9 Режим вторичного охлаждения заготовки

Режим вторичного охлаждения слябовой 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:

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:

где: - толщина слоя затвердевшего участка в середине I – го участка зоны вторичного охлаждения, м.

3. Рассчитывается температура поверхности по оси широкой грани слябовой заготовки по формуле:

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:

где: - температурный коэффициент, °С/мин.

Значение температурного коэффициента в формуле (26) зависит от химического состава разливаемой стали:

= 220 °С/мин – для углеродистой стали;

= 200 °С/мин – для легированной стали.

Температура поверхности по оси широкой грани заготовки в конце зоны вторичного охлаждения может иметь следующие значения:

= 920 °С – для углеродистой стали с [C] ≤ 0,07 % и [C] > 0,16 %;

= 950 °С – для перитектической стали с [C]=0,08…0,16 %;

= 980 °С – для легированной стали.

4. Подсчитывается плотность теплового потока:

– от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой затвердевшего металла

где: - плотность теплового потока от жидкой сердцевины к поверхности заготовки, Вт/м2;

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

– с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

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

- степень черноты поверхности заготовки;

=0,7…0,8.

- коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2·K4);

c0 = 5,67 Вт/(м2·K4);

- температура окружающей среды, °С;

– с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:

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 определен по формуле:

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

При водо-воздушном вторичном охлаждении заготовки рекомендуется принимать скорость движения воздуха в диапазоне 2…5 м/с.

В случае водяного вторичного охлаждения воздух на поверхность заготовки не подается , поэтому = 0.

5. Определяется плотность орошения поверхности заготовки водой

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

- охлаждающий эффект воды, Вт·ч/м3.

При расчетах плотности орошения рекомендуется принимать:

= 48000…52000 Вт·ч/м3 – при водяном охлаждении;

= 57000…60000 Вт·ч/м3 – при водо-воздушном охлаждении.

6. Рассчитывается расход воды по формуле:

где: -расход воды на вторичное охлаждение заготовки на данном участке, м3/ч;

- площадь орошаемой поверхности, м2.

При отливке слябовой заготовки охлаждаются только ее широкие грани, тогда:

где: - коэффициент орошения;

- ширина заготовки в средней части I – го участка ЗВО, м;

- длина I – го участка ЗВО, м.

Коэффициент орошения зависит от типа МНЛЗ. Для вертикальных машин= 2, так как условия охлаждения каждой широкой грани заготовки абсолютно одинаковые.

Для машин с изогнутой технологической осью значения коэффициента орошения определяются местом расположения рассматриваемого участка зоны вторичного охлаждения на оси машины. Так для участков, на которых угол наклона оси заготовки к горизонту превышает 45°,= 2, а для участков с меньшим углом наклона = 1,75…1,85. Это объясняется тем, что на более пологих участках машины вода, подаваемая сверху используется более эффективно. Поэтому расход воды по малому радиусу машины должен быть уменьшен по сравнению с расчетом на 15…25 % (отн.). Для аргументированного выбора значений коэффициента орошения необходимо в масштабе выполнить эскиз технологической оси МНЛЗ с изогнутой технологической осью и определение на нем угла наклона оси заготовки к горизонту в средних точках участков зоны вторичного охлаждения.

В формуле (34) ширина заготовки в средней части I – го участка ЗВО определяется по формуле:

где: - расстояние между узкими плитами в нижней части кристаллизатора, м;

- ширина отливаемой заготовки, м;

- расстояние от начала зоны вторичного охлаждениядо середины I – го участка ЗВО, м.

После окончания расчета параметров режима вторичного охлаждения заготовки по каждому участку ЗВО необходимо сформировать сводную таблицу с расчетными значениями параметров по всем участкам зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

Расчетные значения

№ зоны
1	1,338	0,0308	1091,744	426013	157019,7	6601,943	5,247	0,679	3,564
2	2,136	0,038	1050,929	369417	139023,8	6350,524	4,480	2,145	9,614
3	3,721	0,050	1020,275	298233	126558,5	14524	2,709	3,120	8,454
4	6,754	0,067	990,629	234543	115317,5	14093,54	1,812	6,355	11,520
5	11,404	0,087	964,228	189514	105950,9	13710,2	1,204	7,712	9,288
6	16,683	0,106	944,141	162363	99214,92	13418,54	0,857	7,675	6,580
7	22,529	0,123	927,515	143761	93885,78	13177,12	0,632	8,706	5,508

В пояснительной записке курсовой работы должны быть приведены графики изменения температуры поверхности по оси широкой грани слябовой заготовки и плотности орошения поверхности заготовки по длине зоны вторичного охлаждения машины, для чего на оси абсцисс графиков показывается расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до средних точек всех рассмотренных зон.

Рисунок 2 – Изменение температуры по длине начала зоны вторичного охлаждения

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

где: - суммарный расход воды на вторичное охлаждение заготовки, ;

- количество участков зоны вторичного охлаждения МНЛЗ, шт.;

- удельный расход воды на вторичное охлаждение заготовки, м3/т;

- скорость разливки стали в ручье, т/мин.

В формуле (36) скорость разливки стали в ручье определяется по формуле (12) для заданного значения скорости вытягивания заготовки из кристаллизатораvзад.

Для водо-воздушной системы вторичного охлаждения необходимо также рассчитать и расход воздуха на каждом участке ЗВО. Для качественного распыления воды нужно выдерживать определенное соотношение между расходами воды и воздуха. Величина этого соотношения определяется конструкцией форсунок и может изменяться в широких пределах. Для ориентировочных расчетов, проводимых без учета конструкции форсунок, можно принять соотношение расхода воды к расходу воздуха в диапазоне от (1:15) до (1:280).