Определение технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ

    -  средний перепад температуры между температурой жидкого металла и

              температурой поверхности заготовки, ° С ;

      - средняя толщина слоя затвердевшего металла в

       кристаллизаторе, м.

Исходя из методических указаний выбираем значение коэффициента      теплопроводности: Вт/(м*град)

Средний перепад температуры между  температурой жидкого металла и температурой поверхности заготовки изменяется в диапазоне 350...400° С. Принимаем 375 ° С.

Средняя толщина слоя затвердевшего  металла в кристаллизаторе определяется по формуле:

                                         ,                                                     (20)             

 

где   - высота кристаллизатора, м;

       - величина недолива жидкого металла до верхнего края медной  гильзы

                  кристаллизатора, м.

Принимаем величину недолива 200 мм. Тогда  средняя толщина слоя затвердевшего  металла в кристаллизаторе:

 м.

Средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:

 Вт/м².

В формуле (17) площадь поверхности  кристаллизатора, воспринимающая тепловой поток, рассчитывается по уравнению:

  ,                      (21)

 

где   , – расстояние между противоположными стенками по толщине и ширине

                         верхней части кристаллизатора, м;

         , – расстояние между противоположными стенками по толщине и ширине  

                 нижней части кристаллизатора, м.

м²

 

Удельная теплоемкость воды может  быть принята равной 4,187 кДж/(кг×град).

В формуле (18) перепад температуры воды в кристаллизаторе вычисляется как разность между температурой воды на выходе из кристаллизатора (40...45°С) и ее температурой на входе (15...25°С).

Тогда расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, будет равен:

м³/ч.

Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия – заданную скорость ее движения, определяется по формуле:

                                    ,                                                                (22)

где - расход воды на охлаждение кристаллизатора по рассматриваемому условию,

               м3/ч;

      - площадь поперечного сечения зазора между медной гильзой и стальным

                 корпусом, м2;

      – скорость движения воды , м/с.

Скорость движения охлаждающей воды обычно изменяется в интервале           7...10 м/с. Принимаем 8,5 м/с.

Тогда расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия - заданную скорость ее движения в каналах кристаллизатора, будет равен

 м³/ч.

После вычисления расхода воды по формулам (18) и (22) принимается наибольшее значение расхода воды.

Итак, принимаем расход воды 771,12 м³/ч..

 

2.8 Режим вторичного охлаждения  заготовки

 

Режим вторичного охлаждения  заготовки  рассчитывается для заданной скорости вытягивания сляба из кристаллизатора. Расчет режима вторичного охлаждения заготовки осуществляется по участкам зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ. Так как по длине любого участка зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующие тепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняются, то расчет ведется для середины участка.

Расчет каждого участка производится в следующей последовательности.

1 Вычисляется продолжительность  времени от начала кристаллизации  заготовки по формуле

                                        _,                                                                      (23)                                                     

где  - продолжительность времени от начала кристаллизации заготовки, мин;

       - расстояние от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до середины

         I-го участка зоны вторичного охлаждения, м;

       - заданное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора

       для расчета режима вторичного охлаждения, м/мин.

           

   

 

 

 

 

2 Определяется толщина слоя  затвердевшего металла с использованием формулы

                                                                                                                       (24)

где - толщина слоя затвердевшего участка в середине I-го участка зоны

            вторичного охлаждения, м.

Тогда толщина слоя затвердевшего  участка по всей длине зоны вторичного охлаждения будет равна:

 

3 Рассчитывается температура поверхности по оси верхней грани заготовки по формуле

                               ,                                                (25)                           

где  - температура поверхности заготовки I-го участка зоны вторичного

      охлаждения, ° С;

       - температура поверхности по оси широкой грани заготовки в начале зоны

      вторичного охлаждения, ° С;

       - температура поверхности по оси широкой грани заготовки в конце зоны

      вторичного охлаждения, ° С;

     - расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины I-го

       участка, м;

     - общая протяженность зоны вторичного охлаждения машины, м.

