По  формулам 1 и 2 определим температуру  металла в промежуточном ковше  используя химический состав стали марки 10Г2С1, который приведен в таблице 2, а также температуру металла в сталеразливочном ковше, которая обычно на      60…80 °С  превышает температуру ликвидус стали.

    Химический  состав стали марки 10Г2С1 представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав стали марки 10Г2С1

 
 

    Рассчитаем  температуру ликвидус по формуле (2):

    Тогда температура стали в промежуточном  ковше по формуле (1) составляет

 
 
 

    3 Продолжительность затвердевания непрерывнолитой

       заготовки 

    Главным фактором, влияющим на продолжительность  затвердевания непрерывнолитых  заготовок, являются размеры поперечного  сечения: толщина и ширина. С достаточной  точностью продолжительность затвердевания  заготовки определяется по формуле

                                                      

,                                                       (3)

где    t_з – продолжительность затвердевания, мин;

      k_ф – коэффициент формы поперечного сечения;

      a – толщина заготовки, мм;

      k_з– коэффициент затвердевания, мм/мин^0,5.

      В формуле (3) численное значение коэффициента формы k_ф определяется по формуле

                                                      

,                                                      (4)

    Величина  коэффициента затвердевания стали  в формуле (3) зависит от величины перегрева стали в промежуточном  ковше над температурой ликвидус. 

    Величина  перегрева, °С                15…23           24…32         33…40

    Коэффициент затвердевания

    Стали, мм/мин                                28                   27                 26 

    Поскольку величина перегрева составляет 21°С принимаем k_з равным 28 мм/мин . Значение коэффициента формы К_ф примем равным 1 (т. к. В/А ≥ 2). Тогда используя формулу (3) получим:

     .

 
 

    4 Скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов 

    Весовая скорость разливки металла из сталеразливочного  ковша определяется по формуле

                                                                  

                                                          (5)

где q – весовая скорость разливки металла из сталеразливочного ковша,  т/мин;

      M – масса металла в сталеразливочном ковше, т;

      τ_р – продолжительность разливки металла одной плавки, мин.

    Диаметр канала стакана сталеразливочного  ковша вычисляется по формуле

                                                         

                                                  (6)

где   d_ск – диаметр канала стакана сталеразливочного ковша, мм;

        k_{q ск} – коэффициент весовой скорости разливки металла из сталеразливочного        ковша, т/(мин*мм²*м^0,5);

         h_ск – высота слоя жидкого металла в сталеразливочном ковше, м.

    Диаметр канала сталеразливочного ковша  принимается путем округления в  большую сторону до целого значения, высчитанного по формуле (6).

    После этого производится определение  диаметра каналов стаканов промежуточного ковша

                                                      

                                                 (7)

где    d_пк – диаметр канала стакана промежуточного ковша, мм;

         N – количество ручьев МНЛЗ, шт.;

         k_{q пк} – коэффициент весовой скорости разливки металла из

                   промежуточного ковша, т/(мин×мм²×м^0,5);

         h_пк – высота слоя жидкого металла в промежуточном ковше, м.

    Исходя  из методических указаний [1] принимаем:

k_{q ск} =1,40×10^-3 т/(мин×мм²×м^0,5); h_ск =0,9 м;

k_{q пк} =1,35×10^-3 т/(мин×мм²×м^0,5); h_пк =0,75 м.

    При разливке открытой струей диаметр канала стакана промежуточного ковша принимается  путем округления в большую сторону  до целого значения, определенного  по формуле (7).

    Так как задано две продолжительности  разливки будем определять весовую  скорость разливки и диаметр каналов разливочных стаканов для обеих. Используя вышеприведенные формулы получаем: 

   

    5 Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора 

    При установившемся режиме непрерывной  разливки стали уровень жидкого  металла в кристаллизаторе должен быть постоянным. Для соблюдения этого условия между весовой скоростью разливки металла в каждом ручье и скоростью вытягивания заготовки из кристаллизатора существует следующая зависимость:

                                                            

                                                 (8)

где r_ст – плотность затвердевшей стали на выходе из зоны вторичного  охлаждения, т/м³ (исходя из методических указаний принимаем равной 7,6 т/м³ );

          a – толщина заготовки, м;

          b – ширина заготовки, м;

          n – скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин.

    После преобразования формулы (8) вычисляется  расчетное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора:

                                                           

,                                                 (9)

  

    Найденное значение скорости вытягивания заготовки  из кристаллизатора должно обеспечивать получение в заготовке на выходе из кристаллизатора корочки затвердевшего  металла достаточной толщины  для исключения возникновения аварийных прорывов жидкого металла. Поэтому по известной формуле квадратного корня вычисляется расчетное значение толщины слоя затвердевшего металла в заготовке на выходе из кристаллизатора. Это расчетное значение сравнивается с рекомендуемым значением.

    Определяем  время которое заготовка находится  в кристаллизаторе по формуле (10):

                                                                    

,                                                      (10)

где τ_кр – время которое металл находится в кристаллизаторе, мин;

        L – высота металла в кристаллизаторе, м;

    Принимаем недолив в кристаллизаторе 0,2 м, тогда:

 

    По  формуле квадратного корня определим  толщину затвердевшей корочки:

                                                              

,                                                   (11)

где  x - толщина слоя затвердевшего металла, мм;

       τ – время затвердевания, мин.

    Тогда:

   

    В процессе разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы происходит так называемое «затягивание» разливочных  стаканов, причиной которого является отложение на стенках канала неметаллических  включений. Это вызывает снижение как  весовой скорости разливки стали, так  и скорости вытягивания заготовок.

    При уменьшении скорости разливки продолжительность  разливки металла возрастает. Чрезмерное увеличение продолжительности разливки ведет к уменьшению выхода годного металла из-за затвердевания некоторого его количества в сталеразливочном ковше, а также создает трудности с организацией разливки методом «плавка на плавку». Поэтому на практике устанавливается допустимое значение минимальной скорости разливки.

    Минимально  допустимое значение скорости вытягивания  заготовки из кристаллизатора обычно составляет 60...70 % от его расчетного значения. Значение минимально допустимой скорости вытягивания заготовки  должно быть определено в работе.

    При вытягивании заготовки из кристаллизатора  он совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз (качается) для облегчения отделения затвердевшей корочки заготовки от стенок кристаллизатора.

    Частота качания кристаллизатора находится  из выражения:

                                                          

                                                   (12)

где   f – частота качания кристаллизатора, 1/мин;

      k_f – коэффициент частоты качания;

      A_k – амплитуда качания кристаллизатора, мм. 

 

    Внутри  вытягиваемой из кристаллизатора заготовки  находится лунка жидкого металла, длина которой определяется по формуле:

                                                                

                                                      (13)

где    L_ж – глубина лунки жидкого металла, м,