Влияние внешних физических воздействий на формирование структуры и свойств металлических заготовок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Ахтаев Салман Сайд-Селимович

• Ахтаев Салман Сайд-Селимович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Ахтаев Салман Сайд-Селимович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ХАРАКТЕРЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

1.1 Теплофизические особенности формирования литых заготовок________11

1.1.1 Теплоотвод как способ регулирования процессов кристаллизации и структурообразования Сплавов

1.1.2 Некоторые аспекты формирования заготовок

в кристаллизаторе МНЛЗ

1.2 Характер влияния вибрации и газоимпульсного перемешивания

на процессы кристаллизации Сплавов

1.2.1 Виброимпульсная обработка Сплавов

1.2.2 Газоимпульсная обработка Сплавов

1.3 Влияние электромагнитного перемешивания (ЭМП)

на формирование литых заготовок

1.3.1 Физические основы электромагнитного перемешивания жидкого металла

1.3.2 Применение электромагнитных воздействий

в процессах формирования литых заготовок

ГЛАВА 2 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЦЕССЫ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СПЛАВОВ

НА ПРОЗРАЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СРЕДАХ

2.1 Выбор масштабов моделирования, моделирующих сред

и оборудования

2.2 Методика исследования влияния вибрации на процессы кристаллизации и формирования структуры слитков

и литых заготовок

2.3 Методики физического моделирования процессов формирования непрерывнолитых заготовок в условиях внешних силовых воздействий

2.4 Методика исследования теплопередачи через газовый зазор

между затвердевающей заготовкой и теплоотводящей поверхностью

2.5 Методика изучения теплоотвода с поверхности медной втулки кристаллизатора к охлаждающей воде

2.6 Методика изучения влияния внешних воздействий

на формирование непрерывнолитой заготовки

ГЛАВА 3 ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВИБРАЦИИ

3.1 Влияние вибрационной обработки на параметры

затвердевания стальных слитков

3.1.1 Теплофизические условия затвердевания слитков

в поле упругих волн

3.1.2 Гидродинамические условия затвердевания слитков

в поле упругих ВОЛН

3.2 Формирование кристаллической структуры слитков

под действием вибрации

3.3 Механизм воздействия вибрации на кристаллизацию

и структурообразование сплавов

Выводы по разделу

ГЛАВА 4 ФОРМИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ПОД ВЛИЯНИЕМ ВНЕШНИХ СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

4.1 Исследование гидродинамических процессов формирования заготовок при вибрационной и газоимпульсной обработке затвердевающего металла

4.2 Исследование теплофизических процессов формирования заготовок при вибрационной и газоимпульсной обработке затвердевающего металла

4.3 Оптимизация тепловой работы кристаллизатора МНЛЗ

под влиянием внешних воздействий

4.3.1 Интенсификация теплопередачи через газовый зазор

между поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора

4.3.2 Способы повышения интенсивности теплоотвода

охлаждающей воды в кристаллизаторе МНЛЗ

4.4 Исследование влияния вибрации на макро- микроструктуру

и механические характеристики блюмовой заготовки

Выводы по разделу

ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ БЕГУЩЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ НА ФОРМИРОВАНИЕ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК

5.1 Методика исследований

5.2 Влияние электромагнитного перемешивания

на теплообменные процессы в кристаллизаторе МНЛЗ

5.3 Влияние электромагнитного перемешивания на макро-

и дендритную структуру заготовок

5.4 Физико-механические свойства металла

в исследуемых заготовках

Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние внешних физических воздействий на формирование структуры и свойств металлических заготовок»

ВВЕДЕНИЕ

Улучшение качества литых заготовок является одной из основных задач металлургии. При решении этой задачи, наиболее важной и сложной является проблема получения заготовок с высокой физической и химической однородностью, дисперсной кристаллической структурой и стабильно высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств изделий.

Трудность решения этой задачи заключается в том, что затвердевание литых заготовок сопровождается исключительно сложным взаимодействием гидродинамических, диффузионных, капиллярных и других физических и химических процессов, интенсивность и характер развития которых определяется тепломассопереносом как непосредственно внутри слитков и непре-рывнолитых заготовок (внутренний тепломассоперенос), так и между ними и окружающей средой (внешний теплообмен). Указанные процессы определяют структуру и свойства литого металла, а, следовательно, качество металлоизделий.

Накопленные к настоящему времени экспериментальные и теоретические данные показывают, что можно активно воздействовать на процессы кристаллизации, формирование структуры и свойств литых заготовок путем использования различных приемов внешнего физического воздействия на жидкий и кристаллизующийся металл (ультразвук, вибрация, электромагнитное и газоимпульсное перемешивания и т. П.).

Актуальностьпроблемы. Развитие металлургии в условиях свобод— ной конкуренции характеризуется повышенными требованиями к качеству и потребительским свойствам металлопродукции. Высокие требования к качеству металла обычно рассматриваются в тесной взаимосвязи с его себестоимостью, что предопределяет актуальность проблемы снижения материало- и энергоемкости продукции на всех стадиях ее передела.

Качество и свойства литого металла, главным образом, определяются процессом кристаллизации заготовок. Традиционные методы воздействия на

этот процесс (режим охлаждения и модифицирование) уже практически исчерпали свой ресурс, поэтому в последнее время исследователи активно используют различные приемы внешнего физического воздействия на кристаллизующийся металл (ультразвук, вибрация, электромагнитное перемешивание и т. п.). Соответственно, для управления процессами формирования структуры и свойств литых заготовок необходимо дальнейшее развитие теории кристаллизации металлов и сплавов в условиях силовых воздействий на затвердевающие расплавы.

Цель работы - установление закономерностей влияния внешних физических воздействий на процессы кристаллизации и структурообразо-вания литых заготовок из черных и цветных металлов и разработка научно-обоснованных технологических принципов их практического использования.

Задачи исследования.

1) исследование процессов тепло- массопереноса в слитках и литых заготовках, затвердевающих в условиях электромагнитного перемешивания и вибрационного воздействия;

2) изучение механизма воздействия вибрации на зарождение и рост кристаллов, кинетику продвижения фронта кристаллизации и процесс формирования структуры литых заготовок;

3) изучение влияние параметров вибро- и газоимпульсного воздействия на гидродинамические и теплофизические условия формирования литых заготовок;

4) исследование влияния электромагнитного перемешивания (ЭМП) на процессы формирования структуры и свойств литых заготовок;

5) разработка специальных методик и создание универсальных физических моделей для исследования процессов формирования структуры и свойств литых заготовок;

6) разработка рекомендаций по выбору оптимальных параметров внешних силовых воздействий для получения качественных литых заготовок.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы современные методы физического и математического моделирования процессов тепло и массообмена, кристаллизации и структурообразования модельных и реальных сплавов в условиях наложения внешних физических воздействий на затвердевающие расплавы. Величина переохлаждения, температурные интервалы и скорость выделения вторичных фаз и эвтектик в цветных и железоуглеродистых сплавах определены методом дифференциально-термического анализа. Исследование макро- и микроструктуры и механических свойств металлов в литых заготовках осуществлено по стандартным методам.

Научная новизна полученных результатов.

1. Впервые, с учетом интенсивности внешнего теплоотвода и параметров вибрации, установлена аналитическая зависимость между дисперсностью дендритной структуры и градиентом температур, уровень которого должен иметь значение 75 °С/см и более.

2. Впервые теоретически и экспериментально установлены механизмы интенсификации теплопередачи через газовый зазор в кристаллизаторе МНЛЗ с учетом воздействия вибрации и теплоотдачи от медной втулки кристаллизатора к охлаждающей воде с учетом шероховатости ее поверхности.

3. Получили дальнейшее развитие научные основы механизма влияния вибрации на формирование структуры литых заготовок, заключающегося в разрушении растущих дендритов и зарождении дополнительных центров кристаллизации в объеме расплава, с учетом интенсивности теплоотвода и состава сплавов.

Основные научные ПОЛОЖвНЫЯ, выносимые на ЗйЩишу.

1. Установлена закономерность количественной взаимосвязи между градиентом температур и динамикой роста первичных и вторичных осей дендритов в объеме затвердевающего расплава, описываемая предложенной аналитической зависимостью.

2. Установлены механизмы интенсификации теплообменных процессов в кристаллизаторе МНЛЗ: теплопередачи через газовый зазор между поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора под воздействием вибрации, заключающийся в изменении толщины зазора и динамики газов в нем; теплоотдачи от стенки кристаллизатора с наведенной шероховатостью к охлаждающей воде, состоящий в разрушении вязкого пристенного подслоя в потоке теплоносителя.

3. Определен механизм воздействия вибрации на формирование структуры литых заготовок, в том числе в зависимости от природы сплавов, и представлен в виде следующих эффектов: в разрушении и дроблении дендритов под действием знакопеременных изгибающих давлений упругой волны; в зарождении кристаллов в объеме расплава в зонах разрежения и сжатия.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на фундаментальных закономерностях механики сплошных сред, применении современных методов исследования и сертифицированных лабораторных установок. Обоснованность применения физического моделирования для изучения натурных процессов базируется на использовании теории подобия. Достоверность математического моделирования обеспечивается использованием лицензионного программного обеспечения «РгоСАБТ».

Значимость полученных результатов для теории и практики:

1. Разработанные универсальные методики и прозрачные физические модели могут быть использованы для проведения научных исследований в области кристаллизации и структурообразования металлических заготовок.

2. Полученные в диссертационной работе результаты изучения закономерностей кристаллизации и структурообразования металлических слитков под воздействием вибрации позволили разработать технологию получения литых заготовок для изготовления корпусов запорной арматуры.

3. Разработан универсальный способ для вибрационной обработки металлических заготовок (Патент на полезную модель ЯИ №2593059, 27.07.2016 г.).

4. Разработана и апробирована одна из возможных эффективных технологических схем вибрационной обработки литых заготовок в реальных условиях непрерывной разливки стали (Патент на изобретение ЯИ №2661460, 16.07.2018 г.).

5. Разработана технология получения литых заготовок под действием вибрации, которая прошла опытно-промышленные испытания на базе двух заводов при производстве ответственных корпусных деталей устьевого оборудования нефтегазовых скважин, что подтверждено соответствующими актами. В ОАО «Бакинский завод нефтепромыслового машиностроения» технология рекомендована к внедрению, а в ОАО «АЗЙОЛНЕФТМАШ» принята к внедрению в литейном цехе завода.

За счет снижения отбраковки заготовок по литейным дефектам на 4045 % ожидаемый (расчетный) экономический эффект от внедрения составляет десять миллионов долларов США.

Личный вклад соискателя состоит: в разработке конструкций экспериментальных установок и методик физического моделирования; в проведении физического моделирования и натурных экспериментов, а также в анализе результатов исследований; в написании научных публикаций; в непосредственном участии в опытно-промышленной проверке результатов работы.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были представлены на международных и российских конференциях: «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты» в ГГНТУ им. акад. М. Д. Миллионщикова (Грозный, 2017); «Перспективы развития топливно-энергического комплекса и современное состояние нефтегазового инженерного образования в России» в ГГНТУ им. акад. М. Д. Миллионщикова (Грозный, 2018); «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: 1Р0МЕ-2017» (Санкт Петербург, 2018); «Наследственность в литейно-металлургических процессах» (Самара, 2018); на расширенном заседании кафедры «ТМО» СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2018).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 19 публикациях, в том числе 9 научных статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ; а также получено 2 патента РФ на полезную модель и изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Она изложена на 159 страницах машинописного текста, включает 46 рисунков, 20 таблиц, 2 приложения и содержит список литературы из 164 наименований.

Тема диссертационной работы соответствует тематическим планам научно-исследовательских работ ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет)».

Автор выражает благодарность д.т.н. Нурадинову А. С., а также со— трудникам кафедры ТМО за помощь в работе и поддержку.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ХАРАКТЕРЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

1.1 Теплофизические особенности формирования литых заготовок

/. /. 1 Теплоотеод как способ регулирования процессов кристаллизации

и структур ообр азов ания сплавов

Известно, что измельчение кристаллической структуры тем больше, чем больше степень переохлаждения расплава, зависящая от интенсивности теплоотвода [1]. По мере перемещения фронта затвердевания вглубь слитка или отливки, малая интенсивность теплоотвода приводит к незначительному переохлаждению, что способствует укрупнению ветвей дендритов. Поскольку воздействие теплообмена на процессы кристаллизации и структурообра-зования сплавов осуществляется через переохлаждение, то целесообразно рассмотреть взаимосвязь указанных факторов.

Главной движущей силой кристаллизации является снятие перегрева, происходящее на границе затвердевания сплава. Этот процесс снятия сопровождается переходом системы в новое состояние, которое позволяет ей существовать при данной температуре. В зависимости от величины переохлаждения изменение свободной энергии системы проявляется в увеличении площади границ раздела, т. е. образования той или иной разветвленности дендритов [2]. Чем больше переохлаждение, тем более тонкими становятся ветви дендритов и тем меньше дендритная неоднородность сплавов.

Одним из самых важных параметров, характеризующих дендритную структуру и определяющих свойства литого материала, является расстояние между ветвями дендритов первого и второго порядков, которое зависит от величины переохлаждения на границе фаз и местной скорости охлаждения слитка. Это переохлаждение называется кинетическим и является движущей силой роста кристаллов [3].

Металлы и сплавы, для которых характерен механизм нормального роста кристаллов, связь между скоростью роста и кинетическим переохлаждением выражается зависимостью [3]:

Л=кА1к, (1.1)

где к - кинетический коэффициент роста, имеющий для металлов значение в пределах к — 1 -="40 м/с; Л^ - кинетическое переохлаждение, "С.

Исследования показали, что даже при сравнительно больших скоростях роста величина переохлаждения на границе кристаллизации металлических сплавов не достигает больших значений и его максимальное значение определяется отношением следующих физических величин [4]:

лг а 2)

шах ^у ?

где С - теплоемкость сплава, Дж/кГ'К; дкр— удельная теплота кристаллиза— ции, Дж/кг.

Для железа это переохлаждение составляет Ытах = 6\% "С.

Следует отметить, что большие переохлаждения достигаются в очень малых объемах (10^... 10 9) СМ3 при их глубокой очистке. При таких переох-1 лаждениях возникают гомогенные центры кристаллизации. Однако, как показали работы Д.Е.Овсиенко [5], возникновение гомогенных центров кристаллизации маловероятно в металлических сплавах из-за содержания в них большого количества инородных примесей. На границе инородной примеси с расплавом величина межфазного поверхностного натяжения уменьшается, а скорость роста кристаллов увеличивается.

В реальных сплавах и металлах всегда имеет место гетерогенная кристаллизация на многочисленных подложках, содержащихся в расплавах. Рост кристаллов на них начинается только после того, когда переохлаждение достигает какого-то критического значения. Если переохлаждение меньше кри-

тического, то каплю расплава можно поддерживать в жидком состоянии очень долго [6].

Величина переохлаждения расплава на границе фаз определяется зависимостью [7]:

где 1о, Са - исходная температура расплава и концентрация затвердевающих примесей в нем; t], С\ - значения тех же величин на границе контакта распла— ва с поверхностью растущего кристалла; m - значение тангенса угла наклона температурной линии ликвидуса, равное т — &/с1С.

При направленном теплоотводе в твердой фазе возникают два вида переохлаждения: на вертикальном фронте затвердевания, в котором происходит рост вершин первичных ветвей дендритов, и позади вертикального фронта, где переохлаждение возникает в междендритных полостях твердо-жидкой зоны отливки. Обычно эта зона называется зоной структурного переохлаждения [8]. При формировании зоны структурного переохлаждения на каком-то расстоянии от вершины кристалла, вследствие конвективного движения жидкой фазы вдоль его образующей, создаются условия для начала роста боковых ветвей дендрита (рис. 1.1). Расстояние до начала зарождения этих ветвей зависит от интенсивности поглощения первичным стволом дендрита тепла от окружающей его жидкой фазы. Количество этого тепла в элементарном виде может быть определено по упрощенной формуле [9]:

д = (1.4)

г

где X - коэффициент теплопроводности твердой фазы; г - средний радиус ветвей дендрита; tl - температура поверхности ветви; ? - температура по оси затвердевшей ветви.

Из формулы 1.4 видно, что чем больше значение коэффициента теплопроводности твердой фазы, тем больше отбирается тепла из окружающей

среды и тем раньше наступает момент зарождения ветви второго порядка. И наоборот, чем меньше значение этого параметра, тем позже отбирается тепло от жидкой фазы и тем больше протяженность первичных осей. В этом случае в слитке формируется столбчатая структура.

Рисунок 1.1 - Схема теплофизических условий передачи тепла к ветви растущего дендрита: Ь - длина кристалла; Ж— скорость потока жидкой фазы; г - средний радиус ветвей дендрита; # - тепло, поглощаемое стволом дендрита от окружающей жидкой фазы

Кроме кинетического переохлаждения Atк, обусловленного процессом теплоотвода от границы фаз, существует и концентрационное переохлаждение Оно развивается в прилегающем к поверхности кристалла еще не за— твердевшем слое расплава при переходе металла из жидкого в твердое состояние. На него влияют значения коэффициентов распределения диффузии примесей в затвердевающем расплаве.

К указанным двум видам переохлаждения в процессе роста кристалла добавляется термическое переохлаждение расплава у его вершины А(г, зависящее от радиуса г.

При направленном теплоотводе к стенке изложницы или кристаллизатора через твердую фазу главным является термическое переохлаждение, на которое влияют следующие параметры [10]:

а) скорость капиллярного тепломассопереноса при движении жидкой фазы в межветвенном пространстве дендритов;

б) толщина и химический состав слоя растворимых примесей, выделившихся на межфазной поверхности при переходе из жидкой фазы в твердую.

Наличие указанных видов переохлаждения позволило авторам работы [11] предложить следующие схемы кристаллизации металлических сплавов:

1) при умеренной интенсивности теплоотвода, когда количество твердой фазы равно израсходованному переохлаждению, кристаллизация происходит при наличии положительного температурного градиента перед границей затвердевания, т. е. 4 >t] >tc'.

=гл -гс, (1.5)

где tл и 1С - температуры ликвидуса и солидуса; tl - температура теплоотво-дящей поверхности.

2) когда скорость теплоотвода превышает скорость нарастания переохлаждения, то кристаллизация происходит в условиях отрицательного градиента температур, в этом случае к имеющемуся переохлаждению в интервале кристаллизации сплава добавляется переохлаждение, возникающее ниже температуры солидуса т. е. ^ '.

+А?0. (1.6)

Последнее происходит вследствие выделения на поверхности кристалла ликвационного слоя, который задерживает или приостанавливает его рост. Поступление тепла кристаллизации в окружающую кристалл жидкую фазу при этом отстает от интенсивности теплоотвода и способствует зарождению новых кристаллов. Поэтому интенсивный теплоотвод от жидкой фазы всегда сопровождается измельчением первичной кристаллической структуры слитка.

Скорость охлаждения расплава, обусловленная интенсивностью тепло-отвода, определяет не только дисперсность, но и тип формирующейся кристаллической структуры. При медленном теплоотводе, (т. е. небольшом переохлаждении), вырастают ограненные кристаллы правильной формы, грани которых, пересекаясь, образуют гладкую поверхность с невысокими ступенями [1]. Если теплоотвод значителен, а в расплаве градиент температур в жидкости повышается по направлению к оси слитка, то едва выросший вглубь расплава кристалл прекращает свой рост, а на границе затвердевания появляется множество ячеек, формирующих так называемую ячеистую структуру сплава [3]. Ее возникновение связано не только с умеренным теп-лоотводом, но и с присутствием в расплаве небольшого количества примесей 0,01 %). В случае интенсивного теплоотвода, когда температурный гради— ент в расплаве отрицательный, вместо ячеек появляется неравновесная форма кристаллов, т. е. формируется дендритная структура.

На условия перехода от одной структуры к другой влияют температурный градиент в жидкости = &/с1х и скорость кристаллизации Я [3]. Оба фактора связаны с интенсивностью теплоотвода.

Исследованиями последних лет убедительно доказана связь ликвации с характером кристаллической структуры стальных слитков и отливок, т. е. с условиями разливки стали и теплоотвода от нее. В сплаве определенного состава одним из важных факторов управления ликвацией является изменение скорости кристаллизации за счет изменения теплоотвода.

Бочвар А. А. [12] указал, что с увеличением скорости кристаллизации ликвация вначале возрастает вследствие запаздывания выравнивающей диффузии в твердой фазе, достигает максимума, а затем снова снижается вследствие подавления разделительной диффузии.

Анализ влияния скорости кристаллизации на характер дендритной ликвации при затвердевании различных сплавов показал, что одним из мощных средств подавления разделительной диффузии и обеспечения условий бездиффузионной кристаллизации является значительное ускорение теплоотво-

да и затвердевания [13]. В работе [14] показано, что при увеличении скорости охлаждения коэффициент осевой химической неоднородности существенно снижается.

Целесообразность выбора той или иной технологии передела стали для получения требуемой кристаллической структуры слитков может быть определена по скорости охлаждения расплава. Примерные значения получаемой дисперсности структуры в зависимости от технологии литья приведены в таблице 1.1 [9].

Таблица 1.1 - Теплофизические характеристики затвердевания стали [9]

Характеристика технологии Скорость охлаждения, °С/с Дисперсность структуры, количество кристаллов на 1 см

Литье в песчаные формы 0,7 - 1,0 8 - 10

Литье в изложницы (поверхностный слой слитка) 7 - 10 25 - 50

Литье в кокиль под давлением (0,1-5) МПа 15 - 30 100 - 200

Литье в кристаллизатор при непрерывной разливке стали 12 - 15 50 - 80

Литье в медный водоохлаждаемый кокиль 102- 103 200 - 300

Непрерывная разливка тонких изделий через водоохлаждаемые валки 104- 105 400 - 600

Указанные в табл. 1.1 параметры характерны для углеродистых сталей.

Естественно, что они будут изменяться в зависимости от марки стали и условий охлаждения. В каждом конкретном случае разливки той или иной марки стали параметры охлаждения и структуры должны уточняться.

Из приведенных данных следует, что теплоотвод играет важную роль в формировании типа кристаллической структуры и ее дисперсности. Эффек— тивно воздействовать на интенсивность теплоотвода при формировании отливки можно за счет рациональной организации внешнего теплоотвода от

поверхности заготовок (применение кокилей или водоохлаждаемых кристал— лизаторов).

1.1.2 Некоторые аспекты формирования заготовок в кристаллизаторе

МНЛЗ

В течение всего периода существования непрерывного литья металлурги стремились увеличить скорость литья, а за счет этого - производительность. Скорость литья является важным технологическим параметром, определяющим основные технико-экономические показатели. В настоящее время теоретически и экспериментально показано, что допустимая скорость литья ограничена прочностью корки слитка обычно в верхней части зоны вторичного охлаждения (под кристаллизатором). Расчеты показывают, что для прямоугольного сечения скорость обратно пропорциональна квадрату наименьшего размера сечения (И). На рисунке 1.2 точками обозначены различные скорости литья в зависимости от величины Н. Пунктирная кривая соответствует теоретическим расчетам прочности корки. Сплошная кривая отражает реально достигнутые скорости литья (данные, полученные для малых сечений (40 х 40, 50 х 50 мм) [15].

Рисунок 1.2 - Зависимость скорости литья от сечения заготовки

Центральным вопросом является обеспечение прочности корки слитка под кристаллизатором. Естественное решение - усилить интенсивность охлаждения, уменьшить температуру корки слитка иградиент температур по ее толщине. Это часто используют на МНЛЗ, устанавливая под кристаллизатором спрееры или форсунки для охлаждения слитка водой (или воздушно-капельной смесью) в промежутках между роликами. Однако возможности такой технологии ограничены: для углеродистой стали увеличение расхода воды во вторичном охлаждении более 1,0-1,5 л на кг металла может привести к трещинам из-за увеличения термических напряжений.

Положительный эффект дают усовершенствования конструкции роликов, уменьшение их диаметра и шага под кристаллизатором, использование опорных роликов. Применение подпружиненных экранов, гибких пластин, прикрепленных к кристаллизатору (например, известная конструкция фирмы Concast), также дает возможность некоторого увеличения скоростей литья [16].

Кристаллизатор представляет собой один из наиболее важных узлов, определяющих рациональную работу МНЛЗ и оптимальное качество непре-рывнолитой заготовки. Кристаллизатор выполняет функцию приема жидкого металла, попадающего в него из промковша, а также перевода части жидкой стали в твердое состояние посредством отвода тепла охлаждающей водой. При этом в кристаллизаторе происходит формообразование заготовки. В ходе пребывания металла в кристаллизаторе от заготовки отводится от 10 до 30 % всего тепла, которое аккумулировано металлом. Усовершенствование конструкции кристаллизаторов предполагает оптимизацию теплоотвода с целью получения однородной толщины затвердевающей оболочки слитка, формирующейся в кристаллизаторе; предотвращение деформации кристаллизатора в процессе его эксплуатации; увеличение срока его эксплуатации и пр.

Характер гидродинамических потоков жидкого металла в кристаллиза— торе тесно связан с физико-химическими свойствами разливаемой стали, геометрией слитка, технологическими параметрами разливки, среди которых можно выделить величину заглубления погружного стакана, а также скоростью истечения струи жидкого расплава [17-20].

Основные требования к тепловой работе кристаллизатора заключаются в обеспечении интенсивного теплоотвода по всей его длине и формирование на выходе из кристаллизатора твердой оболочки слитка достаточной толщины (25-30 мм) и прочности для предотвращения возможности прорыва металла. При этом должно обеспечиваться отсутствие опасных напряжений, которые могли бы привести к появлению трещин [21 ]. Однако обеспечение регулярного равномерного по всей высоте кристаллизатора теплоотвода задача очень сложная из-за различных условий теплоотвода от затвердевшей оболочки непрерывного слитка, вызываемого образованием зазора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ахтаев Салман Сайд-Селимович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Х.Гудмеы Т. Применение интегральных методов в нелинейных задачах нестационарного теплообмена. // Проблемы теплообмена. - М.: Атомиздат, 1967. - С. 41-96.

2. Бродова И. Г., Чикова О. А., Поленц И. В. и др. Влияние метаста-бильной гетерогенности жидких металлических растворов на структуру литых алюминиевых сплавов // Процессы литья. - 1992. - №2. - С. 67-71.

3. Борисов В. Т. О механизме нормального роста кристаллов. // ДАН СССР, 151, 6, 1963. - С . 1311-1314.

4. MathewJ., Brody H.D. Simulitionofheat flow and thermal stresses in axi-symmetric continuous caostung// Solidification and Coating of Metalls. - Sheffild. - 1977. - Р. 244-248.

5 Овсиенко Д. Е. Зарождение и рост кристаллов из расплава. - Киев: Наук. Думка, 1994. - 256 с.

6 Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкостей. - Киев: Наук. Думка, 1956. - 568 с.

7. JoungK., Rickinson В., Flemings M. Structure of cellular composites. // Solidification and Casting of Metals. Bode. 192. Metals Society. -London, 1979. -Р. 39-42.

8. Trivedi В., SomboonsukK. Constrained Dendritic Crawth and spacing // Materials Sciense and Engineering// T. 65, 1984. -P. 65-74.

9. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. - М.: Металлургия, 1995. - 272 с.

10. Эльдарханов А.С. Процессы кристаллизации в поле упругих волн. -м.: Металлургия, 1996. -256 с.

11. Lie K.J., Nord C.D. Stocnastic Modeling of Solidification Grain Structures of Al-Cu crystal in Ribbonsin Planar. Flow Casting // ISIY International, 1997. - V. 37. - №1. - Р. 8-12.

12. Бочвар А.А.Металловедение. - М.:Металлургиздат, 1956. - 795 с.

13. Новиков И. И., Золотаревский В. С. Дендритная ликвация в сплавах.

- М.: Наука, 1966. - 156 с.

14. КуклевА. В., Сосонин В. В., Поздняков В. А. О формировании осевой химической неоднородности в непрерывнолитых слябах// Сталь. - 2003. - № 8.

- С. 71-75.

15. Бровман М. Я. О перспективах развития непрерывного лиття металлов // НМ - Оборудование. - 2004. - №5. - С. 49-56.

16. Бровман М. Я. Непрерывная разливка металлов. - М.: Экомет. - 2007.

- 484 с.

17. Рутес В. С., Асколъдов В. И., Евтеев Д. П. и др. Теория непрерывной разливки. - М.: Металлургия. - 1971. - 296 с.

18 Wang H., Li G., Lei Y. et al. Mathematical heat transfer model research for the improvement of continuous casting slab temperature// ISIJ, 2005. - Y.45. -№9. - P. 1291-1296.

19. Мищенко И. О., Дуб А. В., Макарычева Е. В. и др. Моделирование и оптимизация температурного поля непрерывнолитого слитка // Извести вузов. Чернаяметаллургия. - 2006. - № 3. - С. 15-21.

20. Meng Ya, Thomas Brian G. Heat transfer and solidification model of continues slab casting // Metallurgical and materials transaction. - 2003. - V. 34 B.

- № 5. - P. 685-705.

21. Шишкин В. А., Кузнецова H. П., Чугункова М. С. Исследование и совершенствование тепловой работы кристаллизатора машин непрерывного литья стальных заготовок // Известия вузов. Черная металлургия. - 2011. - № 5.

- С.48-53.

22. Akira J. Control of molten steel flow in a continuous casting mold by two static magnetic fields covering whole midth// Zairyo no prosesu. Corrent Ad— vances in Materials and Processes, 1996. - V. 9. - № 4. - P. 618-629.

23. Самойлович Ю. А. Тепловые процессы при непрерывном литье стали. - м.: Металлургия. - 1982. - 148 с.

24. Yokogu S. Swirling Effect in Immersion Nozzle on Flow and Heat transport in Billet Continuous Casting mold// ISIJ International. - 1988. - Y. 38. - № 8.

- P. 827-833.

25. Lhenltei., Lhiying M., Lhou I. Acta Metallurgica Sinca// Enalisth edition Jun. - 1992. - Ser.B. - V. 5. - № 3. - Р. 180.

26. Collberg S.C. et al. Improving quality of flat rolled products using electromagnetic brake (EMBR) in continuous casting // Iron and-Steel Engineer. -1996. -№7. - P. 24 - 28.

27. Еланский Г. Н., Кудрин В. А. Строение и свойства жидкого металла

- М.: Металлургия. - 1984. - 238 с.

28. Соболев В. В., Трефилов П. Н. Оптимизация тепловых режимов затвердевания расплавов. - Красноярск: КГТУ. - 1986. - 154 с.

29. Euyii N., Okada S., Morimoto S. II Keukundsoky Journal Japan Institute Light Metals. -1983. -V. 33. -№7. -Р. 392-398.

30. Берзинь В. А. Оптимизация режимов затвердевания непрерывного слитка - Рига: Зинатне. - 1977. - 148 с.

31. Казачков Е. А., Кужельная Л. Н., Мосюра Л. И. Исследование коли— чественных характеристик потоков и размыва оболочки непрерыного слитка при разливке затопленной струей / Непрерывная разливка стали. - № 4. - М.: Металлургия. - 1977. - С 76-83.

32. Ефимов В. А., Эльдарханов А. С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. - М.: Металлургия. - 1995. - 272 с.

33. Абрамов В. О., Абрамов О. В., Артемьев В. В. и др. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. - М.: Янус - К, 2006. - 688 с.

34. Скребцов А. М., Дан Л. А., Секачев А. О. О некоторых возможностях измельчения зерна металла отливки при внешнем воздействии на затвердевающий расплав// Металл и литье Украины. - 1996. - № 1 -2. - С. 30-34.

35. Franklin I. R., Das A. A. Squeeze casting - a veview ofthe Status // British Foundryman. - 1984. - Y. 77. - № 3. - P. 150-158.

36. Аята К., Фудзимото Т., Мори Т. Влияние перемешивания на заключительной стадии затвердевания на центральную ликвацию непрерывных слитков высокоуглеродистой стали// Тэцу то Хаганэ. - 1985. - № 12 (Том 71).

- С. 214-218.

37. Ульянов В. А., Гущин В. Н., Ларин А. М. О вибрационном и вибро— импульсном воздействии на формирование слитка // Известия АН. Металлы.

- 1991. - № 6. - С. 45-58.

38. Найдек В. Л., Нурадинов А. С., Эльдарханов А. С., Таранов Е. Д. Моделирование вибрационной обработки непрерывнолитых заготовок. // Международный научно-технический конгресс. - Киев. - 2004. - С. 50-52.

39. Межидов В. X., АсхабовХ.И., Эльдарханов А. С., Щупак Ю. Д. Влияние вибрации на кристаллизацию органического слитка // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1983, - С. 35-40.

40. Таранов Е. Д., Нурадинов А. С., Кондратюк С. Е., Бречко Е. Л. Кристаллизация и структурообразование стальных слитков в условиях вибрационного воздействия // Процессы литья. - 1998. - № 3-4. - С. 84-90.

41. Балакин Ю. А., Гладков М. И. Энергоемкость внешнего воздействия на затвердевающий металл с позиций термодинамики // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2001. - № 6. - С. 44-46.

42. Гладков М. И., Балакин Ю. А., Гончаревич И. Ф. Термодинамический анализ условий зарождения и роста кристаллов при виброобработке металла // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1989. - №9. - С. 27-29.

43. Гельд П.В., Баум Б.А., Тягунов Г.В. и др. Связь свойств металла в жидком и твердом состояниях.- М.: Наука, 1974. - С. 7-10.

44. Ефимов В. А., Эльдарханов А. С. Технологии современной металлургии. - М.: Новые технологии, 2004. - 784 с.

45. Мусаев У. О., Нурадинов А. С., Ожог К. В. Кавитационные эффекты при действии ультразвука на кристаллизующийся расплав // Тезисы докладов

Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - Грозный, 1987. - С. 64-65.

46. Гладков М. И., Балакин Ю. А. Виброобработка жидкого металла // Литейное производство. - 2000. - № 12. - С. 7-8.

47. Cambell I. И Solidification technology in the faundry and cast house.

- London, 1988. - P. 61-64.

48. Ефимов В. А. Перспективы развития работ по применению внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся расплав // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. - Киев: Наук. думка.

- 1983. - С. 3-22.

49. Hermert L. Gilles, Mruse R. Forman Jose M. Dejesus, Thomas I. Rosso. Design and anal ysis of a slab mold oscillator leafspring guide. // Steelmaking conférence proceedings. - 1992. - P. 912-925.

50. Ульянов В. А., Скворцов А. А. Теплофизические аспекты применения водоохлаждаемых холодильников // Проблемы стального слитка: - Киев, ИПЛ АН УССР, 1988. - С. 52-56.

51. Эльдарханов А. С. Применение физических методов моделирования для изучения влияния вибрации на процессы затвердевания сплавов // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - Киев: 1996. - 321 с.

52. Балакин Ю. А., Гладков М. И. Расчет параметров вибрационной обработки кристаллизующихся металлов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия.

- 2003. - №9. - С. 56-60.

53. Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Момот С. В. и др. Эффект скачкообразного изменения фазового состояния затвердевающего расплава при воздействии низкочастотной вибрации // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 4. - С. 17-20.

54. Майоров А. И., Кирдеев Ю. П., Строева В. И. и др. Повышение качества непрерывнолитых заготовок под воздействием вибрации // Сталь. - 1984.

- №11. - С. 26-27.

55. Скворцов А. А., Акименко А. Д., Ульянов В. А. Влияние внешних воздействий на процесс формирования слитков и заготовок. - М.: Металлургия, 1991. - 216 с.

56. Глазков А. Я., Можан А. Л., Фоменко К. П. Влияние электро-гидроимпульсной обработки на структурную и химическую однородность непрерывнолитых сортовых и трубных заготовок // Совершенствование процессов непрерывной разливки стали. - Киев: Наук. думка, 1985. - С. 125-130.

57. Герасименко В. Г., Кондратюк А. М., Михнова Э. А. и др. Влияние электрогидроимпульсной обработки металла на однородность строения непрерывнолитых слябов // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1983. - С. 76-78.

58. Herbert L. and Bruce R. Forman Measurement and analysis of slab caster mold movement// Steelmaking conference proceeding, 1991. - P. 219-222.

59. Hermert L. Gilles, Mruse R. Forman Jose M. Dejesus, Thomas I. Rosso. Design and anal ysis of a slab mold oscillator leafspring guide // Steelmaking conference proceedings. - 1992. - P. 912-925.

60. ItayamaS., Tozawa H. and Sorimachi K. Control of early, solidification of strand cast slabs by horizontal mold oscillation synchronized with vertical mold oscillation // Steelmaking conference proceedings. - 1994. - P. 366-368.

