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

                                                               

                                                       (14) 

где L_мет – 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 корректировка  скорости не требуется.

    6 Расход материалов для смазки  в кристаллизаторе

 

    При разливке стали открытой струей в  качестве смазки в кристаллизаторе  используется масло со следующими техническими характеристиками: 

    Содержание  влаги              не более 0,2 %

    Кислотное число                 не более 0,6 мг КОН/г

    Температура вспышки       не менее 230  

    В качестве смазки стенок кристаллизатора  при непрерывной разливке используется как растительное, например, рапсовое, так и синтетическое масло (производители - фирмы «Shell», «Mobil»).

    Расход  масла в кристаллизаторе должен быть 50...100 г/мин на один ручей. Выбор конкретного значения расхода масла из рекомендованного интервала зависит от размеров поперечного сечения заготовки и скорости вытягивания ее из кристаллизатора. При увеличении значений этих параметров расход масла возрастает.

    Выбираем  для смазки синтетическое масло  фирмы «Shell», принимаем расход 75 г/мин для одного ручья. По формуле (15) определим расход масла для разливки одной плавки: 

                                                     

                                                       (15) 

где  m – расход масла на разливку одной плавки, кг;

        x – расход масла в кристаллизаторе, г/мин.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    7 Параметры настройки кристаллизатора и поддерживающих элементов

       зоны вторичного охлаждения 

    В задании на курсовую работу указаны  такие размеры поперечного сечения  заготовки, которые она должна иметь  на выходе из МНЛЗ. Кристаллизирующаяся  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 кристаллизатора  и противоположными роликами системы  вторичного охлаждения монотонно уменьшалось  в направлении вытягивания заготовки. Обычно ширина поперечного сечения  заготовки превышает заданные параметры  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 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  A₁ – расстояние между противоположными роликам  для 1-ой пары   роликов, мм;

        A_i – расстояние между противоположными стенками в нижней части   кристаллизатора, мм;

        a – толщина отливаемой заготовки, мм;

         L_i – расстояние от начала зоны вторичного охлаждения до i - ой пары роликов, м;

       L_зво – длина зоны вторичного охлаждения МНЛ3, м. 

    Определим расстояние между стенками кристаллизатора  по толщине заготовки вверху и  внизу кристаллизатора:

   А₀ = 1,045×240 = 250,8 мм;

    В₀ = 1,035×1200 = 1242 мм;

А₁ = 1,025×240 = 246 мм;

    В₁ = 1,025×1200 = 1230 мм.

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

1^ая и 2^ая секции:

А₂ = А₁ = 246 мм; 

3^ая секция:

4^я секция:

5^ая секция:

6^ая секция:

 

    8 Режим первичного охлаждения заготовки

    На  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 °С 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 температуры воды в кристаллизаторе, ° С.

    В формуле (17) средняя плотность теплового 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.

    Принимаем величину недолива 200 мм. Тогда средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе:

        

    Средняя плотность теплового потока от заготовки  к кристаллизатору:

    

    В формуле (17) 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 (17) 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).

    Тогда расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, будет равен:

        
 

    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;