении параметра τО/П, т.е. предполагается идеальная модель качания кристаллизатора с отсутствием отклонений. Подобные рекомендации не учитывают особенностей работы механизмов  качания реального объекта (кристаллизатора) и отклонения фактической кривой от идеальной. Поэтому эффект от их внедрения оказывается отличным от ожидаемого.

Для вычисления поправки на несинусоидальность режима качания кристаллизатора необходимо рассчитать два значения параметра τХО/ХП, для идеальной синусоиды и фактической, при общих значениях частоты и амплитуды.

Расчет теоретических значений параметра τХО/ХП проводился на основании аналитического решения модели перемещения точек по двум законам – синусоидальному и линейному. Результаты разработки модели представлены в виде следующих уравнений.

Определение первой точки совпадения скоростей (расчет проводится относительно времени одного цикла качания):

 

*** ;

 

где    Vc – мгновенная линейная скорость разливки, м/с;
    f – мгновенная частота качания кристаллизатора, Гц;
    А – ход качания кристаллизатора, м.

Время запаздывания кристаллизатора:
 , с.

Время опережения кристаллизатора:
 , с.

Путь, пройденный кристаллизатором до первой точки пересечения:
 , м.

Путь, пройденный кристаллизатором до второй точки пересечения:
 , м.

Путь, пройденный кристаллизатором за время опережения:
 , м.

Путь, пройденный слитком за время опережения:
 , м.

Ход кристаллизатора относительно поверхности слитка во время опережения:
 , м.

Путь, пройденный кристаллизатором за время запаздывания:
 , м.

Путь, пройденный слитком за время запаздывания:
 , м.
Ход кристаллизатора относительно поверхности слитка во время запаздывания:
 , м.

Параметр τХО/ХП определяется как отношение величины ХО к ХП.

Аналитическое решение поставленной задачи позволяет определять величину параметра τХО/ХП исходя из основных технологических параметров процесса непрерывной разливки: амплитуда и частота качания кристаллизатора и скорость разливки.

В дальнейших расчетах теоретического отношения τХО/ХП в качестве исходных параметров берутся мгновенные значения хода и частоты качания кристаллизатора и скорости разливки, полученные из отчетных файлов системы автоматического контроля технологических параметров системы качания кристаллизаторов МНЛЗ. Данный подход обеспечивает соответствие значений определяемой теоретической величины реальным условиям непрерывной разливки.

Расчет фактической величины отношения τХО/ХП производится посредством численного интегрирования разности фактических скоростей движения кристаллизатора и непрерывнолитого слитка.

Для определения искомых величин и анализа характеристик качания кристаллизатора был использован программный модуль GraphDAS совместно разработанный специалистами ДВНЗ ПГТУ и «ДОНИКС».

На рис. 2 представлены графики фактических зависимостей позиции кристаллизатора и скорости его движения от времени. Экстремальные значения скорости характеризуются повышенным разбросом данных относительно синусоидальной формы кривой, что соответственно сказывается на отклонении фактических значений отношения τХО/ХП от идеальных. На появление отклонений при высоких скоростях на наш взгляд оказывают влияние несколько факторов.

Во-первых, при возрастании скорости движения кристаллизатора в большой степени оказывают влияние неточности работы механизмов, что хорошо объясняет систематичность искажений графика функции скорости и индивидуальный (отличный от других) характер искажений.

 

***


Рис. 2 – график зависимости фактических значений скорости и позиции кристаллизатора от времени

Во-вторых, с повышением скорости относительного движения кристаллизатора и корочки слитка возрастают значения сил трения в зазоре. Торможение, вызванное повышением сил трения, вызывает запаздывание фактической позиции кристаллизатора относительно целевой, на что соответственно система реагирует повышением скорости перемещения цилиндров, стремясь сравнять фактические и целевые значания позиции кристаллизатора. Это, хорошо объясняет характер высокочастотных искажений формы функции скорости (рис.2), когда вслед за понижением скорости относительно формы синусоиды следует резкое возрастание ее значений.

Следующий фактор, оказывающий влияние на форму графика скорости, – это асинхронное движение левого и правого цилиндров. Рассинхронизация движения цилиндров приводит к возникновению вторичных, третичных и т.д. волн искажений в графиках скорости движения цилиндров. Например сужение отрицательных полуволн графика скорости (рис. 3). Такой характер искажений, наблюдаемый в каждом периоде колебаний, обуславливает значительное отклонение фактической величины τХО/ХП от идеальной в сторону уменьшения.

 

***


Рис. 3 – Сужение отрицательных полуволн графика скорости движения левого цилиндра

В программном модуле GraphDAS производится вычисление фактических значений τО/П, и τХО/ХП. В процессе анализа данных полученных с различных кристаллизаторов было отмеченно, что зависимость отношения τХО/ХП обладает заметно большей стабильностью значений по отношению к зависимости τО/П – это также свидетельствует в пользу выбора парметра τХО/ХП в качестве одной их основных характеристик процесса качания кристаллизатора.

В процессе сопоставления графиков скорости разливки и отклонения фактической величины τХО/ХП от «идеальной», полученных при различных режимах качания кристаллизаторов, отмечено, что повышение частоты качания приводит к уменьшению величины отклонения, а повышение скорости разливки приводит к росту величины отклонения. Такое поведение системы объясняется тем, что наибольшее расхождение фактических и «идеальных» параметров качания наблюдается в области максимальных значений скоростей движения цилиндров кристаллизатора. Таким образом, с повышением скорости разливки происходит уменьшение времени отрицательной полосы, уменьшение интервала интегрирования функции скорости и, соответственно, уменьшение относительной площади интегрируемой области см. рис. 4.

 

***


Рис. 4 – Влияние повышения скорости разливки (Vc1 < Vc2) на величину площади интегрирования скорости движения кристаллизатора

Из рис. 4 наглядно видно, что при уменьшении площади интегрирования степень влияния локальных искажений в районе экстремальных значений увеличивается, что и приводит к росту отклонения при возрастании скорости разливки.

Увеличение частоты качания кристаллизатора приводит к увеличению модулей его мгновенных скоростей, что приводит к увеличению интеграла относительной скорости и, соответственно, уменьшению величины отклонения.

При исследовании данных о движении кристаллизатора отмечались как положительные, так и отрицательные значения величины отклонения. Отрицательное значение величины отклонения указывает на уменьшение доли времени опережения (для фактической формы функции в сравнении с идеальной), что приводит к уменьшению потребления жидкой ШОС на смазку и уменьшению ее толщины в межповерхностном зазоре. Это приводит к ухудшению качества поверхности слитков. Следовательно, режим осцилляции кристаллизатора нуждается в корректировке с целью компенсации несинусоидальности функции движения кристаллизатора.

Программный модуль GraphDAS позволяет производить расчет величины корректировки режимов качания кристаллизаторов, основываясь на характеристиках фактической функции осцилляции, что дает возможность рассчитывать индивидуальные режимы качания, которые будут учитывать отклонения работы системы от идеальных условий. Применение корректировки режимов качания кристаллизаторов, позволит уменьшить глубину меток качания, увеличить толщину жидкого шлака в межповерхностном зазоре, что в свою очередь обеспечит более равномерный теплоотвод от охлаждаемой поверхности сляба, уменьшение сил трения возникающих в зазоре при взаимодействии поверхностей и соответственно улучшение качества поверхности непрерывнолитых заготовок.

Выводы

1.    Предложенный параметр отношения хода кристаллизатора относительно поверхности слитка за время опережения и запаздывания τХО/ХП позволяет более точно оценивать взаимодействие стенок кристаллизатора и корочки стали в условиях отклонения закона осцилляции от идеального.
2.    Разработана аналитическая модель процесса осцилляции стенок кристаллизатора относительно поверхности непрерывнолитого слитка, на основании которой предложено уравнение, позволяющее рассчитывать величину τХО/ХП .
3.    Использование предложенного параметра при анализе фактических характеристик осцилляции кристаллизаторов позволяет производить корректировку режимов качания, применение которой позволит учитывать отклонения работы системы от идеальных условий. Применение корректировки позволит улучшить условия взаимодействия стенок кристаллизатора и формирующейся корочки стали, что приведет к улучшению качества поверхности непрерывнолитых заготовок.

Библиографический список:


1.    Kainz A., Ilie S., Parteder E. slab corner cracks to edge-defects in hot rolled strip – experimental and numerical investigations // Steel research int. – 2008. – V.79 , No.11 – Р. 861–867.
2.    Смирнов А.Н. Непрерывная разливка стали / А.Н. Смирнов, С.В. Куберский, Е.В. Штепан. – Донецк: Цифровая типография, 2011. – 482 с.
3.    Предотвращение угловых трещин при непрерывной разливке стали / Н. Триолет, К. Поелманс, П. Мабели [и др.] // Новости черной металлургии за рубежом. – 2010. – № 5. – С. 39–43.
4.    Measurement and Prediction of Lubrication, Powder Consumption, and Oscillation Mark Profiles in Ultra-low Carbon Steel Slabs/ Ho-Jung Shin, Seon-Hyo Kim, B. G. Thomas [e.a.] // ISIJ International,– 2006. – Vol. 46, N 11. – P. 1635–1644.
5.    Смирнов А.Н. Комплексный контроль параметров качания кристаллизаторов МНЛЗ / А.Н. Смирнов, О.В. Антыкуз  // Металл и литье Украины. – 2009. – № 1-2. – С. 57–61.

Top
Powered by CMS Danneo ®