Расчет технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра металлургии черных металлов Курсовая работа по дисциплине: «Разливка и кристаллизация стали»

на тему: «Расчет технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ»

Выполнил:

студент гр. МСЭ-07 Арапов А.В.

Принял:

доц., к.т.н. Буданов Б.А.

Магнитогорск 2011

Аннотация

В данной работе выполнен расчет основных технологических параметров непрерывной разливки стали. Приведена общая компоновка пятиручьевой МНЛЗ радиального типа и рассмотрена технология разливки стали марки 17Г2С, на заготовки сечением 150 160 мм.

• Введение
• 1. Краткое описание МНЛЗ
• 2. Расчет основных технологических параметров
• 2.1 Определение параметров жидкого металла
• 2.2 Расчет продолжительности затвердевания заготовки
• 2.3Скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов
• 2.4 Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора
• 2.5 Расход материалов для смазки в кристаллизаторе
• 2.6 Параметры кристаллизатора и направляющих элементов зоны вторичного охлаждения
• 2.7 Режим первичного охлаждения заготовки
• 2.8 Режим вторичного охлаждения заготовки
• Заключение
• Список использованных источников

• Количество стали, разливаемой на машинах непрерывного литья сортовых заготовок, составляет примерно половину от общего количества стали, разливаемой непрерывным способом. Отличительной особенностью таких МНЛЗ является наличие большого количества ручьев — до восьми вследствие относительно небольших размеров поперечного сечения отливаемых заготовок. На сортовых машинах используется два различных способа подачи металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы: открытой или закрытой струей. При отливке заготовок с небольшими размерами поперечного сечения подача металла производится открытой струей из-за невозможности введения удлиненных погружных стаканов в малые полости кристаллизаторов. При таком способе стопора в промежуточный ковш не устанавливаются и регулирование подачи металла из ковша в кристаллизаторы осуществляется путем изменения диаметра нижних разливочных стаканов с калиброванными отверстиями. Для этого служит специальный механизм быстрой (за доли секунды) смены стаканов. Преимуществами разливки металла открытой струей являются:
• — простота способа разливки;
• — меньшие затраты на разливку и снижение себестоимости отливаемой заготовки, так как нет необходимости в оборудовании промежуточного ковша стопорами и погружными стаканами;
• — большее количество металла, разливаемого методом «плавка на плавку», а значит и более высокая производительность МНЛЗ, так как отсутствуют стопора, лимитирующие длительность серии при разливке стали закрытой струей.
• Однако разливка металла открытой струей имеет и существенные недостатки:
• — разливается сталь достаточно простого сортамента — в основном углеродистая сталь обыкновенного качества;
• — снижается качество сортовой заготовки вследствие вторичного окисления струи и поверхности жидкого металла в кристаллизаторе, эжектирования струей воздуха, возможности образования «веерообразной» струи, нестабильного положения уровня металла, а значит и скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, локального затягивания шлака с зеркала жидкого металла в зазор между затвердевшей оболочкой заготовки и гильзой кристаллизатора.
• Поэтому сталь ответственного назначения на заготовки с относительно большими размерами поперечного сечения на сортовых МНЛЗ разливается только закрытой струей с использованием погружных стаканов и стопоров для регулирования скорости подачи металла в кристаллизаторы.
• Для проведения расчета необходима проработка по литературным источникам [1…5] следующих теоретических вопросов: конструкция сортовой МНЛЗ и устройство ее основных узлов, технология непрерывной разливки стали, затвердевание непрерывно-литых заготовок, их строение и дефекты. В курсовой работе определены:
• — параметры жидкого металла: допустимое содержание вредных примесей и растворенного алюминия, температуру металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах;
• — продолжительность затвердевания сортовой непрерывно-литой заготовки;
• — скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов;
• — скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора;
• — расход материалов для смазки в кристаллизаторе;
• — параметры кристаллизатора и направляющих элементов зоны вторичного охлаждения;
• — режим первичного охлаждения заготовки;
• — режим вторичного охлаждения заготовки.

1. Краткое описание МНЛЗ

Машина для непрерывной разливки стали, пятиручьевая радиального типа. Радиус кривизны базовой стенки кристаллизатора 9,0 м. Размеры поперечного сечения заготовки 150 160 мм. Металлургическая длина МНЛЗ 16 м. Способ вторичного охлаждения — охлаждение водой и водовоздушной смесью. В установках этого типа в радиальном кристаллизаторе формируется изогнутый по определенному радиусу слиток. Чтобы при последующем разгибании в слитке не образовывались трещины, радиус изгиба должен быть не менее 25-кратной толщины слитка. Обычно радиус изгиба выбирают в соответствии с соотношением R = (30…40)*a, где a — толщина слитка, м.

1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристаллизатор; 4 — опорная рама кристаллизатора; 5 — механизм качания кристаллизатора; 6, 7, 9 — секции роликовой проводки (соответственно четырнадцати-, десятии четырехроликовые); 8 — опорные балки; 10 — механизм прижатия и перемещения роликов; 11 — газорезка; 12 — рольганг.

Рисунок 1 — Криволинейная слябовая УНРС

В таблице 1 приведены характеристики зоны вторичного охлаждения.

Таблица 1 — Характеристика зоны вторичного охлаждения

2. Расчет основных технологических параметров

2.1 Определение параметров жидкого металла

Сталь с высоким содержанием вредных примесей не может разливаться на машинах непрерывного литья заготовок. При высоком содержании в стали фосфора и особенно серы резко возрастает опасность аварийных прорывов жидкого металла под кристаллизатором и внеплановых прекращений разливки металла. Причиной этого является образование сквозных трещин в еще тонкой оболочке затвердевшего металла на выходе из кристаллизатора. Повышенное содержание вредных примесей диктует снижение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора, что вызывает уменьшение производительности МНЛЗ. При этом сильнее развиваются в отливаемой заготовке различные дефекты, в основном, различные виды поверхностных и внутренних трещин, а также ромбичность поперечного сечения заготовки.

Сталь, предназначенная для разливки непрерывным способом, должна иметь содержание серы и фосфора, не более 0,030% каждого элемента. Конкретные значения содержания вредных примесей в металле определенной марки определяются возможностями технологии выплавки и ковшевой обработки металла в данном цехе.

При разливке стали открытой струей ограничивается содержание в ней растворенного алюминия — обычно не более 0,006%. Это объясняется тем, что при более высоком содержании алюминия — легко окисляющегося элемента образуется значительное количество неметаллических включений — алюминатов, которые быстро затягивают канал разливочного стакана.

Температура разливаемой стали оказывает существенное влияние, как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Температура стали в промежуточном ковше МНЛ3 определяется по формуле:

(1)

где — температура стали в промежуточном ковше, °С;

— температура начала затвердевания стали температура (ликвидус), °С;

— величина перегрева стали над температурой ликвидус, °С.

Температура ликвидус стали вычисляется по формуле:

где 1539 — температура затвердевания чистого железа, ° С;

73; 12; 3; 30; 28; 1; 3,5; 7; 3; 2; 18; 3; 1,8 и 1 — величины снижения температуры затвердевания железа при введении в него 1%, соответственно, углерода, кремния, марганца, серы, фосфора, хрома, никеля, меди, алюминия, ванадия, титана, молибдена, кобальта и вольфрама, °С %;

— содержание в стали, соответственно, углерода, кремния, марганца, серы, фосфора, хрома, никеля, меди, алюминия, ванадия, титана, молибдена, кобальта и вольфрама [6], %.

Величина перегрева стали над температурой ликвидус (°С) принимается в соответствии с заданной величиной продолжительности разливки металла из одного сталеразливочного ковша и способом подачи металла в кристаллизатор:

Продолжительность

разливки металла, мин <= 60 > 60

Открытая струя 20…30 30…40

Закрытая струя 15…25 25…35.

По формулам 1 и 2 определим температуру металла в промежуточном ковше используя химический состав стали марки 17Г2С который приведен в таблице 2, а также температуру металла в сталеразливочном ковше, которая обычно на 68…80 °С превышает температуру ликвидус стали.

Таблица 2 — Химический состав стали марки 17Г2С

Размеры сечения заданной заготовки позволяют вести разливку закрытой струей. Поэтому для разливки закрытой струей и продолжительности разливки более часа принимаем величину перегрева равной .

