CC BY
40
Подсчет значений КЭдЭ по формуле (5) (см. рис. 2), дал следующие результаты: КЭдЭ = = 0,149 - для рис. 2, а; КЭдЭ = 0,182 - для рис. 2, б.
Следовательно, калибровка для варианта на рис. 2, б является более эффективной, так как в ней интегральная деформация вытяжки на 22 % больше деформации уширения.
Разработанные критерии эффективности и неравномерности формоизменения в калибрах позволяют совершенствовать калибровки валков при сортовой прокатке применительно к трудноде-формируемым сталям, чувствительным к неравномерности деформации.
Кроме того, с помощью разработанных критериев можно определить минимально допустимую кратность обжатий для различных марок стали, обеспечивающих получение сортовых профилей с соблюдением требований потребителей по микроструктуре и функциональным свойствам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тулупов, О.Н. Применение структурно-матричного подхода при моделировании и совершенствовании технологических схем сортовой прокатки / О.Н. Тулупов, М.Г. Поляков, А.А. Завьялов, В.В. Арцибашев, С.Ф. Раш-ников // Производство проката. - 2000. - № 4. - С. 6 - 13.
Виноградов Алексей Иванович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой машин и агрегатов металлургических заводов Металлургического факультета Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 51-83-05; e-mail: [email protected]
Король Сергей Олегович - аспирант кафедры машин и агрегатов металлургических заводов Металлургического факультета Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8-921-54-26-260; e-mail: [email protected]
Vinogradov, Alexey Ivanovich - Candidate of Science (Technology), Head of the Department of Machines and Aggregates in Metallurgical Plants, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Tel.: 8 (8202) 51-83-05; e-mail: [email protected]
Korol, Sergey Olegovich - Postgraduate student, Department of Machines and Aggregates in Metallurgical Plants, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Tel.: 8-921-54-26-260; e-mail: [email protected]
УДК 669.18:621.746.047
М.А. Григорьев, Д.И. Габелая, З.К. Кабаков
К ВОПРОСУ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
M.A. Grigorev, D.I. Gabelaya, Z.K. Kabakov
ON THE PROBLEM OF MODELING HYDRODYNAMIC PHENOMENA IN A CRYSTALLIZER OF A CONTINUOUS CASTING MACHINE
В данной статье сформулированы требования к рациональной картине гидродинамики в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Обсуждается вопрос использования пакета прикладных программ для моделирования гидродинамических и тепловых процессов. Приводится пример использования пакета для моделирования потоков стали и температурного поля в кристаллизаторе, отмечены его достоинства.
Математическое моделирование, гидродинамика, кристаллизатор, погружной стакан, пакет прикладных программ.
The paper formulates requirements for modeling hydrodynamics in a crystallizer of a continuous-casting machine, discusses the problem of using a package of applied programs for modeling hydrodynamic and thermal processes, presents an example of using a package of applied programs for modeling steel flows in a crystallizer, describes its advantages.
Mathematical modeling, hydrodynamics, crystallizer, submerged nozzle, a package of applied programs.
При разливке стали на МНЛЗ жидкий металл подается в кристаллизатор из промковша с помощью разливочных стаканов различной конструкции, например, с боковой раздачей металла (рис. 1). От конструкции стакана и технологии его использования в большей мере зависит качество литого металла и количество прорывов.
1
*2 1
В
Рис. 1. Схема расчетной области: С - диаметр выходного отверстия; С1 - внутренний диаметр погружного стакана; С2 - наружный диаметр погружного стакана; Нст - высота погружения стакана в кристаллизатор; Нкр -высота кристаллизатора; а - угол наклона вниз к горизонту
В результате промышленных и лабораторных исследований влияния конструкции разливочного стакана и технологии его использования на качество литого металла и гидродинамику жидкого металла в кристаллизаторе сформулированы следующие требования к рациональной гидродинамике жидкого металла, при формировании которой повышается качество металла и сокращается количество прорывов:
- направление струй металла, идущих из выходных отверстий погружного стакана, должно составлять 15 - 25° к линии горизонта;
- скорость движения металла вдоль границы «шлак - металл» не должна превышать критического значения;
- скорость движения металла, поступающего из отверстия стакана и воздействующего на корку в районе узкой грани оболочки слитка, не должна
превышать определенного значения;
- размер нижних контуров циркуляции по длине слитка должен быть минимальным;
- застойные зоны в кристаллизаторе должны отсутствовать.
При разработке новых конструкций стаканов знание этих требований позволяет использовать метод математического моделирования, с помощью которого можно изучать не только картины гидродинамики в кристаллизаторе, но и температурное поле и неравномерность толщины затвердевающей корки.
В настоящее время разработано много пакетов прикладных программ вычислительной гидродинамики, которые позволяют моделировать гидродинамику и тепломассообмен в кристаллизаторе. Среди них можно выделить ANSYS, FlowVision, MSC/NASTRAN, SolidWorks, COMSOL Multiphysics и др.
В данной статье описан опыт освоения пакета прикладных программ Ansys Fluent, с помощью которого можно исследовать гидродинамику потоков жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ.
Использование данного пакета рекомендуется проводить в следующей последовательности:
1. Построить расчетную область, в границах которой будет осуществлено моделирование;
2. Выделить границы области и присвоить им соответствующие свойства;
3. Выбрать материал из базы пакета с соответствующими исходными данными;
4. Выбрать граничные условия, заложенные в пакете, из широкого диапазона;
5. Выполнить расчеты с помощью пакета в граничной области и визуализировать результаты в виде векторного и градиентного полей скоростей потоков жидкости и температуры.
На первом этапе создаем расчетную область (см. рис. 1).
Далее формируем расчетную сетку с помощью препроцессора Gambit (рис. 2), который обладает мощным генератором сеток, позволяющим создавать разнообразные типы сеток: структурированную гексаидальную, автоматическую (неструктурированную) гексаидальную, тетраидальную.
В начале работы в пакете Gambit формируется «сессия», содержащая такие операции, как импорт геометрической и сеточной информации, создание геометрических объектов, создание и улучшение
Рис. 2. Схема расчетной сетки, сформированной с помощью пакета Gambit
сетки, определение типов различных зон расчетной области для последующего использования в пакете Fluent, создание и модификация систем координат, изменение ориентации отображаемых геометрических объектов и т.п.
С целью демонстрации возможностей работы пакета Fluent в рамках данной статьи приведем лишь пример результатов моделирования (рис. 3), не решая какой-то конкретной исследовательской задачи.
При использовании пакета отмечено, что его большим достоинством является легкость создания разнообразных по форме объектов исследования и возможность устранения ошибок на всех этапах. Следует отметить универсальность пакета в отношении объектов исследования.
К достоинствам пакета можно отнести удобный интерфейс с возможностью визуализации всех сторон исследуемого объекта.
Рис. 3. Схема векторного поля скоростей (а) и поля температур (б)
Габелая Давид Ивлериевич - кандидат технических наук, доцент кафедры металлургических технологий Металлургического факультета Череповецкого государственного университета. Тел.: 8-921-250-41-11; e-mail: [email protected]
Григорьев Михаил Александрович - аспирант кафедры металлургических технологий Металлургического факультета Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8-921-131-22-93; e-mail: [email protected]
Кабаков Зотей Константинович - доктор технических наук, профессор кафедры металлургических технологий Метал-
лургического факультета Череповецкого государственного университета, академик Российской академии естественных наук.
Тел.: 8-909-559-83-86.
Gabelaya, David Ivlerievich - Candidate of Science (Technology), Associate professor, Department of Metallurgical Technologies, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Тек: 8-921-250-41-11; e-mail: [email protected]
Grigoriev, Michael Aleksandrovich - Postgraduate student, Department of Metallurgical Technologies, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Тек: 8-921-131-22-93; e-mail: [email protected]
Kabakov, Zоtey Konstantinovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Metallurgical Technologies Department, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Те!.: 8-909-559-83-86.
УДК 681.3
Е.В. Ершов, Л. Н. Виноградова, Е. С. Шумилова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА
E. V. Ershov, L. N. Vinogradova, E. S. Shumilova
DETERMINATION OF FUNCTIONAL REQUIREMENTS FOR A SYSTEM OF
FORECASTING OUTPUT PARAMETER OF A CONTINUOUS TECHNOLOGICAL PROCESS IN THE PRODUCTION OF AGGLOMERATE
Рассмотрены особенности функционирования системы прогнозирования выходных параметров непрерывного технологического процесса производства агломерата. Дается краткая характеристика состава математического обеспечения. Представлена функциональная схема системы прогнозирования выходных параметров агломерата.
Агломерат, изображение, шихта, датчик, прогнозирование, телекамера.
The paper considers peculiarities of functioning of a system of forecasting output parameters of a continuous technological process in the production of agglomerate, briefly describes relevant mathematical software, presents a functional diagram of the system of forecasting agglomerate output parameters.
Agglomerate, image, charge, sensor, forecasting, TV camera.
Агломерация является заключительной операцией в комплексе мероприятий по подготовке железных руд к доменной плавке. Основная цель этой операции состоит в том, чтобы получить кус-ковый материал заданного размера, улучшить металлургические свойства сырья путем его окуско-вания, введения флюса и других полезных добавок и удаления вредных примесей [1]. Процесс агломерации включает в себя несколько условных этапов:
1) смешивание, увлажнение и окомкование шихты;
2) загрузку шихты на агломашину;
3) зажигание и поддержание заданных параметров горна агломашины;
4) спекание шихты и охлаждение агломерата.
В состав агломерационной шихты входят следующие компоненты: мелкий железно-рудный материал, как правило, концентрат; измельченное топливо - кокс (фракции 0^3 мм, содержание в
123
