4.4 Розрахунок витрат води на охолодження заготовки у зво

Оскільки в теоретичних розрахунках дуже складно точно оцінити умови охолодження, для визначення витрати води по довжині ЗВО використовуються експериментальні залежності коефіцієнта тепловіддачі від щільності зрошення. Ця залежність описується наступними вираженнями:

чи ,

де – щільність зрошення,;

– дослідний коефіцієнт (у залежності від типу МБЛЗ і сталі, що розливається, складає 50 – 120);

–дослідний коефіцієнт (по дослідним даним величина коефіцієнту змінюється в межах: для МБЛЗ із вигнутою технологічною віссю;для вертикальних МБЛЗ;

–сумарний коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням і конвенцією. у залежності від інтенсивності охолодження злитка. Зі зменшенням інтенсивності охолодження росте.

Наявність розподілу температур по довжині злитка і товщині оболонки дозволяє визначити теплові потоки на поверхні злитка, необхідні для відводу фізичної теплоти оболонки і теплоти кристалізації :

, (4.20)

, (4.21)

де ,– середня температура кірки на початку і кінці ділянки охолодження,⁰С;

, – товщина кірки на початку і наприкінці ділянки охолодження, м;

, – відстань від торця кристалізатора на вході і виході з ділянки охолодження, м;

– швидкість витягування злитка, м/хв.;

–теплоємність затверділого металу, .

Знаючи тепловий потік і температуру поверхні, можна визначити

.

Для виконання вимог по плавній зміні інтенсивності охолодження злитка по його довжині для сталі різних марок і можливості регулювання довжини ділянки водяного охолодження в залежності від швидкості лиття і глибини рідкої лунки вся зона вторинного водяного охолодження розбивається на окремі секції. Кожна секція забезпечується самостійним підведенням води і установкою відповідних форсунок.

При розрахунку основних параметрів систем вторинного охолодження радіальних і криволінійних машин необхідно скорегувати щільність зрошення злитка по малому радіусу за рахунок стікання води, зменшивши його на 20 – 30% у порівнянні з великим радіусом.

У випадку слябових машин водяне охолодження слябів по вузьких гранях відбувається на ділянці, рівній .

Як показує практика експлуатації слябових машин, довжина зони форсункового охолодження по вузьких гранях може бути скорочена на 20 – 30%.

Приклад 10. Визначити витрати води на секцію довжиною , розташовану на відстанівід нижнього зрізу кристалізатора,на вході в секцію складає 1135⁰С, а на виході із секції ⁰С, відповідно товщина кірки злитка на вході і виході із секції відповідно склали і. Перетин злитка .Для розрахунку прийнято: щільність сталі ; коефіцієнт кристалізації; температура ліквідус 1479⁰С; швидкість розливання ; теплоємність ;прихована теплота кристалізації ; ; сумарний коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням і конвенцією=140.

Як випливає з рівнянь (3.56), (3.57) необхідно визначити середню температуру і товщину кірки на початку і кінці ділянки охолодження. Приймаємо з метою спрощення розрахунку лінійну зміну температури по товщині кірки. Тоді:

⁰С;

⁰С.

Сумарний тепловий потік на поверхні злитка, обумовлений відводом фізичної теплоти і теплоти кристалізації, складе:

а середній коефіцієнт тепловіддачі відповідно:

Щільність зрошення на даній ділянці складе:

Охолодження по вузьких гранях відбувається в даному випадку на ділянці

З огляду на, що секція розташована практично вертикально, витрати води на широку грань по великому радіусу і грань по малому радіусу будуть однакові:

де – площа охолодження грані (), м².

Витрата води по вузьких гранях

де 2 – кількість однакових граней.

Загальна витрата води на секцію

або ,

де 2 – кількість однакових граней.

Примітка.Якщо секція розташована не на вертикальній дільниці МБЛЗ щільність зрошення на грань по малому радіусу необхідно зменшити на 20 – 30%. Тоді витрати води на грань по більшому радіусу складуть:

На грань по малому радіусу:

Витрата води по вузьких гранях:

Загальна витрата води на секцію

або .

Приклад 11. Визначити витрати води на секцію довжиною , розташовану на відстанівід нижнього зрізу кристалізатора. Перетин злитка .Розподіл температури поверхні і параметрів злитка такі ж, як у попередньому прикладі.

Як випливає з рівнянь (3.56), (3.57) необхідно визначити середню температуру і товщину кірки на початку і кінці ділянки охолодження. По приведеним числовим даним і даним рисунка 4.4 визначимо параметри секції (рисунок 4.5). Таким чином на вході в секцію складає 1140⁰С, а на виході із секції ⁰С, відповідно товщина кірки злитка на вході і виході із секції відповідно склали і. Для розрахунку прийнято: щільність сталі; коефіцієнт кристалізації; температура ліквідус 1504⁰С; швидкість розливання ; теплоємність ;прихована теплота кристалізації ; ; сумарний коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням і конвенцією=150.

Приймаємо з метою спрощення розрахунку лінійну зміну температури по товщині кірки. Тоді:

⁰С;

⁰С.

Сумарний тепловий потік на поверхні злитка, обумовлений відводом фізичної теплоти і теплоти кристалізації, складе:

Рисунок 4.5 — Визначення температури поверхні та товщини кірки злитка в межах секції ЗВО

а середній коефіцієнт тепловіддачі (для ⁰С) відповідно:

Щільність зрошення на даній ділянці складе

З огляду на те, що розливається квадратна заготовка і секція у верхній частині машини розташована практично вертикально, витрати води на всі грані включаючи грань по більшому радіусу і грань по малому радіусу будуть однакові (в протилежному випадку необхідно скорегувати щільність зрошення злитка по малому радіусу за рахунок стікання води, зменшивши його на 20 – 30% у порівнянні з великим радіусом):

,

де 4 – кількість однакових граней;

–площа охолодження грані (), м².

Витрата води на тону сталі складуть:

,

де – маса металу розлитого за годину, т; (– маса одного погонного метра заготовкит;– довжина заготовки розлита за годину).

Примітка.Якщо секція розташована у нижній частині машини (не вертикально) необхідно корегувати витрати води по малому радіусу. При розрахунку блюмової машини з прямокутним перетином злитка необхідно враховувати різні витрати води по вузьких та широких гранях.