61. Bertaut E. F. and Smith M. P. Short stroke-high frequency oscillation of eastern stainless / Steelmaking conference proceedings. - 1992. - P. 473-476.

62. A.c. №372022 СССР. МКИНВ22Д7/12 // Способ получения слитков / Б. В. Платонов, В. А. Ефимов, В. И. Легенчук и др. Заявл. 31.12.71. Опубл. 01.03.73. Бюлл. № 13.

63. Ueda A., Namura N., Onishi M. Perfomance and Kineenics of 2501 pulsating Mixing unit for uadle Refining of bof Melts // Iton Steelmaker. - 1984. -№7. - Р. 23.

64. Ефименко С. П., Пилюшенко В. Л., Смирнов А. Н. Пульсацион-ное перемешивание металлургических расплавов. - М.: Металлургия, 1989. - С. 36-39.

65. Spittle I. A., Lloyd D. M. Denhite arm Spacings in hypochtecting Pb-Sn alloys directionally solidipied under steady and nonsteady conditijns // Solidificu-tion and Costing ofmetals. - Shiffield. -1977. - P. 15-20.

66. Перелома В. А., Найдек В. Л. и др. Вихревая структура расплава и взаимодействие с ванной // Процессы литья. - 1990. - № 2. - С. 4-11.

67. Смирнов А. Н. Теоретические основы пульсационного перемешивания расплавленного металла и его использование на примере получения синтетического литейного чугуна: Дисс. канд. техн. наук: 05.16.02. - Донецк: 1984. - 162 с.

68. Сапко В. Н., Платонов Б. В., Ефимов В. А. и др. Влияние упругих колебаний на кристаллизацию и качество слитка // Проблемы стального слитка: Труды VII конференции по слитку. - М.: Металлургия, 1978. - С. 180-181.

69. Фудзии Т., Огучит Ю., Сумида Н. и др. Разработка процесса с пульсирующим перемешиванием для рафинирования жидкой стали в ковше // Чистая сталь. Сб. научн. тр. - М.: Металлургия, 1987. - С. 191-205.

70. Ефимов В. А. Металлургические аспекты перемешивания сплавов в ковше и затвердевающем слитке // Процессы разливки и кристаллизации стали. - Киев: ИПЛ АН УССР. - 1991. - С. 3-12.

71. Ефимов В. А. и др. Структура и свойства стали при перемешивании // Повышение качества стального слитка. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1988. - С. 37-41.

72. Ефимов В. А. и др. Затвердевание и структура сплавов при интенсивном перемешивании// Стальной слиток. - М.: Металлургия, 1986. - С. 32-35.

73. Смирнов А. Н., Чернобаева Т. В. О модифицирующем эффекте при пульсационном перемешивании жидкой фазы стальных слитков в процессе их затвердевания // Процессы литья. - 1995. - № 1. - С. 65-68.

74. Якобиге Р. Я., Носоченко О. В., Баранова В. Н. и др. Интенсивность газоимпульсного перемешивания стали в процессе формирования слитка // Процессы литья. - 1992. - № 3. - С. 42-47.

75. Пилюшенко В. Л. и др. Исследование особенностей затвердевания слитка при пульсационном перемешивании жидкой фазы // Процессы литья. - 1994. - № 2. - С. 20-27.

76. Szekely I. Fluid flow phenomena in metals processing // Academic Press, New York, 1979, р. 231-238.

77. Бродский С. С. Новые технологические процессы и оборудование многоручьевых сортовых МНЛЗ - Минск: Беларуская навука, 1998. - 128 с.

78. Нестеров Д.К. Производство и качество рельсовой стали. - Харьков: Основа, 1997. - 212 с.

79. Огурцов А. П., Величко А. Г., Исаев Е. И. и др. Непрерывная разливка стали. - Днепродзержинск, 1999. - 306 с.

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

81. Баранова В. Н., Якобше Р. Я., Найдек В. Л. и др. Влияние газоимпульсного перемешивания жидкого металла на качество слитков и непрерывно-литых слябов // Процессы литья. - 2010. - № 6. - С. 20-27.

82. Ефимов В. А. Разливка и кристаллизация стали. - М.: Металлургия, 1976. - 552 с.

83. Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Минаев А. А. и др. Процессы непрерывной разливки - Донецк: ДонНТУ, 2002. - 536 с.

84. Смирнов А. Н., Глазков А. Я., Пилюшенко В. Л. и др. Теория и практика непрерывного литья заготовок - Донецк: ДонГТУ, 2000. - 371 с.

85. Ахиезер А. И., Ахиезер И. А. Электромагнетизм и электромагнитные волны. - М.: Высшая школа, 1985. - 504 С., ил.

86. Левин В. Г. Физико-химическая гидродинамика. - М.: Физматгиз, 1959. - 670 с.

87. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: «Машиностроение», 1975. - 560 с.

88. Бояревич В. В., Фрейберг Я. Ж., Шилова Е. И., Щербинин Э. В. Эле— ктровихревые течения // Рига: Зинатне, 1985. - 315 с.

89. Лыков А. В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967.

- 600 с.

90. Кутателадзе С. С. Избранные труды // Акад. наук СССР, Сиб. Отд., Ин-т теплофизики; отв. ред. Накоряков В. Е. - Новосибирск: Наука, 1989. - 427 с.

91. Фарбман С. А., Колобнев И. Ф. Индукционные печи для плавки металлов и сплавов. —М.: Металлургия, 1968. —496 с.

92. Вайнберг А. М. Индукционные плавильные печи. - М.: Энергия, 1967. - 416 с.

93. Колесниченко А. Ф. Технологические МГД установки и процессы.

- Киев: Наукова думка, 1980. - 192 с.

94. Магнитодинамические насосы для жидких метал лов / Полищук В. П., Цин М. Р., Горн Р. К. и др. - Киев: Наукова думка, 1989. - 256 с.

95. Вершкова Е. А., Мочалов А. А., Ефимов В. А. К вопросу о возникновении отрицательной сегрегации перед фронтом кристаллизации при магнитном перемешивании расплава // Процессы литья. - 1993. - № 3. - C. 66-70.

96. Калантаров П. Л., Нейман Л. Р. Теоретические основы электротехники. - JL: ГЭИ, 1951. - 464 с.

97. Ефимов В. А., Эльдарханов А. С. Влияние вибрации на теплофизи-ческие особенности затвердевания слитков. // Процессы литья. - 1995. - № 3.

- С. 30-41.

98. Кривуша Ю. В., Микельсон А. Э., Повх И. Л. II Материалы VII Рижского совещания по МГД. - Ч.3. - Рига: Зинатне. - С. 53-55.

99. Герман Э. Непрерывное литье - М.: Металлургиздат, 1961. - 814 с.

100. Гарнье М. Возможности и перспективы электромагнитной обработки материалов // Магнитная гидродинамика. - 1996. - Т. 32. - №2 .

- С. 131-140.

101. Kogito М, Kaihara Y., Fuhumoto Н. а. о. Electromagnetic stirring technique in the mold for slab caster // 92 th Steelmaking conference proceedings.

- 1992. - V. 3. - P. 21-23.

102. Цаплин А. И. Теполофизика внешних воздействий при кристаллизации стальних слитков на машинах непрерывного лиття. - Екатеринбург: УроРАН. - 1995. - 238 с.

103. Эндем М., ХаклъХ., Коллберг С. Применение устройств электромагнитного перемешивания (EMS) и установок электромагнитного торможения (EMBR) при производстве стали // Труды международной конференции «Черная металлургия России и стран СНГ в 21 веке». - Том 1. - М.: Металлургия, 1994. - С. 231-238.

104. Раза Х. С., Касьян Г. И., Осипов В. Г., Хобта А. С., Кудря О. В., Гиниятуллин Р. В. Освоение производства непрерывнолитой заготовки на высокоскоростной шестиручьевой МНЛЗ // Металл и литье Украины. - 2001. - № 5-6. - С. 19-21.

105. Раза Х. С., Касьян Г. И., Сирченко В. И., Фесенко С. М. Отливка заготовок квадратного и круглого сечения на МНЛЗ в условиях ЭСПЦ ЗАО ДМЗ «ИСТИЛ (Украина)»// Металл и литье Украины. - 2006. - № 1. - С. 20-23.

106. Рутес В. С., Акимова Е. И., Филимонова Е. В. Метод определения скорости кристаллизации непрерывнолитой заготовки по дендритной структуре. Бюллетень ЦНИИЧерМет. - № 16 (612). - 1969. - С. 51-53.

107. Скворцов А. А., Акименко А. Д. Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывной разливки. - М.: Металлургия, 1966. - 190 с.

108. Самойлович Ю.А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. - м.: Металлургия. - 1986. - С. 154.

109. Ефимов В. А., Эльдарханов А. С. Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов. - М.: Машиностроение, 1998. - 360 с.

110. Дымнич А. X., Корниец И. В. Основы теории подобия и физического моделирования. - Киев: Наш формат , 2016. - 172 с.

111. Еронько С. П., Быковских С. В. Физическое моделирование процессов внепечной обработки и разливки стали. - Киев: Техника, 1998. - 136 с.

112. Гухман А. А. Введение в теорию подобия. - М.: Высшая школа, 1973. - 295 с.

113. Гухман А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена. - М.: Высшая школа, 1974. - 328 с.

114. Марков Б. Л., Кирсанов А. А. Физическое моделирование в металлургии. - М.: Металлургия, 1984. - 119 с.

115. Зиновьев В. Е. Кинетические свойства металлов при высоких температурах. // Справочник. - М.: Металлургия, 1984. - 200 с.

116. Зиновьев В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. // Справочник. - М.: Металлургия, 1983. - 384 с.

117. Галдин Н. М., Чернега Д. Ф. и др. Цветное литье. // Справочник. - М.: Машиностроение, 1989. - 528 с.

118. Эльдарханов А.С., Ефимов В.А., Нурадинов А.С. Процессы формирования отливок и их моделирование. - М.: Машиностроение, 2001. - 206 с.

119. Лобанов Л. М., Пивторак В. А., Савицкий В. В., Ткачук Г. И. One— ративное определение остаточных напряжений с использованием электронной спекл-интерферометрии // В мире неразрушающего контроля. -

2005. - № 1. - С. 10-13.

120. Ахтаев С. С-С. Влияние вибрации на теплофизические условия формирования слитков // Материалы конференции ППС, посвященной 80-летию Чеченского государственного университета. Грозный, 2018. - С. 21 - 27.

121. Ахтаев С. С.-С., Эльдарханов А. С., Нурадинов А.СУздиева Н. С. Повышение эффективности тепловой работы кристаллизатора МНЛЗ путем изменения формы поверхности контакта с теплоносителем // ГГНТУ, Материалы международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты», Грозный, 2017, с. 239-241.

122. Ахтаев С. С.-С., Ванюкова Н. Д. Механизм воздействия вибрации на кристаллизацию и структурообразование сплавов // ГГНТУ, Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития топливно-энергетического комплекса и современное состояние нефтегазового инженерного образования в России, Грозный, 2018, С. 358-362.

123. Axтaeв С. С-С. Гидродинамические условия затвердевания стальных слитков в поле упругих волн // Известия Чеченского государственного педагогического университета. - 201S. - № 1(18). - С. 43-49.

124. Себиси Т., Бредшоу П. Конвективный теплообмен. - М.: Мир, 19S7. - 590 с.

125. Kутaтeлaдзe С. С. Основы теории теплообмена. - М.: Атомиздат, 1979. - 414 с.

126. Боршанский В. М., Кутателадзе С. С., Новиков И. И. Жидкометал-лические теплоносители. - М.: Атомиздат, 1976. - С. 146.

127. Овсжнко Д. E. Зарождение центров кристаллизации в переохлажденных жидких металлах // Проблемы современной кристаллографии. - М.: Наука, 1975. - С. 127-149.

128. Овсиенко Д. Е., Маслов В. В., Алфинцев Г. А. Кинетика зарождения центров кристаллизации в циклогексаноле и камфене // Металлографика. - Киев: Наук. Думка, 1973. - Вып. 43. - С. S9-92.

129. Хамсшй E. В. Некоторые проблемы кристаллизации из растворов // Кристаллизация и свойства кристаллических веществ. - JI.: Наука, 1971. - С. 3-7.

130. Kuрдяшшн А. Г., Дuтaнoв В. Э. Гидродинамическая и тепловая структура и влияние их на оптические свойства монокристаллов // Гидродинамика и теплообмен при получении материалов. - М.: Наука, 1990. - С. 27-28.

131. Шмидт-Томас К. Г. Металловедение для машиностроения. - М.: Металлургия, 1995. - С. 349.

132. Caллu И. В., Фальтвт Э. С. Управление формой роста кристаллов. - Киев: Наук. Думка, 19S9. - С. 109-110.

133. Гщшовт Н. Г., Hexeндзu Ю. А. Влияние модифицирования на кристаллизацию сплавов // Литейное производство. - 1962. - №5. - С. 19-25.

134. Campbell I. Effekts of vibration during Solidification // Internationale Metals Reviers. - 1981. - №2. - P. 71-108.

135. Seeman H. I., Pretor К. G. Einfluse einer Schwingung - sbekand bing auf das gefuge fon Alsi 12 // Zeitschrift für Metallkunde, 1956, №5. - Bd. 57. - S. 347-349.

136. Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Момот С. В. и др. Затвердевание металлического расплава при внешних воздействиях. - Донецк: Издательство «ВИК». - 2002. - 169 с.

137. Дубоделов В. И., Фиксен В. Н., Слажнев Н. А. и др. Разработка электромагнитного перемешивателя пульсирующего магнитного поля для плавки алюминиевых сплавов в отражательных печах большой вместимости // Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии. -2010. -№3. -С. 6-69.

138. Гориславец Ю. М., Глухонький А. И. Определение скорости враща— тельного движения жидкого металла в устройстве непрерывного рафинирования // Техническая электродинамика. -2008. -№6. -С. 60-64.

139. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1975. - 560 с.

140. Кузьмичев В. Е. Законы и формулы физики. - Киев: Наукова думка, 1989. - 863 с.

141 Тарасевич Н.И., Нурадинов А.С., Таранов Е.Д. и др. Влияние вибрационной обработки на параметры затвердевания стальной заготовки // Процессы литья. -2006. -№ 1. -С. 64-69.

142. Скворцов А. А., Акименко А. Д. Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывной разливки. - М.: Металлургия, 1966. - 190 с.

143. Ахтаев С. С-С., Нурадинов А. С., Уздиева Н. С. и др. Формирова— ние металлургических заготовок на установках полунепрерывного типа под воздействием вибрации // Труды КНИИ РАН, 2015, № 8, С. 102-114.

144. Ахтаев С. С-С., Нурадинов А. С., Эльдарханов А. С. Применение вибрации для повышения качества непрерывнолитой заготовки из низкоуглеродистой стали // Металлургия машиностроения, 2015, № 1, С. 32-35.

145. Ахтаев С. С-С., Нурадинов А. С., Эльдарханов А. С. Моделирование влияния газоимпульсных и вибрационных воздействий // Сталь, 2015, № 3, С. 42-45.

146. Евтеев Д. П., Колыбалов И. Н. Непрерывное литье стали. - М.: Металлургия, 1984. - 198 с.

147. Сладкоштеев В. Т., Потанин Р. В.,Суладзе О. Н. и др. Непрерывная разливка стали на радиальных установках. - М.: Металлургия, 1974. - 298 с.

148. Дымнич А. X., Троянский А. А.Вопросы тепломассообмена в сталеплавильных процессах. - Донецк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2009. - 582 с.

149. Боршанский В. М., Кутателадзе С. С., НовиковИ. И. Жидкометал-лические теплоносители. - М.: Атомиздат, 1976. - С. 146.

150. Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С., Уздиева Н. С., Ахтаев С. С-С., Обзор способов интенсификации теплообменных процессов в кристаллизаторе МНЛЗ // Сталь, 2017, № 10, С. 11-12.

151. Ахтаев С. С-С., Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С. Управление формированием непрерывнолитой заготовки путем придания кристаллизатору МНЛЗ колебательного движения // Металлург, 2017, № 12, С. 29-34.

152. Ахтаев С. С-С., Нурадинов А. С., Эльдарханов А. С. и др. Воздействие вибрационной и газоимпульсной обработки затвердевающего металла на гидродинамические процессы формирования непрерывнолитых заготовок // Процессы литья, 2014, № 6, С. 18-22.

153. Нурадинов А. С., Уздиева Н. С., Ахтаев С. С.-С. и др. Методика определения коэффициента теплопередачи через газовый зазор в кристаллизаторе МНЛЗ // Грозненский естественнонаучный бюллетень. - 2016. - № 2. - С. 65-70.

154. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

155. Цветков Ф. Ф., Григорьев Б. А. Тепломассообмен. Учебник для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - 562 с.

156. Научные исследования в области ядерной энергетики в технических вузах России / Под ред. В. Д. Кузнецова // Сб. науч. трудов - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 280 с.

157. Соколов Е. Я.Теплофикациж тепловые сети / Учебник для вузов. -М.: Издательство МЭИ, 1999. - 472 с.

158. Мигай В. К. Повышение эффективности теплообменников. - Л.: Энергия, 1980. - 144 с.

159. Качанов Ю. С., Козлов В. В., Левченко В. Я. Возникновение турбулентности в пограничном слое. - Новосибирск: издательство «Наука», Сибирское отделение, 1982. - 152 с.

160. Щукин В. К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. - М.: Машиностроение, 1980. - 240 с.

161. Нурадинов А. С., Эльдарханов А. С., Ахтаев С. С-С. и др. Скорость движения теплоносителя в кристаллизаторе МНЛЗ как фактор интенсификации теплообменных процессов в нем// Сталь,—2017,—№ 3. - С. 19-21.

162. Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С., Ахтаев С. С-С.и др. Интенсификация теплообмена в кристаллизаторе МНЛЗ// Сталь,—2017—№ 5. - С. 21-25.

163. Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С., Ахтаев С. С-С. О формировании непрерывнолитых заготовок при газоимпульсной и вибрационной обработке затвердевающего сплава // Металлургия машиностроения, 2015, № 2, С. 32-36.

164. Эльдарханов А. С., Нурадинов А. С., Ванюкова Н. Д., Ахтаев С. С-С. Современные технические решения совершенствования технологии непрерывной разливки стали // Сталь, 2018, № 9, С. 13-16.

Приложения

■ректор по науке и инновациям ТУ иМ41кид М Д Миплионщикова

¡"эйв^Экг-—

» * • "Тк

«УТВЕРЖДАЮ»

Главный инженер ОАО «бакинскии завод нефтепромыслового . /Ь машиностроения»

АДащцамиров

«УТВЕРЖДАЮ»

«УТВЕРЖДАЮ»

Главный инженер ОАО ли завод нефтепромысловог машиностроенияи

Гаирабеков

2018г

2018 г

АКТ

о проведении опытно-промышленных испытаний технологии вибрационной обработки стальных слитков

Настоящий акт составлен о том. что сотрудники Грозненского государственного нефтяного технического университета имени академика М Д Миллионщикова (г Грозный) Нурадинов АС и Ахтаев С С-С на базе литейного цеха ОАО «Бакинский завод нефтепромыслового машиностроения» провели апробацию технологии вибрационной обработки промышленных слитков из сталей 45, 40ХН массой 3 и 5 тонн соответственно Эти слитки являются заготовками для изготовлении корпусов устьевого оборудования нефтяных и газовых скважин с рабочим давлением до 70 МПа и поэтому должны соответствовать жестко регламентированным качественным характеристикам

В рамках данных испытаний изготовлена опытно-промышленная партия слитков из стали 45 массой 3 тонны п количестве 10 шт и из степи 40ХН массой 5 тонн -10 шт Результаты исследований данных слитков показало следующее

вибрация слитков из стали 45 в процессе их затвердевания приводит к уменьшению брака по усадочным и поверхностным дефектам на 45%, к измельчению кристаллической структуры и повышению механических свойств прочностных до 6% и пластических до 38%;

- виОрообработка слитков из стали 40ХН приводит к уменьшению Срака по усадочным и поверхностным дефектам на 68%, к значительному измельчению кристаллической структуры {до 5 раз) и повышению механических свойств прочностных до 7% и пластических до 43%

По результатам испытаний технологию вибрационной обработки питых заготовок из сталей 45, 40ХН рекомендована дли внедрения при изготовлении корпусов устьевого оборудования нефтяных и газовых скважин

Настоящий акт подписали

От ГГНТУ:

От завода

Начальник ЦЗЛ

АКТ

Мы, нижеподписавшиеся, сотрудники Грозненского государственного нефтяного технического университета (Грозный) Нурадинов A.C. и Ахтаев С.С-С., с одной стороны, и представители ОАО «АЗЙОЛНЕФ'ГМАШ» (Баку) Насибов М.Г. и Гусейнов З.М., с другой стороны, составили настоящий акт о следующем:

Сотрудниками ГГНТУ А.С.Нурадиновым и С.С-С.Ахтаевым разработана и испытана в сталелитейном цехе завода технология по вибрационной обработке затвердевающих слитков из сталей 25, ЗОХ и 40ХНМ весом 1,3 и 5 тонн соответственно.

Вибрационную обработку затвердевающих слитков осуществляли путем установки и крепления изложниц на вибростол. Параметры вибрации регулировались в следующих пределах: частота (0-90) Гц и амплитуда (0,2-2,0) мм.

Металлографический анализ образцов, вырезанных из контрольных и опытных слитков, показал, что наложение вибрации на затвердевающий металл обеспечивает: устранение транскристаллизации, уменьшение горячих трещин, усадочной пористости, измельчение кристаллической структуры, повышение пластических свойств металла до 45% и прочностных характеристик до б%, а также повышение выхода годных заготовок до 40%.

Опытно-промышленная проверка в течение месяца подтвердила данные опытных плавок и технологая получения слитков, используемых для изготовления ответственных корпусных деталей запорной арматуры нефтяных и газовых скважин, с применением вибрационной обработки принята к внедрению в литейном цехе завода.

От ГГНТУ:

ОАО «АЗЙОЛНЕФТМАШ»:

кафедрь! «ТМ»

----- М.Гусейнов

Начальник сталелитейного цеха