Тепловой баланс кристаллизатора

Кристаллизатор является центральным элементом МНЛЗ. Здесь формируется оболочка слитка, которая должна обеспечить прочность металла, возникающим напряжениям от ферростатического давления и усилий вытягивания слитка из кристаллизатора. В области кристаллизатора отводится значительная доля тепла, связанного с выделением скрытой теплоты кристаллизации и охлаждением формирующейся оболочки.

Возникающий здесь тепловой баланс можно записать так:

, (11)

где Q – количество тепла, отводимое водой из кристаллизатора, Дж; Q₁ – количество тепла, отводимого от жидкого металла при охлаждении его до температуры ликвидуса (тепло перегрева), Дж. Величина перегрева должна быть минимальной, но не увеличивать потери металла ; Q₂ – количество отводимого тепла, выделяющегося при затвердевании стали (скрытая теплота кристаллизации), Дж; Q₃ – количество тепла, отводимого за счет охлаждения затвердевшей оболочки слитка в кристаллизаторе, Дж.

Для решения теплового баланса необходимо задаться параметрами охлаждающей воды и ее расходом или толщиной оболочки (корочки) слитка на выходе из кристаллизатора.

В большинстве случаев расход воды на охлаждение кристаллизатора практически постоянен и составляет 100 – 140 м³/час на 1 погонный метр периметра кристаллизатора:

(12)

1. Поэтому количество тепла, отводимого водой из кристаллизатора, составляет

, (13)

или , (14)

где .

2. Количество тепла, отводимого от жидкой стали, тепло перегрева:

, (15)

где .

3. количества тепла, отводимого при выделении скрытой теплоты кристаллизации:

, (16)

где - толщина оболочки слитка на выходе из кристаллизатора, .

4. Количество тепла, отводимого при охлаждении оболочки по высоте кристаллизатора

. (17)

В зависимости от постановки задачи тепловой баланс решается либо относительно толщины оболочки на выходе из кристаллизатора, либо относительно расхода воды на охлаждение кристаллизатора.

Следует отметить, что, на первый взгляд, кажется, что при изменении расхода воды на охлаждение кристаллизатора будет изменяться толщина металлической оболочки. На самом деле, в связи с тем, что в процессе затвердевания происходит усадка, и оболочка слитка отходит от медных плит кристаллизатора, процесс отвода тепла контролируется теплопроводностью газового зазора. Поэтому толщина корочки зависит только от времени пребывания слитка в кристаллизаторе, а расход воды практически постоянен. Изменение расхода воды приведет лишь к изменению допустимой величины перегрева стали.

Если имеются фактические данные по расходу воды, параметрам кристаллизатора и нагреву воды в кристаллизаторе, можно определить толщину оболочки на выходе из кристаллизатора и средний коэффициент теплоотдачи от металла к воде.

Поиск по сайту: