4 Розрахунок параметрів КристалізаціЇ зАготовок

4.1. Теплофізична характеристика процесу безперервного розливання сталі

Розглянемо можливості розрахунку параметрів процесу кристалізації заготовки та інших теплотехнічних показників (теплового потоку в кристалізаторі, температури поверхні злитка та ін.), що будуть, як і при розливанні у виливниці, вирішальними у процесі затвердіння. У порівнянні з класично відлитим злитком безперервнолита заготовка рухається вертикально, за дугою певного постійного або змінного радіусу чи горизонтально, причому товщина застиглого металу на виході з кристалізатора дуже мала. Визначення цієї товщини в залежності від швидкості розливання, температури металу, що розливається, його хімічного складу і умов відводу тепла в кристалізаторі дуже важливе для встановлення технології розливання. Після виходу з кристалізатора заготовка направляється за допомогою опорних валків чи водоохолоджуваних направляючих у зону вторинного охолодження, де інтенсивно охолоджується водою. Сучасною технологією безперервного розливання передбачене зниження теплового удару шляхом зменшення інтенсивності охолодження заготовки, що дозволяє запобігти виникненню тріщин. По виходу з зони водяного охолодження поверхня заготовки охолоджується шляхом випромінювання і природної конвекції. На практиці фахівців цікавить глибина рідкої фази, загальний час затвердіння заготовки і ріст кірки в зоні вторинного охолодження.

В окремих зонах МБЛЗ від заготовки відводиться наступна кількість тепла [11]: у кристалізаторі ~ 20 – 40% від загального, відданого заготовкою (менше значення – для листових заготовок великих розмірів, більше – для малих листових і квадратних заготовок); у зоні вторинного охолодження ~ 40 – 55%, потім ~ 20 – 30% до повного охолодження.

На рисунку 4.1 [12] показана залежність щільності теплового потоку, що відповідає даній швидкості розливання, яку визначено глибоко під поверхнею. Щільність теплового потоку, , можна знайти по емпіричній формулі:

, (4.1)

де — час, сек.

Рисунок 4.1 — Залежність щільності теплового потоку від часу

На підставі проведених раніше досліджень встановлено, що у верхній частині кристалізатора [13, 14] щільність теплового потоку складає 1,86 – 2,33 . У наслідок теплового опору в середині кристалізатора вона знижується до значень 0,7 – 0,93 , а на виході з нього на відстані 600 – 700 мм від меніска складає 0,23 – 0,47 . У прямокутних кристалізаторах щільність теплового потоку уздовж вузьких сторін менше, тому що тут швидше виникає зазор між злитком і кристалізатором. У верхній частині кристалізатора на вузькій стороні щільність теплового потоку дорівнює 1,39 – 1,63, а в нижній частині 0,401 – 0,349.

Відведення тепла знаходиться в прямому зв'язку з температурою поверхні заготовки. Припустимо, що до моменту виникнення зазору між заготовкою і кристалізатором (на відстані 100 – 200 мм від рівня сталі в кристалізаторі) температура поверхні швидко знижується до 600 – 900 ⁰С. Однак потім, вона знову швидко підвищується і на виході з кристалізатора температура поверхні заготовки на широкій стороні складає ~ 700 – 1100 ⁰С, а на вузькій 1100 – 1250 ⁰С (великі температури відповідають більшим швидкостям розливання). Температури внутрішньої сторони мідної стінки кристалізатора складають 120 – 140 ⁰С, зовнішньої 80 – 100 ⁰С. Для великого кристалізатора (перетином 483305 мм), шляхом виміру, була встановлена [15] температура поверхні мідної стінки, яка склала у верхній частині кристалізатора 210 – 225, у середині 160 і внизу (125 мм від дна) 125 ⁰С.