2.2 Расчет продолжительности затвердевания заготовки

Главными факторами, определяющими продолжительность затвердевания непрерывно-литых заготовок, являются размеры её поперечного сечения: толщина и ширина. С достаточной точностью продолжительность затвердевания сортовой заготовки можно определить по формуле:

(3)

где _з — продолжительность затвердевания, мин;

к_ф — коэффициент формы поперечного сечения;

a — толщина заготовки, мм;

— коэффициент затвердевания, мм/мин^0,5.

В формуле (3) численное значение коэффициента формы к_ф определяется по формуле:

(4)

Величина коэффициента затвердевания стали в формуле (3) зависит от величины перегрева стали в промежуточном ковше над температурой ликвидус. Величина перегрева, °С 15…23 24…32 33…40

Коэффициент затвердевания Стали, мм/мин 28 27 26

Поскольку величина перегрева составляет 27 °C принимаем равным 27 мм/мин. Тогда используя формулы (3) и (4) получим:

;

.

2.3 Скорость разливки металла и диаметр каналов разливочных стаканов

• Весовая скорость разливки металла из сталеразливочного ковша определяется по формуле:
• (5)
• где — весовая скорость разливки металла из сталеразливочного ковша, т/мин;
• М — масса металла в сталеразливочном ковше, т;
• — продолжительность разливки металла одной плавки, мин.
• Диаметр канала стакана сталеразливочного ковша вычисляется по формуле:
• (6)
• где — диаметр канала стакана сталеразливочного ковша, мм;
• — коэффициент весовой скорости разливки металла из сталеразливочного ковша, т/(мин*мм²*м^0,5);
• — высота слоя жидкого металла в сталеразливочном ковше, м.
• Диаметр канала сталеразливочного ковша принимается путем округления в большую сторону до целого значения, высчитанного по формуле (6). После этого производится определение диаметра каналов стаканов промежуточного ковша:
• (7)
• где — диаметр канала стакана промежуточного ковша, мм;
• N — количество ручьев МНЛЗ, шт.;
• — коэффициент весовой скорости разливки металла из промежуточного ковша, т/(мин*мм²*м^0,5);
• — высота слоя жидкого металла в промежуточном ковше, м.
• Исходя из методических указаний принимаем:
• =1,4*10^-3 т/(мин*мм²/м^0,5); =0,9 м;
• =1,35*10^-3 т/(мин*мм²/м^0,5; =0,75 м.
• При разливке открытой струей диаметр канала стакана промежуточного ковша принимается путем округления в большую сторону до целого значения, определенного по формуле (7).
• Так как задано две продолжительности разливки будем определять весовую скорость разливки и диаметр каналов разливочных стаканов для обеих. Используя, вышеприведенные формулы получаем:

2.4 Скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора

При установившемся режиме непрерывной разливки стали уровень жидкого металла в кристаллизаторе должен быть постоянным. Для соблюдения этого условия между весовой скоростью разливки металла в каждом ручье и скоростью вытягивания заготовки из кристаллизатора существует следующая зависимость:

(8)

технологический сталь металл заготовка

где — плотность затвердевшей стали на выходе из зоны вторичного охлаждения, т/м³ (исходя из методических указаний принимаем равной 7,6 т/м³);

a — толщина заготовки, м;

b — ширина заготовки, м;

v — скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин.

После преобразования формулы (8) вычисляется расчетное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора:

(9)

Найденное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора должно обеспечивать получение в заготовке на выходе из кристаллизатора корочки затвердевшего металла достаточной толщины для исключения возникновения аварийных прорывов жидкого металла. Поэтому по известной формуле квадратного корня вычисляется расчетное значение толщины слоя затвердевшего металла в заготовке на выходе из кристаллизатора. Это расчетное значение сравнивается с рекомендуемым значением. Определяем время, которое заготовка находится в кристаллизаторе по формуле (10):

(10)

где — время, которое металл находится в кристаллизаторе, мин;

— высота металла в кристаллизаторе, м ;

Принимаем недолив в кристаллизаторе 0,1 м, тогда:

По формуле квадратного корня определим толщину затвердевшей корочки:

(11)

где — толщина слоя затвердевшего металла, мм;

— время затвердевания, мин.

Тогда:

Минимально допустимая толщина корочки затвердевшего металла (мм) в сортовой заготовке на выходе из кристаллизатора должна иметь следующие значения:

Сталь Сторона приведенного квадрата поперечного сечения заготовки, мм 100 125 150 180 200

Обыкновенного качества, низкоуглеродистая, качественная 12 13 14 15 16

Низколегированная 13 14 15 16 17

Среднеи высокоуглеродистая качественная, легированная 14 15 16 17 18

Толщина затвердевшей корочки больше рекомендуемых 15 мм, так что корректировки скорости вытягивания не требуется.

В процессе разливки стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы происходит так называемое «затягивание» разливочных стаканов, причиной которого является отложение на стенках канала неметаллических включений. Это вызывает снижение как весовой скорости разливки стали, так и скорости вытягивания заготовок.

При уменьшении скорости разливки продолжительность разливки металла возрастает. Чрезмерное увеличение продолжительности разливки ведет к уменьшению выхода годного металла из-за затвердевания некоторого его количества в сталеразливочном ковше, а также создает трудности с организацией разливки методом «плавка на плавку». Поэтому на практике устанавливается допустимое значение минимальной скорости разливки.

Минимально допустимое значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора обычно составляет 60…70% от его расчетного значения. Значение минимально допустимой скорости вытягивания заготовки должно быть определено в работе.

При вытягивании заготовки из кристаллизатора он совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз (качается) для облегчения отделения затвердевшей корочки заготовки от стенок кристаллизатора.

Частота качания кристаллизатора находится из выражения:

(12)

где — частота качания кристаллизатора, 1/мин;

— коэффициент частоты качания;

— амплитуда качания кристаллизатора, мм.

На современных сортовых машинах при отливке заготовки со стороной приведённого квадрата: 150 мм и более А_к=3,5 мм и =0,315.

Внутри вытягиваемой из кристаллизатора заготовки находится лунка жидкого металла, длина которой определяется по формуле:

(13)

где — глубина лунки жидкого металла, м,

Обязательным условием получения плотной структуры в осевой зоне заготовки является соблюдение соотношения:

(14)

где — металлургическая длина МНЛ3 (расстояние по оси заготовки от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до оси последнего ролика рольганга перед газорезкой), м.

В случае несоблюдения условия (14) скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора необходимо соответственно уменьшить, после чего следует пересчитать значения минимально допустимой скорости вытягивания заготовки и продолжительности разливки металла одной плавки. Определим это отношение:

Поскольку, соотношение выполняется, корректировки скоростей не требуются.

2.5 Расход материалов для смазки в кристаллизаторе

В случае разливки стали закрытой струей в качестве смазки между рабочей поверхностью кристаллизатора и затвердевшей коркой заготовки применяется жидкоподвижный шлак, образующийся после расплавления вводимой на поверхность металла шлакообразующей смеси (ШОС). Влажность смеси должна быть не более 0,5%. Расход ШОС в кристаллизатор составляет 0,6…0,8 кг/т. Вид применяемой смеси зависит от химического состава разливаемой стали, в частности от содержания углерода в металле:

Содержание углерода в стали, % <0,35 0,35…0,60 >0,60

Условное обозначение смеси ШОС № 1 ШОС № 2 ШОС № 3

Температура плавления смеси, °С 1200…1170 1170…1135 1135…1100

Поскольку в разливаемой стали содержиться 0,17% углерода, выбираем для смазки ШОС № 1. Принимаем расход 0,7 кг/т для одного ручья. По формуле (15) определим расход масла для разливки одной плавки:

(15)

где — расход ШОС на разливку одной плавки, кг;

— расход ШОС в кристаллизаторе, кг/т.

2.6 Параметры кристаллизатора и направляющих элементов зоны вторичного охлаждения

В задании на курсовую работу указаны такие размеры поперечного сечения непрерывно-литой заготовки (150*160мм), которые она должна иметь на выходе из сортовой МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет несколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере ее охлаждения. Поэтому поддерживающая система машины настраивается таким образом, чтобы расстояние между противоположными стенками гильзового кристаллизатора и противоположными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлении вытягивания заготовки. Обычно ширина поперечного сечения заготовки превышает заданные размеры в верхней части кристаллизатора на 3…4%, а толщина — на 3,5…4,5%. В нижней части кристаллизатора превышение размеров по ширине и толщине практически одинаковое и составляет 1,9… 2,7%.