В формуле (25) температура поверхности по оси широкой грани заготовки в начале зоны вторичного охлаждения вычисляется с использованием формулы

                     

         ,                                                         (26)

где - температурный коэффициент, ° С/мин.

Для углеродистой стали значение температурного коэффициента принимает значение = 210 ° C/мин.

Температура поверхности по оси  верхней грани заготовки в конце зоны вторичного охлаждения для легированной стали равна: = 800 ° С.

Тогда температура поверхности  по оси верхней грани заготовки  по всей длине зоны вторичного охлаждения равна

 

                  

4 Подсчитывается плотность теплового  потока от жидкой сердцевины  к поверхности заготовки через  слой затвердевшего металла

                               

        ,                                                                               (27)

где  - плотность теплового потока от жидкой сердцевины к поверхности

    заготовки, Вт/м2;

        - перепад температуры по толщине затвердевшего слоя металла (° С)

    определяется по формуле.

 

                        

     _{,                                                                 (28)}                                                  

 

                       

                          

                            

                                         

Тогда плотность теплового потока от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой затвердевшего металла по всей зоне вторичного охлаждения:

      

                

                

                                  

C поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

                        

                                           (29)

где  - плотность теплового потока, передаваемого излучением, Вт/м2;

         - степень черноты поверхности заготовки; γ = 0,7...0,8, принимаю 0,7;

         - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2·К4);

      = 5,67 /(м2·К4);                         

         - температура окружающей среды, ° С.

 

С поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией

                                                                                                (30)

где - плотность теплового потока, передаваемого конвекцией, Вт/м2;

       - коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности заготовки,

       Вт/(м2·град).

В первом приближении коэффициент  конвективной теплоотдачи зависит  от интенсивности обдува поверхности  заготовки воздухом и может быть определена по формуле

                                                                                                    (31)

где - скорость движения воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.

При водовоздушном вторичном охлаждении заготовки рекомендуется принимать скорость движения воздуха в диапазоне 2...5 м/с. Принимаем 4 м/с. Тогда

                          

                           

5 Определяется плотность орошения  поверхности заготовки водой

                                

                                                               (32)

 

где - плотность орошения поверхности заготовки, м3/(м2·ч);

        - охлаждающий эффект воды, Вт·ч/м3.

При водовоздушном охлаждении плотность  орошения принимается в диапазоне  η = 57000...60000 Вт·ч/м3. Принимаем η = 58000 Вт·ч/м3. Тогда

         

        

6 Рассчитывается расход воды  по формуле

                          

                                                                        (33)

где    - расход воды на вторичное охлаждение заготовки на данном участке, л/мин;

  - площадь орошаемой поверхности, м².

При отливке заготовки охлаждаются  все ее грани. Тогда для заготовки квадратного сечения

 

                                                      ₍₃₄₎

 

где - толщина и ширина отливаемой заготовки в середине i - го участка зоны

                 вторичного охлаждения, м;

      - длина i - го участка ЗВО, м.

Вычисление значений толщины и  ширины отливаемой заготовки в середине i - го участка зоны вторичного охлаждения производится по формуле

 

                    

                                                                                  (35)

                    

                                                                                  (36)

где , - толщина и ширина отливаемой заготовки, м;

       - расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины

       i - го участка зоны вторичного охлаждения, м.

 

Площадь орошаемой поверхности  по всей длине ЗВО:

После этого подсчитывается общий  и удельный расходы воды на вторичное  охлаждение заготовки с использованием формул:

                                                                                                                         (37)

                                                                                                                              (38)

 

_{где - суммарный расход воды на вторичное охлаждение заготовки,  л/мин;}

        _{n  - количество участков зоны вторичного охлаждения МНЛЗ,}

     _{- удельный расход воды на вторичное охлаждение заготовки, л/т;}