8 Режим первичного охлаждения заготовки
На слябовых МНЛЗ используются сборные кристаллизаторы, состоящие из четырех медных плит, каждая из которых для жесткости крепится шпильками к индивидуальной стальной плите. По толщине используемых медных плит кристаллизаторы подразделяются на тонкостенные и толстостенные. В тонкостенных кристаллизаторах плиты изготовляются из холоднодеформированной меди толщиной 15…25 мм, а в толстостенных – из горячедеформированной меди толщиной 60…90 мм. Более широкое распространение получили толстостенные кристаллизаторы, обладающие большей жесткостью и надежностью в работе. В толстостенных кристаллизаторах вода со скоростью 6…10 м/с подаётся в просверленные в медной плите цилиндрические каналы либо в фрезерованные каналы прямоугольной формы с наружной стороны медной плиты (рис. 2).
Основным показателем, характеризующим режим первичного охлаждения заготовки в кристаллизаторе, является расход охлаждающей воды. Предварительно перед расчетом расхода воды необходимо, пользуясь вышеприведенной информацией, выбрать форму каналов охлаждения в кристаллизаторе и вычислить их количество по формуле:
(16)
где:
- количество каналов, шт.;
- периметр
кристаллизатора в средней его часть по
осям каналов, мм;
- расстояние между
осями соседних каналов, мм.
В формуле (16) периметр по осям каналов в средней части кристаллизатора определяется по формуле:
(17)
где:
- расстояние между широкими плитами
кристаллизатора в его верхней и нижней
частях, мм;
-
расстояние между узкими плитами
кристаллизатора в его верхней и нижней
частях, мм;
- расстояние от
внутренней стороны медной плиты
кристаллизатора до оси каналов, мм.
Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение двух условий:
– температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40…45 °С для предотвращения отложения солей внутри каналов;
– скорость циркуляции воды в каналах должна быть в интервале 6…10 м/с для предотвращения образования застойных зон с локальным перегревом.
Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется по формуле:
где:
- расход воды на охлаждение кристаллизатора
по рассматриваемому условию, м3/ч;
-
средняя плотность теплового потока от
заготовки к кристаллизатору, Вт/м2;
- площадь поверхности
кристаллизатора, воспринимающая тепловой
поток, м2;
- плотность воды,
кг/м3;
- удельная
теплоемкость воды, кДж/(кг·град);
- перепад температуры
воды в кристаллизаторе, °С.
В формуле (18) средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору вычисляется по формуле:
где:
- коэффициент теплопроводности
затвердевшего металла, Вт/(м·град);
-
средний перепад температуры между
температурой жидкого металла и
температурой поверхности заготовки,
°С;
- средняя толщина
слоя затвердевшего металла в
кристаллизаторе, м.
Рекомендуются следующие значения коэффициента теплопроводности:
- для углеродистой
стали;
- для легированной
стали;
Средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности заготовки изменяется в диапазоне 350…400 °С.
Средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе определяется по формуле:
где:
- высота кристаллизатора, м;
-
величина недолива жидкого металла до
верхнего края медной плиты кристаллизатора,
м.
В формуле (18) площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой поток, рассчитывается по уравнению:
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).
Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия – заданную скорость ее движения в каналах кристаллизатора, определяется по формуле:
где:
- площадь поперечного сечения канала,
м2;
-
скорость движения воды в канале, м/с.
Скорость движения воды в канале кристаллизатора изменяется в интервале 6…10 м/с.
После вычисления расхода воды по формулам (18) и (22) принимается наибольшее значение расхода воды.