Поддерживающая система в зоне вторичного охлаждения сортовой заготовки не является сплошной и состоит из нескольких пар направляющих роликов, поддерживающих все грани заготовки (рисунок 2).

Количество и расположение роликов относительно технологической оси машины должно быть выбрано в соответствии с известной информацией об устройстве сортовых МНЛЗ.

Расстояние между опорными поверхностями роликов уменьшается линейно по длине зоны вторичного охлаждения. Это расстояние по любой стороне квадратной заготовки или по толщине заготовки прямоугольного сечения может быть рассчитано по формуле:

(16)

где — расстояние между противоположными роликам для 1-ой пары роликов, мм;

— расстояние между противоположными стенками в нижней части кристаллизатора, мм;

a — толщина отливаемой заготовки, мм;

— расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до

i — ой пары роликов, м;

— длина зоны вторичного охлаждения МНЛ3, м.

Аналогичный расчет проводим и по ширине, используя формулу (16) и заменив параметры, a на, в. На рисунке 2 приведена схема охлаждения и поддерживающая система сортовой заготовки.

1 — гильзовый кристаллизатор с роликами на раме;

2 — зона вторичного охлаждения по малому радиусу машины;

3 — зона вторичного охлаждения по большому радиусу машины;

4 — пары направляющих роликов Рисунок 2 — Схема охлаждения и поддерживающей системы сортовой заготовки Определим расстояние между стенками кристаллизатора по толщине заготовки вверху и внизу кристаллизатора:

А₀ = 1,4 150 = 156 мм;

В₀ = 1,35 160 = 165,6 мм;

А₁ = 1,25 150 = 153,75 мм;

В₁ = 1,25 160 = 164 мм;

Расстояние между стенками внизу кристаллизатора и расстояние между противоположными роликами первой пары одинаковое. Поэтому А₁ = А₂. Остальные три зоны рассчитаем по формуле (14):

1^ая секция:

А₂ = А₁ = 153,75 мм;

В₂ = В₁ = 164 мм;

2^ая секция:

3^я секция:

4^ая секция:

2.7 Режим первичного охлаждения заготовки

На сортовых МНЛЗ применяются гильзовые кристаллизаторы из цельнотянутых медных труб со стенкой толщиной до 20 мм. Внутренняя поверхность гильзы является рабочей стенкой кристаллизатора. Гильза крепится в стальном корпусе в верхней его части при помощи фланца, а в нижней части — с помощью уплотнения, допускающего свободное термическое удлинение для исключения деформации стенки. Для предотвращения коробления гильзы предусмотрено также наличие рёбер жёсткости. Охлаждающая вода движется по зазору шириной 4… 7 мм между внешней поверхностью гильзы и корпусом в направлении снизу вверх.

Основным показателем, характеризующим режим первичного охлаждения заготовки в кристаллизаторе, является расход охлаждающей воды.

Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение двух условий:

— температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40… 45 °C для предотвращения отложения солей;

— скорость циркуляции воды должна быть не менее 7 м/с для предотвращения образования застойных зон с локальным перегревом.

Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется по формуле:

(17)

где — расход воды на охлаждение кристаллизатора по рассматриваемому условию, м³/ч;

Q — средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору, Вт/м²;

F_к — площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой поток, м² ;

р_в — плотность воды, кг/м³;

с_а — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*град);

— перепад тем пературы воды в кристаллизаторе, ° С.

В формуле (15) средняя плотность тепловою потока от заготовки к кристаллизатору вычисляется по формуле:

(18)

где — коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м*град);

— средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности заготовки, ° С ;

— средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе, м.

Исходя из методических указаний выбираем значение коэффициента теплопроводности: .

Средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности заготовки изменяется в диапазоне 350… 400° С. Принимаем 375 ° С.

Средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе определяется по формуле:

(19)

где — высота кристаллизатора, м;

— величина недолива жидкого металла до верхнего края медной гильзы кристаллизатора, м.

В формуле (15) площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой поток, рассчитывается по уравнению:

(20)

где А₀, В₀ — расстояние между противоположными стенками по толщине и ширине верхней части кристаллизатора, м;

А₁, В₁ — расстояние между противоположными стенками по толщине и ширине нижней части кристаллизатора, м.

Удельная теплоемкость воды может быть принята равной 4,187 кДж/(кг*град).

В формуле (15) перепад температуры воды в кристаллизаторе вычисляется как разность между температурой воды на выходе из кристаллизатора (40. .45 °С) и ее температурой на входе (15… 25° С).

Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия — заданную скорость ее движения, определяется по формуле:

(21)

где — расход воды на охлаждение кристаллизатора по рассматриваемому условию, м³/ч;

— площадь поперечного сечения зазора между медной гильзой и стальным корпусом, м²;

v — скорость движения воды, м/с.

Скорость движения охлаждающей воды обычно изменяется в интервале 7... 1 0 м/с. Принимаем 7,5 м/с.

После вычисления расхода воды по формулам (15) и (19) принимается наибольшее значение расхода воды.

Так как по второму условию расход воды получается обеих скоростей вытягивания заготовки принимаем расход воды 564,5 м³/ч.

2.8 Режим вторичного охлаждения заготовки

Режим вторичного охлаждения сортовой заготовки рассчитывается для заданной скорости ее вытягивания из кристаллизатора. Расчет режима вторичного охлаждения заготовки осуществляется по каждому из участков зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ. Так как по длине любого участка зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующие тепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняются, то расчет ведется для середины участка. Расчет каждого участка производится в следующей последовательности:

1. Вычисляется продолжительность времени от начала кристаллизации заготовки по формуле:

(22)

где — продолжительность времени от начала кристаллизации заготовки, мин;

— расстояние от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до середины i — го участка зоны вторичного охлаждения, м;

— заданное значение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора для расчета режима вторичного охлаждения, м/мин.

2 Определяется толщина слоя затвердевшего металла с использованием формулы:

(23)

где — толщина слоя затвердевшего участка в середине i — го участка зоны вторичного охлаждения, м.

3. Рассчитывается температура поверхности по оси верхней грани заготовки по формуле:

(24)

где — температура поверхности заготовки i — го участка зоны вторичного охлаждения, ° С;

— температура поверхности по оси верхней грани заготовки в начале зоны вторичного охлаждения, °С;

— температура поверхности по оси верхней грани заготовки в конце зоны вторичного охлаждения, °С;

— расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины /- го участка, м;

— общая протяженность зоны вторичного охлаждения машины, м.

В формуле (24) температура поверхности по оси верхней грани заготовки в начале зоны вторичного охлаждения вычисляется с использованием формулы:

(25)

где — температурный коэффициент, град/мин.

Значение температурного коэффициента в формуле (23) зависит от химического состава разливаемой стали: принимаем = 200 град/мин так как разливается легированная сталь.

Температура поверхности по оси верхней грани заготовки в конце зоны вторичного охлаждения для легированной стали равна: = 980 ° С.

4 Подсчитывается плотность теплового потока:

— от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой затвердевшего металла:

(26)

где — плотность теплового потока от жидкой сердцевины к поверхности заготовки, Вт/м²;

— перепад температуры по толщине затвердевшего слоя металла (° С) определяется по формуле:

(27)

— с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

(28)

где — плотность теплового потока, передаваемого излучением, Вт/м²; - степень черноты поверхности заготовки; у =0,7… 0,8.

с₀ — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²*К⁴); с₀=5,67 Вт/(м²*К⁴);

t_окр — температура окружающей среды, °С.

— с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:

(29)

где — плотность теплового потока, передаваемого конвекцией, Вт/м²; - коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности заготовки, Вт/(м² град).

В первом приближении коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от интенсивности обдува поверхности заготовки воздухом и может быть определен по формуле:

(30)

где v_о6д -скорость движения воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.

При водовоздушном вторичном охлаждении заготовки рекомендуется принимать скорость движения воздуха в диапазоне 2... 5 м/с[1].

Принимаем: v_о6д = 4 м/с.

5 Определяется плотность орошения поверхности заготовки водой:

(31)

где — плотность орошения поверхности заготовки, м³/(м²*ч);

— охлаждающий эффект воды, Вт*ч/м³ .

При расчетах плотности орошения рекомендуется принимать:

=57 000…60 000 Вт*ч/м³ при водовоздушном охлаждении.

6 Рассчитывается расход воды по формуле:

(32)

где — расход воды на вторичное охлаждение заготовки на данном участке, л/мин;

F_ор — площадь орошаемой поверхности, м².

При отливке сортовой заготовки охлаждаются все ее грани. Тогда для заготовки квадратного сечения:

(33)

где , — толщина и ширина отливаемой заготовки в середине i — го участка зоны вторичного охлаждения, м;

— длина i — го участка ЗВО, м.

Вычисление значений толщины и ширины отливаемой заготовки в середине i — го участка зоны вторичного охлаждения производится по формуле:

(34)

где a, в — толщина и ширина отливаемой заготовки, м;

— расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до середины

i — го участка зоны вторичного охлаждения, м.

После этого подсчитывается общий и удельный расходы воды на вторичное охлаждение заготовки с использованием формул:

(35)

(36)

где — суммарный расход воды на вторичное охлаждение заготовки, л/мин;

п — количество участков зоны вторичного охлаждения МНЛЗ, шт.; - удельный расход воды на вторичное охлаждение заготовки, л/т;

— скорость разливки стали в ручье, т/мин.

Для водовоздушной системы вторичного охлаждения необходимо также рассчитать и расход воздуха на каждом участке ЗВО. Для качественного распыления воды нужно выдерживать определенное соотношение между расходами воды и воздуха. Величина этого соотношения определяется конструкцией форсунок и может изменяться в широких пределах. Для ориентировочных расчетов, проводимых без учета конструкции форсунок, можно принять соотношение расхода воды к расходу воздуха в диапазоне от (1:20) до (1:200). Принимаем 1:100.

По вышеприведенным формулам и рекомендациям производим расчет зоны вторичного охлаждения заготовки для продолжительности разливки 80 и 90 минут по секциям ЗВО.

1^ая секция:

2^ая секция:

3^я секция:

4^ая секция:

Сведем данные по каждому участку Зоны Вторичного Охлаждения для обеих скоростей вытягивания заготовки в таблицы.

Таблица 2 — Параметры ЗВО при продолжительности разливки 80 минут

Таблица 3 — Параметры ЗВО при продолжительности разливки 90 минут

На рисунке 3 и 4 приведены графики изменения температуры поверхности по оси грани сортовой заготовки для продолжительности разливки 80 и 90 минут.

Рисунок 3 — Изменение температуры поверхности по оси грани сортовой заготовки по длине ЗВО при продолжительности разливки 80 минут

Рисунок 4 — Изменение температуры поверхности по оси грани сортовой заготовки по длине ЗВО при продолжительности разливки 90 минут

На рисунке 5 приведены графики зависимостей плотности орошения поверхности заготовки по длине зоны вторичного охлаждения.

Рисунок 5 — Изменение плотности орошения поверхности сортовой заготовки по длине ЗВО

По формулам (35) и (36) определим общий и удельный расход на вторичное охлаждение заготовки:

Заключение

В результате проведенных расчетов были установлены основные технологические параметры разливки стали. Полное время затвердевания заготовки 5,94 минуты. При продолжительности разливки 80 и 90 минут рабочие скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора составили 2,06 и 1,83 м/мин соответственно, расход ШОС для смазки кристаллизатора

105 кг, расход воды для первичного охлаждения заготовки 564,5 м³/ч, расход воды для ЗВО составил 368,4 и 354,09 л/т.

Список использованных источников

1 Селиванов В. Н., Столяров А. М. Определение технологических параметров непрерывной разливки стали на сортовой МНЛЗ: методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Разливка и кристаллизация стали» студентами специальности 150 101. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. — 22с.

2. Лисиенко В. Г., Самойлович Ю. А. Теплотехнические основы технологии и конструирования машин непрерывного литья заготовок. — Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1986. -120с.

3. Емельянов В. А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. — М.: Металлургия, 1988. -143с.

4. Сталеплавильное оборудование: Каталог — справочник М.:НИИИНФОРМ-ТЯЖМАШ, 1974. -267с.