Разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

МАКРУШИН АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

01 02 04 — Механика деформируемого твердого тела 05.16 02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2007

003065389

Работа выполнена в Московском Государственном Техническом Университете им Н.Э Баумана

Научный руководитель. кандидат технических наук, доцент

Зарубин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Сарбаев Борис Сафиулович

кандидат технических наук, доцент Ганкин Владимир Борисович

Ведущая организация. Институт Машиноведения РАН

им А А. Благонравова

Защита состоится « 04 » октября 2007 г в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.03 в Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, г Москва, 2-я Бауманская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского Государственного Технического Университета им Н.Э Баумана.

Автореферат разослан « п » 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Карпачев А. Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В настоящее время процесс непрерывного литья стали, благодаря его технико-экономическим преимуществам, утвердился как наиболее рациональный способ получения заготовок для проката Формирование заготовки в процессе непрерывной разливки является сложным процессом, в котором одновременно протекают процессы кристаллизации и деформирования.

Затвердевание слитка начинается в кристаллизаторе, внутренняя полость которого соответствует профилю отливаемой заготовки. Поскольку кристаллизатор отвечает за начальное формирование заготовки, условия в кристаллизаторе в значительной мере определяют качество поверхности непрерывнолитой заготовки Высокие требования к качеству непрерывнолитых заготовок, возрастающее количество сложных марок стали, и стремление к увеличению скорости разливки при стабильности качества получаемого металла вызывают необходимость изучения процессов образования дефектов макроструктуры и связи их с конструктивными И технологическими параметрами машины непрерывного литья заготовок

Следует отметить, что из-за высоких температур существуют большие трудности по изучению процессов происходящих в области кристаллизатора Кристаллизатор также является сложной системой с большим количеством параметров, влияющих в конечном итоге на качество заготовки- свойства шлакообразующей смеси (температура плавления, теплопроводность, вязкость и тп), амплитуда и частота качания кристаллизатора, свойства разливаемой марки стали, скорость разливки и др. Вопрос влияния кристаллизатора на образование дефектов является очень сложным и представляет огромный интерес

Другим важным моментом является снижение себестоимости изготовления непрерывнолитых заготовок. В связи с этим очень важным является вопрос увеличения стойкости стенок кристаллизатора Основными причинами вывода кристаллизатора из эксплуатации является износ и образование зазора в стыках между стенками для блюмовых и слябовых кристаллизаторов.

Целью работы является разработка методов расчета температурного и напряженно-деформированного состояния кристаллизатора для оптимизации его конструкции с точки зрения улучшения качества непрерывнолитой заготовки и снижения её себестоимости

(МНЛЗ)

Научная новизна

1 Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния слитка внутри кристаллизатора, позволяющая определить влияние различных параметров на состояние слитка внутри кристаллизатора.

2 Получено новое численное решение задачи деформирования и «усадки» широкой стороны слитка внутри слябового кристаллизатора Причем данное решение позволяет находить величину изменения ширины сляба по его широкой стороне с минимальными затратами вычислительных ресурсов.

3 Разработана методика расчета рабочей поверхности стенок кристаллизатора и геометрических параметров, отвечающих за ее охлаждение, таких как период расположения и размеры охлаждающих каналов

Достоверность результатов, полученных в диссертации, вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и математических методов, подтверждением оценками точности и сходимости разработанных алгоритмов на тестовых примерах расчетов, а также положительными результатами проведенных испытаний опытного оборудования

Практическая ценность

1 Разработана криволинейная форма рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора Форма запатентована

2 Разработана форма рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора со срезами углов

3 Разработана методика для расчета деформирования кристаллизатора и величины искажения его формы, которая позволяет провести анализ влияния конструкции кристаллизатора на образование дефекта ромбичность на сортовых МНЛЗ

4 Проведены испытания опытных кристаллизаторов с криволинейной формой рабочей поверхности и со срезами углов Проанализированы топография износа рабочей поверхности опытных стенок и качество разливаемого металла через опытный кристаллизатор. Проведено сравнение опытных стенок кристаллизатора с применяемыми в настоящее время по качеству металла и стойкости Опытные стенки обеспечили увеличение стойкости кристаллизатора, улучшение качества поверхности разливаемых слябов и измельчение макроструктуры в области узкой грани

5 На основе разработанных методик расчета составлены компьютерные программы, позволяющие путем численного анализа

определить влияние параметров кристаллизатора на напряженно-деформированное состояние слитка и проанализировать эффективность решений, применяемых при конструировании кристаллизатора

Апробация работы В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследования докладывались на восьмом конгрессе сталеплавильщиков (г Нижний Тагил, 18-22 октября 2004г), на международной конференции «Технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г Москва, 25-26 октября 2005г ), на международной конференции «Современные технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г Москва, 16-17 мая 2006 г), на научном семинаре кафедры РК-5 в МГТУ им Н Э. Баумана (15 марта 2007 г), а также научно-технических семинарах в исследовательском центре непрерывной разливки стали ЦНИИчермет им И.П. Бардина с 2005 по 2007г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 6 работ Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, раздела с выводами и заключениями, списка литературы из 113 наименований, приложения и содержит 120 страниц машинописного текса, 10 таблиц и 101 рисунок

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, кратко изложены особенности технологического процесса непрерывного литья стали и конструкции МНЛЗ, рассмотрены проблемы качества непрерывнолитых заготовок, сформулирована цель работы и перечислены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе диссертационной работы выполнен обзор методов исследования кристаллизатора и разработанных ранее моделей, описывающих процессы, происходящие в кристаллизаторе Приведены результаты экспериментов, полученные в различных научно-исследовательских работах В том числе описаны методы измерения средней по кристаллизатору величины теплоотвода и величины теплового потока на заданном уровне, метод определения областей контакта поверхности заготовки с рабочей поверхностью кристаллизатора и изменение их во времени Разобраны проблемы связанные с измерением различных параметров в кристаллизаторе Рассмотрены работы по исследованию системы слиток-кристаллизатор по отдельным параметрам. Здесь же

отмечено, что многие исследования не дают полного представления о процессах, происходящих в кристаллизаторе, поскольку в них изучались лишь отдельные факторы Однако задача оптимизации конструкции кристаллизатора требует комплексного исследования, поскольку большое количество параметров, влияющих на слиток, взаимосвязаны

Также проанализированы результаты и данные из различных научных исследований Были рассмотрены результаты оптимизации параметров разливки для различных марок стали с точки зрения качества непрерывнолитой заготовки, которой занимались Флендер Р, Вюнненберг К, Гуляев Б.Б , Лупырев И И, Постнов Л.М. и др

Вопрос влияния температуры перегрева на качество стали освещен в работах Негода А В , Царев В Ф , Козырев Н.А , Никулина А Л, Гилева О В.

Исследования по влиянию скорости разливки на формирование слитка представлены в работах Тешима Т., Осаме М, Окимото К, Нимур Я, Дубендорф Й., Зардеман Ю, Вюнненберг К., Ли И Р, Чои Дж, Шин К, Квон ОД, Чо Д.К., Поживанов А.М, Дождиков В И, Кукарцев В М., Фарафонов В П., Шейнфельд И И, Бережанский В.Е.

Оптимизацией и исследованием режимов качания кристаллизатора занимались Сузуки М, Энгоян А М, Целиков А А, Смоляков А С, Вольф М М , Зардеман Ю., Шреве Г , Насива X , Одзаки К , Есида К

Исследованию шлакообразующих смесей посвящено много работ Выделены работы Ли И Р , Чои Дж, Шин К , Квон О Д , Чо Д К., Тсаи X Т, Мастервич К, Абратис X, Хефер Ф, Юнеман М, Зардеман Ю, Штоффель X

В настоящее время существуют несколько технических решений для конструирования кристаллизаторов со сложной геометрической формой, среди которых можно отметить решения, предложенные и запатентованные фирмами УА1, СОНСАБТ и ВНИИМетМаш

В перечисленных работах исследования проводились опытным путем Их результатом являются выводы и рекомендации в основном применяемые к существующим технологическим режимам разливки Но применительно к новым условиям разливки стали требуется и новый анализ. Из-за сложности рассматриваемых задач численные модели, которые смогли бы давать точные оптимальные значения параметров для различных условий разливки, к настоящему времени не были созданы.

Однако некоторые отдельные вопросы моделирования процессов в кристаллизаторе рассмотривались достаточно подробно. Так теплоотводом в кристаллизаторе занимался Шестаков НИ, в его работах освещены

проблемы расчета распределения температуры именно в стенках-гильзах кристаллизатора

Особо выделяются работы группы, возглавляемой Томасом Б Г, в которых освещены, как вопросы движения жидкого металла в области кристаллизатора, деформации слитка, так и деформации стенок кристаллизатора В их исследованиях моделирование движения жидкого металла осуществлялось численными методами и на специальных стендах

Однако, несмотря на то, что решение задачи распределения температуры в телах не представляет большой сложности, в существующих работах слабо освещены методы по оптимизации геометрии каналов стенок кристаллизатора с точки зрения эффективности охлаждения

Также в существующих работах практически не рассматривались методы расчета кристаллизатора с точки зрения оптимизации геометрии внутренней полости кристаллизатора.

Вторая глава диссертационной работы посвящена анализу напряженно-деформированного состояния заготовки внутри кристаллизатора. Описана разработанная упруго-вязкая модель поведения слитка, позволяющая рассчитать влияние формы рабочей поверхности стенки кристаллизатора на напряженно-деформированное состояние слитка Также описаны методы расчета деформирования заготовки внутри кристаллизатора, в том числе упрощенный метод для расчета деформирования сляба.

В предложенной упруго-вязкой модели были приняты несколько допущений Для криволинейных МНЛЗ считается, что слиток является прямыми, а не изогнутыми по радиусу МНЛЗ поскольку радиус намного больше характерных геометрических размеров слитка. В применяемой модели пренебрегали влиянием тепловых потоков вдоль слитка, поскольку основной теплоотвод осуществляется от слитка к стенкам кристаллизатора Было принято допущение, что сечение перпендикулярное оси слитка остается плоским и перпендикулярным оси слитка в процессе движения вдоль кристаллизатора

Исходя из выше изложенного, описать поведение слитка в кристаллизаторе можно посредством определения в каждый момент времени т состояния полоски на уровне г = V т, где V — скорость разливки Таким образом, решение пространственной задачи можно заменить на решение нескольких последовательных плоских задач для сечения слитка через некоторый промежуток времени <3т в пределах времени прохождения рассматриваемого сечения от мениска до низа кристаллизатора.

Для решения задачи распределения температуры в слитке

использовалось следующее уравнение, учитывающее тепло кристаллизации

зн , „

— = сЬУ(А, ягас1Т), от

т

где Н(Т)= |р сс( с1Т,

То

( Сж

(2)

эт

т <т

лик

Тсол < т < Т1ИК,

т >т

СОЛ

где р - плотность, Т - текущая температура, Т0 - начальная температура, X -теплопроводность среды; сж, ств - теплоемкость жидкой и твердой фазы соответственно, \|/ - доля жидкой фазы, которая является функцией температуры (\|/(ТС0„) = О, у(Тлик) = 1), Ь - удельная теплота фазового перехода, Тссш, Тлик - температура солидуса и ликвидуса соответственно

На внешней поверхности заготовки задавалась величина теплового потока, которая бралась из существующей опытной базы данных по теплообмену в кристаллизаторе в процессе непрерывной разливки стали

В разработанной упруго-вязкой модели принято, что деформация твердой фазы слитка состоит из трех компонентов упругой, температурной составляющей и деформации ползучести После преобразований и ввода в уравнение векторов приращения напряжений и деформаций была получена следующая система уравнений

{Дст) = И{Де} - {Аеа} + ^}(Де2 - Де^)

1т,,А_1 (3)

Аа2={ё},({Д5}-{Два}) + -

0 + цХ1-2ц)

где {Аст}т = {Лсту Асту Атху} - вектор приращения напряжений, Д<т2 -величина приращения нормального напряжения по оси г (ось слитка), {Ае}т = |абх Аеу Духу} - вектор приращения деформаций, Ае7 — величина

приращения деформации по оси г, Е - модуль упругости, ¡1 - коэффициент Пуассона,

[С] =

(1 + ц)(1-2ц)

1-й ц 0

ц 1-ц 0

0 0 1 —2ц

2 .

(1 + ц)(1-2ц)

!

{Деа} = { Де'} + {Де°}

0

{Де*} = <р1дТ О

- приращение температурных деформаций,

АТ

[3 - коэффициент температурного расширения,

{Де°} - вектор приращения деформации ползучести, Де°- величина приращения деформации ползучести по оси г

Для поиска величин деформаций ползучести применялась теория течения. Поведение материала описывалось следующей зависимостью

где а, - интенсивность напряжений, - скорость деформации ползучести, скорость деформации, к, Тс — коэффициенты, определяемые опытным путем

Качество поверхности слитка оценивалось по величине накопленной деформации ползучести и величине интенсивности напряжений

Расчет температуры, деформаций и напряжений в слябе проводился с помощью конечных элементов При расчете использовали четырех-узловой конечный элемент На каждом шаге времени Дт задача решалась в два этапа На первом этапе решалась задача распределения температуры в слитке По результатам расчета температуры определялись элементы, которые соответсвуют твердой фазе стали Для указанных элементов решалась задача деформирования.

Для решения тепловой задачи использовалось следующее уравнение, которое определяет изменения тепловой функции Н (1) внутри контура К.

где К] - часть контура проходящая внутри материала, К2 - часть контура на которой задан граничное условие в виде величины теплового потока q(z), Дт - промежуток времени, Пк - площадь внутри контура К, {п} - вектор нормали к контуру К, X — коэффициент теплопроводности, {Т} — вектор температуры в узлах элемента,

(4)

(5)

[В ]=ит

{Н}т

Р] — якобиан, т] - локальные координаты элемента,

{Ы}т={(1-Ш-Т1) О+Ш-'П) (1 + Ш + Т1) (1-ад + т1)}/4{М} -вектор функций формы конечного элемента

Тепловая задача решалась явным методом. В начальный момент во всех узлах сетки задавалась одинаковая температура и соответствующая величина тепловой функции Изменение тепловой функции в узле находилось по формуле (5) В качестве контура для интегрирования брался многоугольник вершины, которого являются центрами элементов и их сторон. По изменению величины тепловой функции находилась температура (2)

На втором этапе решалась задача деформирования Для решения использовалось следующее уравнение метода конечных элементов |[В]т[С][В]ёа {Ди} =

п (б) = |[В]т([С]{А8а}-{В}(Ае2 - ДО>Ю+ {[К]т{р}с18, а 8,

где - площадь внутри конечного элемента, [В] - матрица производных функций формы, {ДЩ - вектор приращения перемещений в узлах конечного элемента, [И] - матрица функций формы, {р} — вектор нагрузки расположенной по границе 8!

В начальный момент точное значение нормальной деформации вдоль оси движения сляба и величины приращения деформации ползучести неизвестны. Поэтому решение строилось на основе итерационного процесса

Следует отметить, что расчет усадки широкой стороны сляба с достаточной точностью возможно осуществлять по упрощенной модели. Сравнение результатов решений упрощенной и полной модели, описанной выше, показали, что упрощенная модель при снижении требований к вычислительным ресурсам обеспечивает требуемую точность расчета деформирования широкой стороны сляба и конусности кристаллизатора

В упрощенной модели применяются следующее основное допущение сечения слитка перпендикулярные поверхности заготовки остаются плоскими в процессе деформирования, неравномерность температурной деформации компенсируется деформацией ползучести, упругие деформации в данной модели не учитывались

Для описания свойств стали по ползучести применялись те же

выражения, как и в полной модели, описанной выше

После некоторых преобразований были получены следующие выражения для нахождения напряжений

стх = +£;)- Р. =+Г. )"Р. (7)

где ££ - интенсивность скорости деформации ползучести и

скорость деформации ползучести по оси х (ось параллельная поверхности слитка) и г соответственно, о, - интенсивность напряжений, р -ферростатическое давление.

Общие скорости деформации и соответственно усадка в уравнениях (7) находятся из условий-

• <1у = 0, ]а2 ёу = М(г), (8)

6 8 где 5 - толщина корки, И(г) - нормальная сила вдоль оси слитка, которая зависит от величины трения в кристаллизаторе

Задача решалась явным разностным методом в два этапа На каждом уровне (момент времени) на первом этапе решалась задача распределения температуры в слитке, далее определялись узлы сетки, соответствующие твердому состоянию стали, и затем решалась задача деформирования

Третья глава посвящена анализу состояния непосредственно стенки-гильзы кристаллизатора. Приведена разработанная модель состояния стенки-гильзы кристаллизатора Даны методы расчета распределения температуры в стенке-гильзе кристаллизатора и ее напряженно-деформированного состояния

Решение задачи деформирования гильзы-стенки кристаллизатора проводилось в пространственной постановке Было сделано допущение, что материал гильзы-стенки кристаллизатора ведет себя изотропно Для определения распределения температуры в стенке кристаллизатора используется нестационарное уравнение теплопроводности в следующем векторном виде

ргт*

р с — = с!1у(1^гас1Т), (9)

дх

где р - плотность среды, с — теплоемкость среды, Т — температура, т -время, X - теплопроводность

Со стороны слитка задается величина плотности теплового потока. Для определения величины коэффициента теплоотдачи охлаждающих каналов использовалась следующая зависимость.

N11 = 0,021 Ие0'8 Рг0'43, (10)

где № = —- - критерий Нуссельта, Рг = — - !фитерий Прандтля, Яе = ^ Я, а V

4 £

— критерий Рейнольдса, с! =- (для круглого сечения канала с1 равно

и

диаметру канала), а - коэффициент теплоотдачи, X — коэффициент теплопроводности, Г — площадь канала, и — периметр канала, V -кинематический коэффициент вязкости жидкости, а — коэффициент температуропроводности жидкости, га - скорость движения жидкости.

При расчете деформирования гильзы кристаллизатора предполагалось, что деформация состоит из трех компонент- упругой, температурной и пластической Для решения использовалось следующее уравнение

{До} = [Е>] [Ь] {Ди} - [Б] {Деа}, (11)

где {До} - вектор приращения напряжений; {Ди} — вектор приращения перемещений, {Деа} - вектор дополнительных деформаций, который состоит из двух компонентов - температурной деформации и пластической; [Ь] -матричный оператор дифференцирования, [О] — матрица коэффициентов упругости материала

В рассматриваемой модели условием начала пластичности являлось условие Хубера-Мизеса Предполагалось, что материал гильзы-стенки кристаллизатора упрочняется изотропно

Задача деформирования гильзы-стенки кристаллизатора решалась в два этапа На первом этапе вычислялись приращение температуры за некоторый промежуток времени Д-с Далее по результатам температурной задачи решалась собственно задача деформирования гильзы-стенки кристаллизатора

Задача деформирования гильзы-стенки кристаллизатора решалась методом конечных элементов При решении использовался 8-ми узловой пространственный элемент.

Для температурной задачи использовалась следующее уравнение:

+[В]т|Т|[В^<Ю+ |а{Ы}Ш}тс18

{Т} =

= {М}{К}т{Т0}<Ю + |{М}дс18 + /«{МУГ^Б, (12)

ПБ, в2

где Дт - промежуток времени, £1 — объем элемента, Б] - участок границы элемента на котором задан тепловой поток я, 8] — участок границы элемента на котором задан коэффициент теплоотдачи а (граница с водой) и температура омывающей среды Т^, {14} - вектор функции формы, {Т} и {Т0}

10

- вектор температуры в узлах элемента искомый и в начальный момент соответственно, [В] - матрица производных функций формы

По результатам решения температурной задачи на втором этапе решается задача деформирования с помощью следующего уравнения

{[В]т[р][В]<1а {ди> = |[В]т[В]{д£а}сЮ. (13)

£2 £1

На каждом шаге времени Дт задача решается в процессе нескольких итераций На начальной итерации в векторе приращения дополнительных деформаций {Леа} точно известна только величина приращения температурной деформации Приращение пластической деформации неизвестно и уточняется в процессе итераций

Для задачи оптимизации геометрии каналов использовалось уравнения стационарной теплопроводности Решение задачи распределения температуры в стенке осуществлялось разностным методом Критерием оптимизации была максимальная температура рабочей поверхности стенки В процессе решения варьировались различные геометрические параметры каналов охлаждения стенки кристаллизатора и оценивалось влияние этих параметров на максимальную температуру рабочей поверхности стенки

В четвертой главе изложены результаты применения разработанных моделей и методов

На основе упрощенной модели усадки сляба была разработана криволинейная форма рабочей поверхности узких стенок слябового кристаллизатора Был изготовлен опытный образец, который испытали в конверторном цехе ОАО «Северсталь» После испытаний было проведено исследование износа рабочей поверхности опытного кристаллизатора и сравнение с типовым оборудованием. В результате был выявлен эффект по увеличению срока службы узких стенок кристаллизатора, как минимум на 50% Данное конструктивное решение было запатентовано

На многих металлургических комбинатах мира в последнее время применяются стенки со срезами углов (см рис 1), которые позволяют снизить трение в кристаллизаторе и устранить интенсивное воздействие поверхности стенки на ребра слитка. На основе полной модели напряжено-деформированного состояния слитка был проведен расчет влияния стенок со срезами углов на напряженно-деформированное состояние слитка внутри кристаллизатора По модели было проанализировано развитие и распределение деформации ползучести в слитке в зависимости от геометрии среза (см рис 2) В районе среза предполагалось, что теплоотвод отсутствует

и тепловой поток равен нулю. Были, проведены расчеты для различной ш ирины среза..

Рис. 1. Степка кристаллизатора со срезами углов

жидкая сердцевина

| корка

а. б.

Рис- 2. Интенсивность деформации ползучести, а. 1эо = 0; б, Ьо = 1,76-5 (5 - толщина корки)

Было установлено, что с увеличением ширины среза и соответственно увеличением разогрева ребра интенсивность деформации ползучести растет (рис. 3). При этом местом интенсивного развития становится поверхность слитка в районе угла (рис. 4). Таким образом, с увеличением ширины среза и соответственно увеличением разогрева угла возрастает

вероятность образования на поверхности дефектов. Однако с другой стороны срез позволяет устранить негативное воздействие поверхности медной стенки кристаллизатора на поверхность слитка, связанное с интенсивным износом стенки в этой области и способствует снижению силы трения в кристаллизаторе и соответственно нагрузки, воздействующей на слиток Для того чтобы минимизировать негативное действие среза на напряженно-деформированное состояние слитка его следует применять в сочетании с криволинейной формой рабочей поверхности, соответствующей изменению

Рис 3 Развитие максимальной интенсивность деформации ползучести по высоте кристаллизатора в зависимости от ширины среза

Рис 4 Интенсивность деформации ползучести на поверхности слитка на выходе из кристаллизатора.

На основе проведенных расчетов и анализа была рассчитана оптимальная форма среза с точки зрения качества поверхности слитка в области ребра По результатам расчетов были выработаны рекомендации по геометрии формы рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора и изготовлен опытный образец, который был испытан в конверторном цехе ОАО «Северсталь»

В процессе испытаний анализировалась форма узкой стороны заготовки, макроструктура и качество в этой области В процессе испытаний было выявлено, что применение узких стенок со срезами не приводит к заметному изменению формы узкой стороны слитка Применение рассчитанной криволинейной формы рабочей поверхности, соответствующей «усадке» слитка, обеспечило плотный контакт между поверхностями заготовки и кристаллизатора Это привело к увеличению теплоотвода и соответственно измельчению макроструктуры Также было проведено изучение характера износа опытных стенок

В результате было установлено, что разработанная геометрия позволяет уменьшить макроструктуру заготовки и увеличить срок службы стенок кристаллизатора. В процессе испытаний наблюдался эффект по качеству снижение доли поперечных трещин и отсутствие ребровых трещин на опытном ручье. Разработанная геометрия рабочей поверхности стенок кристаллизатора позволяет перераспределить износ, уменьшить трение в кристаллизаторе и устранить негативное воздействие медных узких стенок на поверхности заготовки в области ребер

Также на основе разработанных моделей поведения гильзы-стенки кристаллизатора был проведен расчет деформирования гильзы для условий электросталеплавильного цеха ОАО «Северсталь». С помощь данной модели показано, что деформирование гильзы может привести к образованию дефекта ромбичность. Разработанная модель и методика может быть использована при проектировании конструкции гильзового кристаллизатора Применение данной модели поможет определить жесткость узла и проанализировать его с точки зрения возникновения дефекта ромбичность.

На основе разработанного метода расчета распределения температуры в стенке кристаллизатора проанализировано влияние геометрических параметров на охлаждение стенки По результатам расчета разработана методика и рекомендации для проектирования конструкции кристаллизатора.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Диссертация посвящена разработке расчетных методик, позволяющих определить рациональные конструктивные параметры кристаллизатора МНЛЗ Реализация этих параметров позволит снизить расходы на ремонт кристаллизатора и улучшить качество разливаемого металла

Основные результаты и выводы работы могут быть сформулированы следующим образом-

1 Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния слитка внутри кристаллизатора на основе метода конечных элементов и упруго-нелинейновязкой модели поведения слитка с учетом температурных деформаций

2 Разработана упрощенная методика расчета деформирования широкой стороны слитка внутри слябового кристаллизатора на основе нелинейновязкой модели поведения слитка с учетом температурных деформаций Данная методика позволяет с минимальными затратами вычислительных ресурсов рассчитать деформирование широкой стороны сляба и влияние на нее различных параметров таких, как скорость разливки, величина теплоотвода, ширина сечения, температура в промежуточном ковше и т п

3 Проведено математическое моделирование термомеханического состояния слитка и элементов кристаллизатора с целью расчета рациональной внутренней геометрии кристаллизатора Установлено, что рассчитанная нелинейная форма рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора со срезами углов обеспечивает более плотный и равномерный контакт рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора с поверхностью слитка.

4 Проведен анализ напряженно-деформированного состояния сортового кристаллизатора под воздействием тепловых и силовых нагрузок с учетом развития пластических деформаций. Показано, что для большинства эксплуатируемых кристаллизаторов характерна недостаточная жесткость конструкции, что способствует искажению формы слитка (дефект -«ромбичность»). На основе расчетов разработаны рекомендации к конструкции кристаллизатора

5 На основе расчетов созданы опытные образцы, которые были испытаны в промышленных условиях В процессе испытания было получено увеличение срока службы кристаллизатора как минимум на 50% и улучшение качества поверхности непрерывнолитой заготовки

6 Разработана методика по выбору оптимальной геометрии охлаждающих каналов стенок кристаллизатора. Данная методика позволяет на основе заданных параметров расхода и давления воды, сечения слитка рассчитать наиболее рациональную геометрию охлаждающих каналов с точки зрения эффективности охлаждения стенок кристаллизатора.

7 На основе разработанных моделей и методов расчета написаны пакеты программ, которые могут использоваться при проектировании кристаллизатора.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1 Куклев А.В, Макрушин А.А, Зарубин С.В Разработка и опробование криволинейного профиля рабочей поверхности боковых стенок слябового кристаллизатора // Труды восьмого российского конгресса сталеплавильщиков - М, 2005. - С 502-507.

2 Расчет формы поверхности узкой стороны сляба в зоне кристаллизатора / А.А Макрушин, А В. Куклев, Ю М. Айзин и др // Сталь. -2004 -№4 -С 27-30.

3 Радиальный слябовый кристаллизатор с щелевыми каналами и никелевым покрытием стенок / А А Макрушин, А В. Куклев, Ю М Айзин и др // Металлург - 2005 - №2. - С. 39-41

4 Опыт эксплуатации узких стенок слябового кристаллизатора с оптимизированной формой рабочей поверхности / A.A. Макрушин, СВ. Зарубин, Ю.М Айзин и др. // Сталь. - 2006. - № 5. - С 42

5 Патент № 2241573 Россия МКИ B22D 11/043. Кристаллизатор для непрерывного литья слябов / ОАО «Северсталь», А В Куклев, Ю.М. Айзин, С В Зарубин, A.A. Макрушин, В.Л. Данилов, А.М Ламухин, А Г Лунев, В Г Ордин, А.Я Груздев, СН Бюльгер, Г.В. Панин // Изобретения Полезные модели. Официальный бюллетень. - 2004. №34 - с 830

6 Российский опыт применения покрытий на медных стенках слябовых кристаллизаторов / AB Куклев, Ю.М. Айзин, А.А Макрушин, А В и др // Сталь - 2007. - №3. - С 17-18.

Подписано к печати 13 08 07 Заказ № 528 Объем 1,0 печ л Тираж 100 экз Типография МГТУ им НЭ Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская уя, д 5 263-62-01

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ КРИСТАЛЛИЗАТОРУ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ.

1.1. Методы исследования процессов в кристаллизаторе.

1.2. Обзор моделей процессов в кристаллизаторе.

2. РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИИ СЛИТКА ВНУТРИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА.

2.1. Математическая модель процессов, происходящих в кристаллизаторе.

2.2. Численный метод решения задачи деформации заготовки внутри кристаллизатора.

2.3. Упрощенный метод решения задачи деформации широкой стороны сляба внутри кристаллизатора.

3. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНОК КРИСТАЛЛИЗАТОРА.

3.1. Уравнения теплообмена и метод расчета температурного состояние стенок кристаллизатора.

3.2. Математическая модель деформированного состояния стенок кристаллизатора.

3.3. Численный метод решения задачи деформации стенок кристаллизатора.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ.

4.1. Разработка и испытание узких стенок слябового кристаллизатора с параболической формой рабочей поверхности.

4.2. Разработка и испытание узких стенок слябового кристаллизатора со срезами углов.

4.3. Анализ причин образования ромбичности при разливке заготовок на сортовой машине непрерывной разливки стали.

4.4. Выбор рациональной геометрии каналов стенок кристаллизатора.

В настоящее время процесс непрерывного литья стали, благодаря его технико-экономическим преимуществам, утвердился как наиболее рациональный способ получения заготовок для проката. К экономическим преимуществам непрерывной разливки стали по сравнению с разливкой в изложницы можно отнести следующие его особенности: более высокую скорость кристаллизации непрерывного слитка и возможность получения при этом заготовки, по профилю и размерам пригодной для использования непосредственно на листовых и сортовых прокатных станах. При этом исключаются тяжелые операции подготовки составов с изложницами. Благодаря автоматизации процесса улучшаются условия труда рабочих [1].

Формирование заготовки в процессе непрерывной разливки - сложный процесс. При формировании заготовки одновременно протекают процессы кристаллизации и деформирования. В связи с этим существует возможность образования внутренних и поверхностных трещин. Опыт показывает [2, 3], что неудачное конструктивное решение машины непрерывного литья заготовок (MHJ13, см. рис. 1) или неправильный режим охлаждения слитка приводят к аварийным ситуациям (прорыву жидкой стали) или к недопустимому количеству дефектов в заготовке. Высокие требования к качеству непрерывнолитых заготовок, возрастающее количество сложных марок стали, и стремление к увеличению скорости разливки при стабильности качества получаемого металла вызывают необходимость изучения процессов образования дефектов макроструктуры и связи их с конструктивными и технологическими параметрами MHJ13.

Существует несколько типов MHJ13: вертикальные, радиальные, криволинейные и горизонтальные. Несмотря на различие в конструкции все они работают по одной принципиальной схеме и состоят из следующих основных технологических узлов: промежуточного ковша, кристаллизатора,

Рис. 1. Машина непрерывной разливки заготовок зоны вторичного охлаждения (ЗВО), тянущей, а иногда и правильно-тянущей клети и устройства резки слитков (см. рис. 2).

Затвердевание слитка начинается в кристаллизаторе, внутренняя полость которого соответствует профилю отливаемой заготовки. При контакте жидкой стали с охлаждаемой поверхностью кристаллизатора на боковой поверхности слитка быстро образуется затвердевший слой металла. Затвердевшая оболочка слитка скользит относительно стенок кристаллизатора. В кристаллизатор на мениск непрерывно подается шлакообразующая смесь (ШОС), где она плавится и стекает в зазор между слитком и стенками кристаллизатора. Основные её назначения - это теплоизоляция, захват неметаллических включений из жидкой стали и снижение трения между слитком и кристаллизатором. Также для лучшего скольжения слитка относительно стенок кристаллизатора, ему придают возвратно поступательное движение механизмом качания. Из кристаллизатора слиток с еще жидкой сердцевиной поступает в ЗВО, состоящую из массивных брусьев или роликов и группы форсунок, подающих воду на поверхность слитка. В результате интенсивного охлаждения толщина затвердевшей оболочки слитка быстро увеличивается. Степень охлаждения и скорость вытягивания слитка обычно подбирают такими, чтобы жидкая сердцевина его затвердевала ранее, чем слиток достигнет клети тянущих роликов. После клети тянущих роликов затвердевший слиток затем разрезают на заготовки.

К машинам вертикального типа принято относить установки, в которых технологическая ось заготовки остается вертикальной на участке от начала до полного затвердевания слитка и разрезки его на мерные длины. MHJI3 этого типа исторически были первыми. Машины этого типа имеют несомненные достоинства - это хорошие условия кристаллизации слитка, относительно простая конструкция, компактность в плане. В отличие от радиальных и криволинейных машин слиток по длине машины не изгибается и величина деформаций в слитке меньше. Благодаря этому на вертикальных

Заготовка / пи

Ковш

Жидкая сталь

Пр о межут очный ковш

Кристаллизатор

Жидкая сердцевина

Водовоздушное охлаждение

Погружной стакан

Мениск

Под д ержив ающий ролик

Оболочка заготовки

Точка реза

Ручей

Рис. 2. Схема процесса непрерывной разливки стали машинах лучше разливаются трещинно-чувствительные марки стали. Наряду с этим они имеют недостатки, органически связанные с их вертикальной компоновкой. Увеличение сечения слитка и повышения скорости разливки неизбежно должны сопровождаться увеличением длины жидкой лунки (т.е. длины незатвердевшей части слитка), а значит, и общей высоты установки, что приводит к резкому возрастанию капитальных затрат, усложнению эксплуатации и технологического процесса разливки. Поэтому главным недостатком MHJI3 вертикального типа является ограничение скорости разливки или сечения отливаемой заготовки, а значит, и производительности установки.

Для криволинейных MHJI3 на первом участке ЗВО поддерживающие устройства расположены по дуге окружности, соответствующей кривизне кристаллизатора. Далее следует участок выпрямления заготовки с плавным увеличением радиуса кривизны и затем горизонтальный участок. В MHJI3 радиального типа в отличие от криволинейной машины кривизна слитка, заданная кристаллизатором, сохраняется неизменной до его полного затвердевания. Соответственно ролики вторичного охлаждения, поддерживающие слиток, располагаются по дуге окружности с постоянным радиусом. Выпрямление полностью затвердевшего слитка производится одностадийно при выходе его в горизонтальное положение валками правильно-тянущего устройства.

Кристаллизатор является одним из важнейших узлов MHJI3, так как в нем происходит формирование непрерывного слитка (рис. 3). Основное назначение кристаллизатора - это формообразование слитка и отвод от кристаллизующейся стали такого количества тепла, которое обеспечивает условия для непрерывного формирования твердой оболочки слитка достаточной толщины и прочности, чтобы она не разрушалась на выходе из кристаллизатора под действием трения и ферростатического давления. Здесь следует отметить, что на MHJI3 разливаются заготовки различной формы и размера поперечного сечения. Используется также классификация MHJI3 по

Рис. 3. Кристаллизатор для криволинейной MHJ13 1 - стенка кристаллизатора; 2 - корпус кристаллизатора 3 - каналы для воды. типу поперечного сечения заготовки на сортовые, блюмовые и слябовые машины. На сортовых машинах разливаются заготовки различной формы л поперечного сечения, площадь которого не превышает 0,07 м . На блюмовых машинах разливаются заготовки прямоугольной и квадратной формы л поперечного сечения, площадью от 0,07 до 0,1 м . Слябом называют заготовку с прямоугольной формой поперечного сечения, одна из сторон прямоугольника которого в несколько раз больше другой. Для охлаждения жидкого металла в кристаллизаторе используют хорошо проводящие тепло материалы - медь и бронзу. Для охлаждения теплопроводящего материала используется вода, которая непрерывно подается в кристаллизатор и отводится из него. На сортовых машинах для охлаждения используется цельная гильза (рис. 4), которая с внешней поверхности обтекается, охлаждается водой. На блюмовых и слябовых машинах полость под металл формируется из четырех стенок, в которых сделаны каналы для охлаждающей воды (рис. 5).

Поскольку кристаллизатор отвечает за начальное формирование заготовки, работа кристаллизатора в значительной мере определяет качество поверхности непрерывнолитой заготовки. В связи с этим к кристаллизатору предъявляются требования по обеспечению удовлетворительного качества непрерывнолитой заготовки. Вопросы качества полностью до сих пор не изучены. Из-за высоких температур существуют большие трудности по изучению процессов, происходящих в области кристаллизатора. Кристаллизатор является сложной системой с большим количеством параметров, влияющих на его работу: свойства ШОС (температуру плавления, теплопроводность, вязкость и т.п.), амплитуда и частота качания кристаллизатора, свойства разливаемой марки стали, скорость разливки и др. Существующие в настоящее время отдельные модели процессов происходящих в кристаллизаторе не могут полностью объяснить влияния некоторых параметров на качество поверхности заготовки. Вопрос

Рис. 4. Гильза

Рис. 5. Четыре стенки кристаллизатора ответственности кристаллизатора за образование дефектов является очень сложным и представляет огромный интерес.

Другим важным моментом является снижение себестоимости изготовления непрерывнолитых заготовок. В связи с этим очень важным является вопрос увеличения стойкости стенок кристаллизатора [4]. Основными причинами снятия кристаллизатора из эксплуатации является износ и образование зазора в стыках между стенками для блюмовых, слябовых кристаллизаторов.

Причиной образования зазора в стыках между четырьмя стенками являются неравномерные пластические деформации в них. В настоящий момент эту проблему можно считать решенной, поскольку разработано и широко используется большое количество методик для решения данной проблемы [5-9].

Большой интерес представляет проблема увеличения стойкости кристаллизатора по износу. Износ устранить полностью невозможно, стенка кристаллизатора должна плотно контактировать с поверхностью слитка для отвода тепла. В настоящее время разрабатываются различные технологические решения для контроля процесса износа и снижения его интенсивности.

Таким образом, кристаллизатор представляет большой интерес. Как показывает мировой опыт проблемы связанные с кристаллизатором необходимо решать комплексно, требуется не только анализ состояния стенок или гильзы кристаллизатора, но также необходимо учитывать состояние заготовки и различные процессы, связанные с кристаллизатором.

В первой главе настоящей диссертационной работы выполнен обзор методов исследования кристаллизатора и разработанных ранее моделей описывающих процессы, происходящие в кристаллизаторе. Описаны результаты экспериментов, полученные в различных научно-исследовательских работах.

Вторая глава настоящей диссертационной работы посвящена анализу состояния заготовки внутри кристаллизатора. Во второй главе описана модель, разработанная в рамках настоящей диссертационной работы. Также описаны методы расчета деформации заготовки внутри кристаллизатора, в том числе упрощенный метод для расчета деформации сляба.

Третья глава настоящей диссертационной работы посвящена анализу состояния самой стенки-гильзы кристаллизатора. Здесь описана разработанная модель состояния стенки-гильзы кристаллизатора. Приведены методы для расчета распределения температуры в стенке-гильзе кристаллизатора и её напряженно-деформированного состояния. Следует отметить, что одним из главных требований при проектировании кристаллизатора из условия минимизации вероятности возникновения зазора в стыке является обеспечение минимального нагрева стенок кристаллизатора. Для этого при проектировании кристаллизатора обязательно проводят расчет распределения температуры в его стенках [6]. Задача нахождения распределения температуры в однородных телах является достаточно простой. Для решения её существует большое количество методик, которые описаны в большом количестве работ в научной литературе. Много работ посвященных именно вопросу тепловой работы стенок кристаллизатора у Шестакова Н.И. [10 - 22]. Несмотря на это, работ, окончательно поставивших точку в вопросе о методах поиска оптимальной геометрии стенок кристаллизатора из условия эффективности их охлаждения, в научной литературе не встречается, хотя этот вопрос очень интересует конструкторов, занимающихся проектированием кристаллизаторов. В последних частях третьей главы настоящей диссертационной работы проведен анализ влияния геометрических параметров стенки кристаллизатора на её охлаждение и предложен алгоритм для поиска оптимальной геометрии.

Результаты применения разработанных моделей и методов отображены в четвертой главе настоящей диссертационной работы.

На основе разработанных моделей и методов в рамках настоящей работы были рассчитана форма оптимальная форма рабочей поверхности узких стенок слябового кристаллизатора и созданы несколько опытных образцов, которые испытали в конверторном цехе ОАО «Северсталь».

Разработанная модель деформации гильз-стенки кристаллизатора использовалась при анализе причин образования дефекта ромбичность на сортовых УНРС электросталеплавильного цеха ОАО «Северсталь».

Также разработанный в рамках настоящей диссертационной работы метод расчет распределения температуры в стенках' кристаллизатора использовался для выработки рекомендаций к проектированию кристаллизаторов.

Помимо введения и четырех глав данная диссертационная работа содержит раздел с основными результатами и выводами по работе, список литературы и приложения.

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационной работы:

1. Методика расчета напряженно-деформированного состояния слитка внутри кристаллизатора на основе метода конечных элементов и упруго-нелинейной модели поведения с учетом температурных деформаций.

2. Упрощенная методика расчета деформирования широкой стороны сляба на основе нелинейно-вязкой модели поведения с учетом температурных деформаций.

3. Метод поиска оптимальной геометрии стенок кристаллизатора MHJI3 из условия эффективности их охлаждения.

4. Методика расчета напряженно-деформированного состояния стенок, гильзы кристаллизатора на основе метода конечных элементов и упруго-пластической модели поведения с учетом температурных деформаций.

5. Результаты проведенных исследований и испытаний опытных образцов, созданных на основе разработанных методик и моделей.

В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследования докладывались на восьмом конгрессе сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 18-22 октября 2004г.), на международной конференции «Технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г. Москва, 25-26 октября 2005г.), на международной конференции «Современные технологии и оборудование для внепечной обработки и непрерывной разливки стали» (г. Москва, 16-17 мая 2006 г.), на научном семинаре кафедры РК-5 в МГТУ им. Н.Э. Баумана (15 марта 2007 г.), а также научно-технических семинарах в исследовательском центре непрерывной разливки стали ЦНИИчермет им. И.П. Бардина с 2005 по 2007г.

На разработанную, на основе проведенных расчетов и испытаний геометрию, стенок кристаллизатора получен патент [23] (см. приложение № 1).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах [23-28].

1. ОБЗОР РАБОТ ПОСВЯЩЕННЫХ КРИСТАЛЛИЗАТОРУ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

В настоящей главе проведен обзор работ, посвященных кристаллизатору МНЛЗ и процессов происходящих в нем. В данной главе описываются различные методы исследования. Также здесь отображены параметры, влияющие на процессы в кристаллизаторе, и работы посвященные исследованию влияния этих параметров.

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработаны математические модели, методики и программы для расчета различных параметров кристаллизатора.

1.1. Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния слитка внутри кристаллизатора с помощью метода конечных элементов на основе упруго-вязкой модели поведения слитка с учетом температурных деформаций. Благодаря данной методике, возможно рассчитать влияние различных параметров на напряженно-деформированное состояние слитка.

1.2. Разработана методика расчета деформации широкой стороны слитка внутри слябового кристаллизатора на основе вязкой модели поведения слитка с учетом температурных деформаций. Данная методика позволяет с минимальными затратами по времени рассчитать усадку широкой стороны сляба и влияние на неё различных параметров таких как скорость разливки, величина теплоотвода, ширина сечения, температура в промежуточном ковше и т.п. Данная методика может применяться при расчетах конусности узких стенок кристаллизатора и формы их рабочей поверхности.

1.3. Разработана методика по расчету деформации кристаллизатора с помощью метода конечных элементов на основе упруго-пластической модели поведения, учитывающей температурные деформации. Данная методика позволяет оценить деформацию узлов кристаллизатора под воздействием тепловых и силовых нагрузок с учетом развития пластических деформаций в них.

1.4. Разработана методика по выбору оптимальной геометрии каналов стенок кристаллизатора. Данная методика позволяет на основе заданных параметров: расхода и давления воды, сечения слитка рассчитать наиболее рациональную геометрию каналов с точки зрения эффективности охлаждения стенок кристаллизатора.

1.5. На основе разработанных моделей и методов расчета разработаны пакеты программ, которые могут использоваться при проектировании кристаллизатора.

2. Проведено математическое моделирование термомеханического состояния слитка и элементов кристаллизатора. Рассчитаны различные параметры кристаллизатора.

2.1. Разработана параболическая форма рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора обеспечивающая более плотный и равномерный контакт рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора с поверхностью слитка. Форма запатентована.

2.2. Разработана форма рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора со срезами углов, позволяющая устранить негативное воздействие меди в области углов слитка и обеспечивающая более плотный и равномерный контакт рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора с поверхностью слитка.

2.3. Рассчитана деформация гильзы сортового кристаллизатора. На основе расчетов разработаны рекомендации к конструкции кристаллизатора для устранения дефекта ромбичность.

3. Результаты расчета опробованы в промышленных условиях.

3.1. Проведены испытания опытного кристаллизатора с параболической формой рабочей поверхности. Проанализирована топография износа рабочей поверхности опытных стенок и проведено сравнение с применяемыми в настоящее время стенками кристаллизатора. В результате получено увеличение стойкости стенок кристаллизатора.

3.2. Проведены испытания опытного кристаллизатора со срезами углов. Проанализирована топография износа рабочей поверхности опытных стенок и качество разливаемого металла через опытный кристаллизатор. Проведено сравнение с типовым кристаллизатором. В результате получено увеличение стойкости кристаллизатора и улучшение качества поверхности разливаемых слябов. Отмечено измельчение макроструктуры в области узкой грани.

184

1. Тарасов Б.Е., Емельянов А.Н. Экономический анализ непрерывной разливки стали. - М.: Металлургия, 1982. - 80 с.

2. Тепловые процессы при непрерывном литье стали / Ю.А. Самойлович, С.А. Крулевецкий, В.А. Гориянов, З.К. Кабаков. М.: Металлургия, 1982.- 152 с.

3. Исследование непрерывной разливки стали: Пер. с англ. / Под ред. Дж.Б. Лина. М.: Металлургия, 1982. - 200 с.

4. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1984. - 200 с.

5. Николаев А.К. Материалы для кристаллизатора непрерывного литья слитка // Цветные металлы. 1983. - №12. - С. 51-55.

6. Ермолюк Т.Д., Лях А.П., Целиков А.А. Повышение эксплуатационной стойкости кристаллизатора МНЛЗ // Сталь. 1985. - №6. - С. 33-36.

7. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

8. Повышение эксплуатационной стойкости кристаллизаторов МНЛЗ / А.Е. Титлянов, А.Г. Радюк, В.И. Вышегородцев и др. // Сталь. 1996. - №7. - С 23.

9. Устранение зазоров между стенками сборных кристаллизаторов МНЛЗ с помощью нанесения газотермических покрытия / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, Б.А. Сивак, А.С. Грицан // Металлург. 2005. - №9. - С. 5861.

10. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Исследование термического сопротивления рабочей стенки кристаллизатора машины непрерывного литья методом моделирования // Машиноведение. -1981.-№3.-С. 90-91.

11. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Расчет толщины твердой фазы слитка на выходе из кристаллизатора // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1982.-№1,-С. 125-127.

12. Шестаков Н.И. Шичков А.Н. Расчет теплопередачи в кристаллизаторе // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1982. - №3. - С. 138-140.

13. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Теплоотдача от расплавленного металла к твердой фазе при непрерывной разливке // Известия АН СССР. Металлы. 1984. - №3. - С. 85-87.

14. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Расчет теплообмена в кристаллизаторе // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1984. - №5. - С. 129-132.

15. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Расчет термического сопротивления рабочей стенки кристаллизатора с цилиндрическими водоохлаждаемыми каналами // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1990. - №3. - С. 70-72.

16. Шестаков Н.И. Теплообмен в оболочке непрерывно отливаемого слитка // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. - №5. - С. 69-70.

17. Шестаков Н.И. Расчет теплового потока от жидкого металла при непрерывной разливке // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. - №7. - С. 95-97.

18. Шестаков Н.И., Шичков А.Н. Расчет теплопередачи от жидкого металла к охлаждающей воде при непрерывном литье слябовых заготовок // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. - №9. - С. 2425.

19. Шестаков Н.И. Расчет температурного поля непрерывного слитка при заданной интенсивности охлаждения // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1991. - №4. - С. 81-82.

20. Шестаков Н.И., Макаров А.П., Иванов Ю.И. Теплообмен в рабочей стенке кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1991. №11. - С. 27-29.

21. Шестаков Н.И. Теплообмен в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1993. - №9, 10.-С. 18-20.

22. Шестаков Н.И., Луканин Ю.В., Костин Ю.П. Закономерности теплообмена в кристаллизаторе // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1994. - №1. - С. 22-23.

23. Куклев А.В., Макрушин А.А., Зарубин С.В. Разработка и опробование криволинейного профиля рабочей поверхности боковых стенок слябового кристаллизатора // Труды восьмого российского конгресса сталеплавильщиков. М., 2005. - С. 502-507.

24. Расчет формы поверхности узкой стороны сляба в зоне кристаллизатора / А.А. Макрушин, А.В. Куклев, Ю.М. Айзин и др. // Сталь. 2004. - №4. - С. 27-30.

25. Радиальный слябовый кристаллизатор с щелевыми каналами и никелевым покрытием стенок / А.А. Макрушин, А.В. Куклев, Ю.М. Айзин и др. // Металлург. 2005. - №2. - С. 39-41.

26. Опыт эксплуатации узких стенок слябового кристаллизатора с оптимизированной формой рабочей поверхности / А.А. Макрушин, С.В. Зарубин, Ю.М. Айзин и др. // Сталь. 2006. - № 5. - С. 42.

27. Российский опыт применения покрытий на медных стенках слябовых кристаллизаторов / А.В. Куклев, Ю.М. Айзин, А.А. Макрушин, и др. // Сталь. 2007. - №3. - С. 17-18.

28. Сорокин Л.И., Жуковсий С.И., Онищенко К.И. Устройство для измерения степени нагрева воды, охлаждающей кристаллизатор

29. Бюллетень центрального научно-исследовательского института информации и технико-экономических исследований черной металлургии. 1972. - №13. - С. 43.

30. Островский Ю.Б., Шерман М.Я. Автоматический тепломер для исследования технологических процессов // Металлург. 1959. - №5. -С. 23-25.

31. Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В.Т. Сладкоштеев, Р.В. Потанин, О.Н. Суладзе, B.C. Рутес. М.: Металлургия, 1974. - 288 с.

32. Евтеев Д.П. Основные закономерности теплообмена между кристаллизатором и плоским слитком // Сталь. 1969. - №8. - С. 696700.

33. Влияние теплопроводности стенки кристаллизатора на качество непрерывного круглого слитка / Г.Ф. Коновалов, М.М. Бурьков, П.С.

34. Ефремов, П.Г. Шмидт // Проблемы стального слитка: Физико-химические и теплофизические процессы кристаллизации стальных слитков. Труды V конференции по слитку. М.: Металлургия, 1974. -Т. 5.- С.622-626.

35. Hebert L., Gilles Т. Development of thermal solidification models for Bethelem's slab caster // Steelmaking Conference Proceedings. Dallas, TX, 1993. - Vol. 76. - P. 315-328.

36. Бережанский B.E., Дождиков В.И, Емельянов В.А. Методика определения температур и тепловых потоков в стенке кристаллизатора // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1987. - №5. - С. 154.

37. Рутес B.C., Куклин Н.Н., Евтеев Д.П. Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки. М.: Металлургия, 1967. - 144 с.

38. Влияние градиента температуры на кристаллическую структуру литья / В.А. Ефимов, А.С. Эльдарханов, А.С. Нурадинов, Е.Д. Таранов // Сталь. 2001. - №5. - С. 25-27.

39. Физическое металловедение: Пер. с англ. / В. Тиллер, К. Джексон, Б. Чалмерс и др. М.: Мир, 1967. - Т.2. - 490 с.

40. Флеминге М.С. Процессы затвердевания: Пер. с англ. М.: Мир, 1977.- 423 с.

41. Саратовкин Д.Д. Дендритная кристаллизация. М.: Металлургиздат, 1957.- 127 с.

42. Spittle J. A., Lloyd D. М. Dendrite arm spacings in hypoeutecting Pb Sb alloys directionally solidified under steady and non-steady conditions // Solidifications and Casting of Metals. - Sheffield, 1977. - P. 15-20.

43. Влияние внешних воздействий на структурообразование и неметаллические включения при кристаллизации стали / В.А. Ефимов, А.С. Эльдарханов, Е.Д. Таранов, А.С. Нурадинов // Сталь. 1999. - №7.- С. 27-30.

44. Дерябина Г.Н., Рипп А.Г. Измерение соотношения жидкой и твердой фаз непрерывного слитка // Дефектоскоп. 1980. - №10. - С. 20-28.

45. Исследование метода и устройства автоматического контроля толщины корочки слитка на МНЛЗ / О.В. Носоченко, Г.Н. Дерябина, З.В. Овчеренко, A.M. Диденко // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1980. - №2. - С. 55-56.

46. Радиоизотопный метод и устройство для измерения толщины формирующейся корочки заготовки при отливке на УНРС / О.В. Носоченко, Г.Н. Дерябина, А.В. Покровский и др. // Заводская лаборатория. 1979. - Т. 45, №2. - С. 177-179.

47. Рудой Л.С. К вопросу о формировании и поведении непрерывного стального слитка в кристаллизаторе // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1962. - №2. - С. 51-55.

48. Einsatz fortgeschrittener Verfahren zur Zustandsiiberwachung von Kokillenhub und GieBmashine. M. Perkuhn, E. Hoffken, H.-J. Strodhoff, P. Frank // Vortrag Zur Veranstaltung 3. Duisburger Stanggiefitage. -Duisburg, 1991.-S. 7-8.

49. Schmid M. Determination of Frictional Forces Between Strand and Mould // Concast News. 1973. - №12. - P. 6-8.

50. Херинг Л., Хеллер Х.-П., Фенцке Х.-В. Исследования выбора разливочного порошка при непрерывном литье слябов // Черные металлы. 1993. - №1 - С. 25-29.

51. Флендер Р., Вюнненберг К. Образование внутренних трещин в непрерывнолитых заготовках // Черные металлы. 1982. - №23. - С. 2432.

52. Третьяков А.В., Трофимов Т.К., Гурьянов М.К. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. М.: Машиностроение, 1971. - 64 с.

53. Гуляев Б.Б., Лупырев И.И., Постнов Л.М. Образование горячих трещин в стальных отливках // Горячие трещины в сварных соединениях, слитках и отливках. М.: Изд. АН СССР, 1959. - С.51-67.

54. Влияние температурно-скоростных режимов на качество непрерывнолитых блюмов рельсовой стали / А.В. Негода, В.Ф. Царев, Н.А. Козырев и др. // Сталь. 2000. - №3. - С. 20-22.

55. Moitra A., Brian G., Hong Zhit Т. Application of termo-mechanical model for steel behavior in continuous slab casting // Steelmaking Conference Proceedings. Dallas, TX, 1993. - Vol. 76. - P. 663-668.

56. Improvements of surface property of steel at high casying speed / T. Teshima, M. Osame, K. Okimoto, Y. Nimura // Steelmaking Conference Proceedings. Warrendale, PA, 1988. - Vol. 71. - P 111-118.

57. Дубендорф Й., Зардеман Ю., Вюнненберг К. Плотность теплового потока и рост толщины оболочки в кристаллизаторе при высоких скоростях разливки круглых заготовок на сортовой МНЛЗ // Черные металлы. 1983. - №26. - С.4-10.

58. Оптимизация процесса непрерывной разливки стали путем улучшения теплопередачи в кристаллизаторе / A.M. Поживанов, В.И. Дождиков, В.М. Кукарцев и др. // Сталь. 1986. - №7. - С. 20-22.

59. Suzuki М. The relationship between morphologies of oscillation marks and mold oscillation mode // Tetsu-to-Hagane. 1987. - V. 73, №4. - P. 257.

60. Энгоян A. M., Целиков А.А., Смоляков A.C. Расчет и анализ оптимальных параметров трапецеидального закона качания кристаллизатора // Новое в создании металлургических машин: Научн. тр. ВНИИметмаш. М.: ВНИИметмаш, 1985. - С. 70-81.

61. Зардеман Ю., Шреве Г. Влияние сталеразливочной смеси на трещинообразование при непрерывной разливке на слябы // Черные металлы. -1991. №12. - С. 58-65.

62. Комбинированная блюмово-слябовая MHJI3 / X. Насива, К. Одзаки, К. Есида, X. Томоно // Черные металлы. 1985. - №14. - С. 31-34.

63. Непрерывное литье стали. Труды Международной конференции: Пер. с англ. / Под ред. И.Н. Колыбалова и Б.Е. Гуревича М.: Металлургия, 1982.-480 с.

64. Samarasekera I.V., Anderson D.L., Brimacombe J.K. The thermal distortion of continuous-casting billet molds // Metallurgical Transactions B. 1982. -Vol. 13B.-P. 91-104.

65. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. The influence of mold behavior on the production of continuously cast steel billets // Metallurgical Transactions B. 1982.-Vol. 13B.-P. 105-116.

66. Ермолюк Т.Д., Лях А.П. Пути увеличения сроков межремонтной службы кристаллизаторов радиальных блюмовых МНЛЗ // Сталь. -1990. №2. - С.43-46.к*

67. Хорбах У., Коккентидт И., Юнг. В. Литье сортовых заготовок в высокой скоростью через кристаллизатор параболического профиля //MPT. 1999.-С.42-51.

68. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987. - 244 с.

69. Расчетно-аналитические исследования тепловых процессов в кристаллизаторе / Л.В. Буланов, Р.Ф. Асанов, В.Е. Волегова, Е.П. Лобанов // Сталь. 1999. - №9. - С.24-26.

70. Теплопередача в кристаллизаторе MHJI3 при работе с различными сталеразливочными смесями / X. Абратис, Ф. Хёфер, М. Юнеман и др. // Черные металлы. 1997. - №9. - С. 32-37.

71. Левин П.А. Исследование процесса формирования поверхности непрерывного слитка при взаимодействий с подвижным кристаллизатором // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1990. -№6.-С. 17-20.

72. Математическая модель гидродинамики смазки в системе слиток-кристаллизатор / Д.А. Дюдкин, А.В. Моргунов, Н.И. Захаров и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1991. - №7. - С. 27-29.

73. Условия формирования корки непрерывнолитого слитка / Д.А. Дюдкин, Н.А. Маняк, П.А. Левин, И.Б. Шукстульский // Сталь. 1987.- №9. С. 43-45.

74. Акмен Р.Г., Кубрик Б.И., Ильченко О.Т. О распределение тепловых потоков в кристаллизаторе МНЛЗ и слитке // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1982. - №12. - С. 110-114.

75. Акмен Р.Г., Кубрик Б.И. Исследование термического состояния и особенностей поведения непрерывной заготовки в нижней зоне кристаллизатора УНРС // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1981.- №2. С. 103-106.

76. Акмен Р.Г., Кубрик Б.И., Ильченко О.Т. Исследование динамики формирования шлакового гарнисажа и изменение газового зазора в кристаллизаторе МНЛЗ методом математического моделирования // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1982. - №2. - С. 86-90.

77. Исследование зоны контакта слитка и стенки кристаллизатора МНЛЗ / В.М. Паршин, В.И. Дождиков, В.Е. Бережанский, И.И. Шейнфельд // Сталь. 1987. - №9. - С. 26-28.

78. Yuan Q., Thomas В. G., Vanka S. P. Turbulent flow and particle motion in continuous slab-casting molds // ISSTech 2003. Indianapolis, 2003. - P. 913-927.

79. Thomas B.G., L.J. Mika, F.M. Najjar. Simulation of fluid flow inside a continuous slab casting machine // Metallurgical Transactions B. 1990. -Vol. 21B(2).-P. 387-400.

80. Transient flow structures in continuous casting of steel / S. Sivaramakrishnan, H. Bai, B. G. Thomas et al. // 83rd Steelmaking Conference Proceedings. Warrendale, PA, 2000. - Vol. 83. - P. 541-557.

81. Thomas B.G., O'Malley R., Shil T. Validation of fluid flow and solidification simulation of a continuous thin-slab caster // MCWASP IX. Aachen, Germany, 2000. - P. 769-776.

82. Sivaramakrishnan S., Thomas B.G., Vanka S.P. Large eddy simulation of turbulent flow in continuous casting of steel // Materials Processing in the Computer Age III. Nashville, TN, 2000. - P. 189-198.

83. Comparison of four methods to evaluate fluid velocities in a continuous slab casting mold / B. G. Thomas, Q. Yuan, S. Sivaramakrishnan et al. // ISIJ International. 2001. - Vol. 41, No. 10. - P. 1262-1271.

84. Thomas B. G., Zhang L. Mathematical modeling of fluid flow in continuous casting // ISIJ International. 2001. - Vol. 41, No. 10. - P. 1181-1193.

85. Simulation of turbulent flow and particle transport in the continuous casting of steel / Q. Yuan, T. Shi, S.P. Vanka, B.G. Thomas // Computational Modeling of Materials Minerals and Metals. Warrendale, PA, 2002. - P. 491-500.

86. Thomas B. G. Fluid flow in the mold. // Making, Shaping and Treating of Steel: Continuous Casting. Pittsburgh, PA, 2003. - Vol. 5. - P. 14.1-14.41.

87. Li C., Thomas B.G. Maximum casting speed for continuous cast steel billets based on sub-mold bulging computation // 85th Steelmaking Conf. Proc. Nashville, TN, 2002. - P. 109-130.

88. Li C., Thomas B.G. Thermo-mechanical finite element model of shell behavior in continuous casting of steel // TMS. 2003. - P. 385-392.

89. Park J.-K., Thomas B.G., Samarasekera I.V. Mold crack formation of the funnel shaped mold during thin slab casting // 85th Steelmaking Conference Proceedings. Warrendale, PA, 2002. - P. 245-257.

90. Analysis of thermal and mechanical behavior of copper mould during thin slab casting/ J.K. Park, I.V. Samarasekera, B.G. Thomas, U.S. Yoon // 83rd Steelmaking Conference Proceedings. Warrendale, PA, 2000. - Vol. 83. -P. 9-21.

91. Thermal and mechanical behavior of copper molds during thin-slab casting: Mold crack formation / J.K. Park, B.G. Thomas, I.V. Samarasekera, U.S. Yoon // Metallurgical and Materials Transactions B. 2002. - Vol. 33B. - P. 425-449.

92. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. -М.: Наука, 1975.-228 с.

93. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975. - 400 с.

94. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А. Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М.: Металлургия, 1991. -272 с.

95. Казанцев А.Г. Малоцикловая усталость при сложном термомеханическом нагружении. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-248 с.

96. Взаимодействие слитка с кристаллизатором при непрерывном литье тонких слябов / B.J1. Данилов, С.В. Зарубин, • Б.А. Сивак, и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1997. - №6. - С. 11-13.

97. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М.: Энергия, 1977. - 344 с.

98. Ю4.Хазен М.М., Казакевич Ф.П., Грицевский М.Е. Общая теплотехника. -М.: Высшая школа, 1966. 426 с.

99. Восстановление кристаллизаторов путём нанесения газотермических покрытий / А.Г. Радюк, Н.В. Андросов, А.Ф. Копылёв, и др. // Сталь. -1998.-№7.-С. 22-26.

100. Нехендзи Ю.А. Стальное литьё. М.: Металлургиздат, 1948. - 766с.

101. Процессы непрерывной разливки: Монография / А.Н. Смирнов, B.J1. Пилюшенко, А.А. Минаев, С.В. Момот, Ю.Н. Белобров // Донецк: ДонНТУ, 2002. 536 с.

102. Wersching G., Fitzel Н., Stiftinger М. Latest solutions for high-performance slab casting // VAI Continous-Casting and Hot-Rolling Conference. Linz, Austria, 2004. - P. 8.1-8.8.

103. Высокоскоростная MHJ13 производства ФАИ / Ж.Jl. Минг, Х.П. Коглер, Г. Зедербауэр, X. Тёнэ // Сталь. 2001. - №1. - С. 62-64.

104. Новейшее оборудование для высокопроизводительной непрерывной разливки / А. Айхингер, К. Фрауэнхубер, X. Хёдль, К. Мёрвальд // Сталь. 2000. - №3. - С. 25-28.

105. Prevention of distortion in a continuously-cast square alloy steel billet / V.P. Perminov, N.M. Lapotyshkin, V.E. Girskii, A.I. Chizhkov // Stal. in English. 1968. - Vol. 7. - P. 560-563.

106. Mori H. Causes and Prevention of Defects in Continuous Casting: Pt. 1 //Tetsu-to-Hagane. 1972.- Vol. 58, No.10. - P. 1511-1525.

107. Механика жидкости и газа: Учебник для вузов / С.И. Аверин, А.Н. Минаев, B.C. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко М.: Металлургия, 1987. -304 с.ф an с Приложение № 1• 1 ИЮН 200i

108. РОССИЙСКОЕ АГЕНТСТВО ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ1. РОСПАТЕНТ) ОТДЕЛ 02

109. J ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ Ш?4>

110. ПРОМЫШЛЕННОЙ СОБСТВЕННОСТИ .—

111. Пережковская наб., 30, корп. 1, Москва, Г-59, ГСП-5, 123995 I 162600, Вологодская обл., I

112. Телефон 240 60 15. Телеке 114818 ПДЧ. Факс 243 33 37 Г. ЧереПОВвЦ, ул. Мира, 30,

113. На № 51/2-705-8415от 05.05.2004 0А0 «Северсталь»,

114. Начальнику управления качества21. наш № 2003125551/02(027219) А'М* ЛамУхину

115. При переписке просим ссылаться на номер заявки и I . Iсообщить дату поучения данной корреспонденции I I1. РЕШЕНИЕ О ВЫДАЧЕ1. ПАТЕНТА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ1. N,

116. Заявка № 2003125551/02(027219) (22) Дата подачи заявки 18.08.2003 (24) Дата начала отсчета срока действия патента 18.08.2003 (85) Дала перевода международной заявки на национальную фазу

117. ПРИОРИТЕТ УСТАНОВЛЕН ПО ДАТЕ

118. Номер первой(ых) (32) Дата подачи первой(ых) (33) Код страны Пунктзаявки(ок) заявки(ок) формулы1.

119. Номер публикации и дата публикации заявки РСТ

120. Автор(ы) Куклев А.В., Айзин Ю.М., Зарубин С.В., Макрушин А.А., Данилов B.JI., Ламухин A.M., Лунев А.Г., Ордин В.Г., Груздев А.Я., Бюльгер С.Н., Панин Г.В., RU

121. Патентообладатель(и) Открытое акционерное общество «Северсталь», RUуказать кт) страны15!)MnK7B22D 11/043

122. Название изобретения Кристаллизатор для непрерывного литья слябойсм. на обогяте)01дом 12.05.20040237011. Форма № Ola21.2003125551/0254.(57)

123. При публикации сведений о выдаче патента будет опубликовано описание, скорректированное заявителем, первоначальные чертежи и реферат, скорректированный экспертизой.