МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра неравновесных процессов, метрологии и экологии
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему:
«Расчет тепловых потерь в промежуточном ковше»
Студентка д. о. IV курса
Специальность: физика
Специализация: физика
неравновесных процессов
Пономаренко А.В.
Научный руководитель:
д.т.н., проф. Недопекин Ф. В.,
н.с. Комаров В. Ф.
Донецк – 2012
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Современное состояние вопроса 4
2 Постановка задачи 18
ВЫВОДЫ 26
ЛИТЕРАТУРА 27
Введение
В цепи технологических переливов промежуточный ковш является буферной емкостью, так как с его помощью согласовывается поступление металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор. При этом обеспечиваются усреднение поступающей порции металла и предотвращение попадания шлака в кристаллизатор. Предполагается, что конструкция промежуточного ковша должна обеспечивать минимальные потери тепла металлом.
Стабильность процесса литья во многом определяется постоянством температуры разливаемой стали при минимизации потерь тепла. Потери тепла сталью связаны, по меньшей мере, с тремя основными технологическими факторами:
потерями тепла металлом в процессе его нахождения в ковше за счет излучения через стенки, днище и зеркало металла (эти потери составляют 0,45-0,6 oС в минуту и зависят от состояния футеровки сталеразливочного ковша);
потерями тепла металлом в ходе перелива из сталеразливочного ковша в промежуточный (эти потери составляют, как правило, 15-30 oС и уменьшаются при наличии огнеупорной защитной трубы, устанавливаемой между сталеразливочным и промежуточным ковшами);
потерями тепла через футеровку и зеркало металла в промежуточном ковше. Для снижения тепловых потерь промковш оснащен крышкой, а зеркало металла защищено теплоизолирующей смесью.
Потеря тепла через футеровку включает тепло нагрева футеровки и теплоотдачу с поверхности кожуха в окружающую среду.
Анализ аккумуляции тепла в стенках при периодически действующем нагреве имеет важное значение для установления оптимальной толщины стенки печи, при которой потери тепла в окружающую среду минимальны.
1 Современное состояние вопроса
Внеагрегатные способы улучшения качества широко вошли в практику производства стали. Однако при этом нежелательно увеличивается пауза между выпуском металла из агрегата и началом разливки, существенно снижается температура и требуется надежная защита металла от контакта с воздухом при разливке для сохранения полученного эффекта.
Непрерывная разливка создает хорошие условия для совмещения разливки и способов рафинирования металла, а также имеет ряд существенных технико-экономических преимуществ. Исключена необходимость иметь большое количество изложниц, поддонов и другого оборудования. Металл имеет плотную, мелкозернистую структуру, лучшее качество поверхности слитков[1]. Полученные слитки не нужно прокатывать на крупных обжимных станах (блюминги, слябинги). Применение непрерывной разливки в металлургическом производстве быстро возрастает [2, 3].
Промежуточный ковш является составной частью производственной линии непрерывной разливки. Форма и размеры промежуточного ковша (рис. 1.1) определяются путем математических расчетов и на водяных моделях. Наблюдается и реализуется на практике тенденция к увеличению размеров промежуточного ковша. Для регулирования потоков и времени нахождения металла в промежуточном ковше с целью создания благоприятных условий для выделения из него глинозема и других включений используют перегородки и пороги [4].
В определенных случаях газопродувочные элементы, установленные в днище или стенах промежуточного ковша для введения инертных газов, служат для той же цели.
Индукционный или плазменный подогрев металла в промежуточном ковше позволяет улучшить его тепловой баланс.
Шлаковая смесь в промежуточном ковше предназначена для уменьшения тепловых потерь металла, исключения его контакта с воздухом и ассимиляции всплывающих неметаллических включений [5]. Жидкий металл в процессе плавки и разливки постоянно находится в контакте со шлаком и взаимодействует с ним. Состав шлака, его температура, жидкоподвижность и другие параметры оказывают решающее влияние на процесс плавки и качество металла.
Разработка состава шлаковой смеси ведется в направлении создания двухслойного покрытия [6]: жидкий слой для ассимиляции неметаллических включений и предотвращения окисления и слой, состоящий в основном из порошка, создающий теплоизоляцию металла с температурой поверхности 600–650°C.
Рис.1.1 - Промковш в схеме МНЛЗ:
1 – шлаковая зона; 2 – сталеразливочный ковш; 3 – изоляция;. 4 – устройство для продувки газом; 5 – рабочий изнашиваемый слой футеровки; 6 – скользящий затвор с защитной трубой; 7 – защитный слой; 8 – система для продувки газом; 9 – стопор-моноблок; 10 – погружной стакан (монолитный); 11 – кристаллизатор; 12 – промежуточный ковш; 13 – перегородка с керамическим фильтром; 14 – изоляционный слой; 15 – погружной стакан (составной из двух частей); 16 – опорная плита; 17 – скользящий затвор ПК; 18 – рабочая изнашиваемая футеровка; 19 – стакан свободной разливки
В последние годы отмечается тенденция в использовании промежуточного ковша в качестве самостоятельной реакционной емкости, позволяющей осуществлять дополнительное рафинирование и доводку металла для разливки на МНЛЗ [7, 8].
Эффективность использования промежуточного ковша для данных целей в значительной степени зависит от гидродинамических потоков и как следствие тепловых процессов протекающих в расплаве при непрерывной разливке стали.