Расчет изменения температуры поверхности непрерывного слитка в ЗВО (режим охлаждения слитка)

Охлаждение слитка в ЗВО (зоне вторичного охлаждения) происходит за счет излучения тепла в окружающую среду, конвективными потоками, контакта с водоохлаждаемыми опорными и транспортирующими роликами, орошения водой, водовоздушными или иными смесями.

Задача сводится к охлаждению поверхности слитка от температуры поверхности на выходе из кристаллизатора до температуры поверхности в конце затвердевания. При этом снижение температуры по длине ЗВО должно быть монотонным и отвечать требованиям, предъявляемым к ЗВО.

Интенсивность охлаждения слитка в ЗВО необходимо поддерживать на таком уровне, чтобы к концу затвердевания температура поверхности заготовки не снижалась ниже значений, обеспечивающих нахождение металла в области пластических деформаций. При этом непрерывный слиток был бы свободен от поверхностных и внутренних дефектов, так как образование различных трещин зависит в основном от соотношения прочности охлаждающегося металла и напряжений, стремящихся его разорвать.

Сотрудниками ЦНИИЧМ была предложена математическая модель, позволяющая выбрать такую кривую охлаждения, которая обеспечит минимизацию термических напряжений по сечению оболочки слитка при условии, что отношение скоростей охлаждения слоев металла, расположенных у фронта кристаллизации и на поверхности слитка, было бы постоянно по всей длине ЗВО:

. (18)

Для решения используем относительные температуры поверхности слитка:

- на выходе из кристаллизатора , где t₀ – температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора, ⁰С; t_кр – температура кристаллизации, ⁰С);

- в конце затвердевания , где t_к - температура поверхности слитка в конце затвердевания, ⁰С.

Решение позволило получить следующую зависимость:

, (19)

где a – толщина заготовки, м; - толщина оболочки на выходе из кристаллизатора, м.

Задаваясь температурой поверхности в начале и конце ЗВО, получаем значение коэффициента , при котором можно рассчитать кривую охлаждения, обеспечивающую минимизацию брака.

Для построения кривой охлаждения необходимо определить время достижения заданной температуры поверхности слитка, что обеспечивается следующей зависимостью:

, (20)

где и - температурные комплексы в начале ЗВО и в любой точке с координатой х; - плотность жидкой стали, кг/м³; q – скрытая теплота кристаллизации, Дж/кг; - коэффициент теплопроводности; - толщина оболочки слитка на выходе из кристаллизатора, м.

Задаваясь температурой поверхности слитка t_п (t₀>t_п>t_к), определяем и и строим график и , причем .

1. Для построения кривой охлаждения необходимо определить коэффициент :

. (21)

2. Определяем необходимые параметры:

2.1. Сечение заготовки a x b, мм;

2.2. Марка стали и ее состав;

2.3. Скорость вытягивания заготовки, w, м/мин;

2.4. Коэффициент кристаллизации, К, м/мин^0,5;

2.5. Скрытая теплота кристаллизации, q, Дж/кг (при отсутствии точных данных для расчета можно принять q = 270 кДж/кг);

2.6. Коэффициент теплопроводности, , кДж/(м∙ч∙К) (при отсутствии точных данных для расчета можно принять значение = 30,3 Вт/(м∙К));

2.7. Толщина оболочки на выходе из кристаллизатора, , м (, где - эффективная высота кристаллизатора, м);

2.8. Температура кристаллизации, t_кр, ⁰С, , при малом интервале кристаллизации t_кр приближается к температуре ликвидуса, при большом интервале кристаллизации – к температуре солидуса.

3. Выбор температуры поверхности слитка на выходе из кристаллизатора.

При относительно низких скоростях вытягивания температуру поверхности слитка можно определить по формуле

. (22)

При высоких скоростях вытягивания температуру поверхности на выходе из кристаллизатора можно задать в интервале 1150 … 1250 ⁰С.

4. Выбор температуры поверхности слитка в конце затвердевания сводится к оценке марки стали и схемы работы МНЛЗ – прокатный стан. Чем сложнее марка стали, выше концентрация углерода и степень легирования, тем выше должна быть температура поверхности. Самая низкая температура у низкоуглеродистых и низколегированных сталей при поступлении металла на склад должна быть не ниже 800 ⁰С. Самая высокая температура поверхности в случае разливки высокоуглеродистой или высоколегированной стали в сочетании с работой по схеме «прямая прокатка».

5. После определения коэффициента , задаваясь промежуточными значениями температуры поверхности слитка (t₀>t_п>t_к), определяются значения , Т_х, и .

6. После расчета по нескольким значениям «х» (4 … 6) строится зависимость и .

Поиск по сайту: