Расчёт параметров непрерывной разливки стали

 

     2 Продолжительность затвердевания непрерывно-литой заготовки 
 

     Главными факторами, определяющими продолжительность затвердевания непрерывно-литых заготовок, являются размеры её поперечного сечения: толщина – 220 мм; ширина – 1600 мм. С достаточной точность продолжительность затвердевания заготовки можно определить по формуле, приняв коэффициент затвердевания равный 25 мм/мин^0,5

 

     3 Скорость вытягивания  заготовки 
 

     Установление  скоростного режима заключается  в определении диапазона допустимых скоростей вытягивания заготовки и рабочей скорости вытягивания. В качестве рабочей принимается такая скорость вытягивания, при которой обеспечивается сочетание высокого качества заготовки с достаточно высокой производительностью МНЛЗ. Обычно рабочая скорость вытягивания назначается с учётом многих факторов: марки стали, размеров поперечного сечения отливаемой заготовки, температуры металла в промежуточном ковше, содержание в стали вредных примесей и др. Так как температура разливаемого металла и содержание вредных примесей в нём соответствуют требованиям раздела 1, то рабочая скорость вытягивания определяется по формуле

     Значения  коэффициента скорости вытягивания  приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Значения коэффициента скорости вытягивания

 

     Приняв  значение коэффициента вытягивания 0,160; найдём рабочую скорость вытягивания заготовки

     Рабочая скорость вытягивания является базовой  для определения диапазона допустимых скоростей вытягивания

     Скорость  вытягивания определяет глубину лунки жидкого металла в кристаллизующейся непрерывно-литой заготовке

     а также необходимую частоту качания  кристаллизатора

где - частота качения кристаллизатора, мин^-1;

где - коэффициент частоты;

где - амплитуда качания кристаллизатора, м. 

     Обычно  = 0,8-1,5 и = 0,010-0,015 м, принимаем 1,0 и 0,010, соответственно, тогда получим

     Обязательным  условием получения плотной осевой зоны непрерывно-литой заготовки является соблюдение соотношения

где - металлургическая длина МНЛЗ (расстояние по оси заготовки от уровня жидкого металла в кристаллизаторе до последнего поддерживающего ролика), м. 

     Поэтому делаем проверку при разливке с максимальной скоростью вытягивания

     Так это условие выполняется, то максимальную скорость, рассчитанную выше, можно  не изменять. 

     4 Скорость разливки  и диаметр каналов  сталеразливочных  стаканов 
 

     Определение рабочей скорости вытягивания заготовки и диапазона, допустимых её значений позволяет рассчитать рабочую скорость разливки и возможный диапазон её изменения. Зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья) описывается формулой

     Рабочая скорость разливки и её предельные значения вычисляются по этой формуле при подстановке в неё соответствующих значений скорости вытягивания заготовки

     _{Диаметры  каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном  ковшах вычисляется с использованием известной формулы}

где - коэффициент скорости разливки, т/(мин*мм²*м^0,5);

где - диаметр канала стакана, мм;

где - высота слоя жидкого металла в ковше, м. 

     Расчёт  диаметров каналов стаканов и  в сталеразливочном, и в промежуточном  ковшах ведётся на максимальную скорость разливки, причём при расчёте диаметра канала стакана сталеразливочного ковша необходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в несколько кристаллизаторов. При расчёте диаметров канала для сталеразливочного ковша рекомендуется принять = 1,2*10^-3 т/(мин*мм²*м^0,5) и = 0,5-1,0 м; а для промежуточного ковша = 1,1*10^-3 т/(мин*мм²*м^0,5) и = 0,6-0,8 м. Учитывая выше сказанное найдём диаметр канала стакана

 

     5 Параметры настройки  кристаллизатора  и системы вторичного  охлаждения 
 

     В задании указы те размеры поперечного  сечения непрерывно-литой заготовки, которые она должна иметь на выходе из МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет несколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере её охлаждения. Поэтому поддерживающая система МНЛЗ настраивается так, чтобы расстояние между противоположными стенками кристаллизатора и противоположенными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшались в направлении движения заготовки.

     Обычно  ширина и толщина поперечного  сечения заготовки в верхней  части кристаллизатора превышает заданные размеры на 2-3 и 4-5 %, а в нижней части – на 1-2 и     3-4 %, соответственно, как показано на рисунке 1. Расстояние между опорными поверхностями противоположенных роликов системы вторичного охлаждения уменьшается линейно.

     Расчёт  параметров настройки МНЛЗ заключается  в определении расстояний между  противоположенными стенками вверху и  внизу кристаллизатора и между противоположенными роликами на входе и выходе каждой зоны системы вторичного охлаждения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1 – Схема настройки МНЛЗ вертикального  типа по толщине заготовки 

     Учитывая  всё выше сказанное, найдём параметры настройки кристаллизатора

     При прохождении заготовки через  зону вторичного охлаждения, включающую неприводные и нижние приводные ролики, поддерживают только большую грань заготовки (ширину), тем самым изменяя толщину заготовки – А. Учитывая это, найдём параметры настройки системы зоны вторичного охлаждения

 

     6 Охлаждение кристаллизатора 
 

     Чаще  всего в МНЛЗ используются сборные  кристаллизаторы, в стенках которых  имеется система вертикальных каналов  для охлаждающей воды. Обычно каналы имеют диаметр 20 мм, а расстояние между ними 40-50 мм.

     Основным  показателем, характеризующим режим  охлаждения кристаллизатора, является расход холодной воды. Предварительно перед расчётом воды необходимо, пользуясь вышеприведёнными рекомендациями, выбреем диаметр канала 20 мм с расстоянием между ними 40 мм, следовательно, их количество составит 20 штук. Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы выполнялось два условия:

• температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40-45 ⁰С с тем, чтобы не происходило отложение растворённых в ней солей;
• скорость движения воды в каналах должна быть не менее 2 м/с для того, чтобы предотвратить возникновение локальных перегревов.

 

     Расход  воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется следующим образом. Сначала выбором или расчётом определяются исходные данные:

• температура воды на входе в кристаллизатор: 20 ⁰С;
• температура воды на выходе из кристаллизатора: 40 ⁰С;
• перепад температуры воды в кристаллизаторе: 20 ⁰С;
• средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизующейся заготовки: 400 ⁰С;
• средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе: 0,021 м.

 

     После этого вычисляется средняя плотность  теплового потока от заготовки к  кристаллизатору

где - средний тепловой поток, Вт/м²;

где - коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м*град). 

     Принимаем следующие значение коэффициента теплопроводности для низколегированной стали – 26 Вт/(м*град), тогда

     Вычисляем расход воды, обеспечивающий принятую температуру её на выходе из кристаллизатора

     Расход  воды, обеспечивающий выполнение второго  условия – заданную скорость её движения в каналах кристаллизатора, определяется по формуле

     Принимаем расход воды, исходя из первого условия. 
 

     7 Вторичное охлаждение  заготовки 
 

     Режим вторичного охлаждения непрерывнолитой  заготовки должен быть таким, чтобы  выдерживался оптимальный температурный режим затвердевшей оболочки. Достаточно точно этот оптимальный температурный режим может быть задан изменением перепада температур по толщине затвердевшей оболочки (рисунок 2). Данные рисунка 2 позволяют построить график изменения оптимальной температуры поверхности заготовки для стали марки 15Х при заданной скорости вытягивания

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 – углеродистая  сталь; 2 – легированная сталь.

Рисунок 2 - Изменение перепада температур по толщине слоя затвердевшего металла в Рисунок 2 -   процессе кристаллизации непрерывнолитой заготовки 

     Расчёт  режима вторичного охлаждения заготовки  ведётся по зонам в соответствии с конструкцией МНЛЗ. Так как по длине любой зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующие тепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняется, то расчёт ведётся для середины зоны.

     Расчёт  каждой зоны производиться в такой  последовательности: