Разливка и кристаллизация стали

Vр = кv  ,

где Vр - рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин;

кv - коэффициент скорости вытягивания, м2/мин;

  А, В - толщина и ширина заготовки, м.

Принимаем значение коэффициента скорости вытягивания кv=0,16 м2/мин, для слябовой заготовки стали марки 08пс.

Рабочая скорость вытягивания:

.

Рабочая скорость вытягивания заготовки является базовой для определения диапазона допустимых скоростей вытягивания:

Vмин=0,5Vр=0,50,81=0,405 м/мин,

Vмакс=1,5Vр=1,50,81=1,215 м/мин.

Скорость вытягивания определяет глубину лунки жидкого метал­ла в кристаллизующейся непрерывно-литой заготовке

Lж=зVр=250,81=20,25 м,

где Lж - глубина лунки жидкого металла, м;

а также необходимую частоту качания кристаллизатора

 = к,

где  - частота качания кристаллизатора, мин-1;

к - коэффициент частоты;

 - амплитуда качания кристаллизатора, м.

Принимаем к= 1,2 (0,8…1,5) и =0,013 м (0,010....0,015 м).

=1,2*0,81/0,013=74,76 мин-1.

Обязательным условием получения плотной осевой зоны непрерывно-литой заготовки является соблюдение соотношения:

Lж/Lм0,9,

где Lм- металлургическая длина МНЛЗ (расстояние по оси заготовки от уровня жидкого металла в кристалли­заторе до последнего поддерживающего ролика), м.

Поэтому необходима проверка совладения условия  при разливке с максимальной скоростью вытягивания. Металлургическая длина МНЛЗ Lм=35,8 м.

Lж = зVмакс=251,215 = 30,375 м, тогда 30,375/35,8=0,85  0,9.

Данное условие соблюдается, следовательно, максимальную скорость вытягивания выбрали верно.

2.4 Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов

Определение рабочей скорости вытягивания заготовки и диапазона допустимых её значений позволяет рассчитать рабочую скорость разливки и возможный диапазон её изменения. Зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья):

q=стАВV,

где q- скорость разливки, т/мин;

ст=7,1 т/м3 - плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения;

V- скорость вытягивания заготовки, м/мин.

Рабочая скорость разливки qр и её предельные значения qмин и qмакс вычисляется по формуле  при подстановке в неё соответствующих значений скорости вытягивания заготовки Vр, Vмакс,Vмин:

qр=стАВVр=7,1*0,25*0,9*0,81=1,29 т/мин;

qмин=стАВVмин=7,1*0,25*0,9*0,405=0,65 т/мин.

qмакс=стАВVмакс=7,1*0,25*0,9*1,215=1,94 т/мин;

Диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах вычисляются с использованием известной формулы

q=крd2h0.5,

где кр - коэффициент скорости разливки, т/(минмм2м0,5);

  d- диаметр канала стакана, мм;             

  h- высота слоя жидкого металла в ковше, м.

Расчет диаметров каналов стаканов и в сталеразливочном, и в промежуточном ковшах ведется на максимальную скорость разливки, при­чем при расчете диаметра канала стакана сталеразливочного ковша необходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в нес­колько кристаллизаторов. При расчете диаметра канала для сталеразливочного ковша рекомендуется принимать кр=1,210-3 т/(минмм2м0,5), h= 0,5…1,0 м, а для промежуточного ковша кр=1,110-3 т/(минмм2м0,5) и h= 0,6…0,8 м. Принимаем h= 0,8 м, для сталеразливочного и h= 0,7м, для промежуточного ковшей.

Диаметр стакана сталеразливочного ковша:

dcт==

Диаметр стакана промежуточного ковша:

dпр==

2.5 Параметры настройки кристаллизатора и системы вторичного охлаждения

В задании указаны те размеры поперечного сечения непрерывно-литой заготовки 900250 мм, которые она должна иметь на выходе из МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет насколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере охлаждения. Поэтому поддерживающая система МНЛЗ настраивается так, чтобы расстояние между противоположными стенками кристаллизатора и противоположными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлений движения заготовки. Обычно ширина и толщина поперечного сечения заготовки в верхней части кристаллизатора превышает заданные размеры 4-5 и 2-3%, а в нижней части - на 3-4 и 1-2% соответственно (рисунок 2). На рисунке 2 показана  схема настройки машины вертикального типа, для машины криволинейного типа настройка аналогична. Расстояние между опорными поверхностями противоположных роликов системы вторичного охлаждения уменьшается линейно. Расчет параметров настройки МНЛЗ заключается в определении расстояний, между противоположными стенками вверху и внизу кристаллизатора и между противоположными роликами на входе и выходе каждой зоны системы вторичного охлаждения.

                А0=1,045250= 260мм;

                А1=1,035250 = 257,5мм;

                Во=1,03*900=927мм;

                В1=1,01*900=909мм;

                 1ая секция:

                 А2=1,0347250 = 257,4мм;

                 В2=908,9мм;

                  2ая секция:

                  А3=1,0326250 = 257,0мм;

                  В3=908,5мм;

                  3я секция:

                  А4=1,0290250 = 256,2мм;

                  В4=907,7мм;

                  4ая секция:

                  А5=1,0225250 =254,8мм;

                  В5=906,3мм;

                  5ая секция:

                  А6=1,0119250 = 252,5мм

                  В6=904мм;

                                                                                                                                                                        Рисунок 2 - Схема настройки МНЛЗ вертикального типа                 6аясекция:

                                                                                                                  А7=1,0250=250мм;                                                                                        .                                                                                                                 В7=900мм;

          2.6 Охлаждение кристаллизатора

Чаще всего в МНЛЗ используются сборные кристаллизаторы в стенках которых имеется система вертикальных каналов для охлаждающей воды. Обычно каналы имеют диаметр 20 мм, а расстояние между ними 40-50 мм. Принимаем диаметр dк=20мм, а расстояние между ними lк=40 мм, толщина стенки кристаллизатора = 80 мм.

Основным показателем, характеризующим режим охлаждения кристаллизатора, является расход охлаждающей воды. Предварительно перед расчетом расхода воды необходимо, пользуясь вышеприведёнными рекомендациями, определить количество каналов.

Количество каналов:

m=(Пs/60)+1,

где m- количество каналов, шт;

       Пs –периметр поверхности кристаллизатора по оси каналов, мм2.

m=(Пs/60)+1=((250+80)*2+(900+80)*2)/60+1=44,66 50 шт.

Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы выполнялось два условия:

1  Температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40-45С с тем, чтобы не происходило отложение раство­ренных в ней солей;

2 Скорость движения воды в каналах должна быть не менее 2 м/с для того, чтобы предотвратить возникновение локальных перегревов.

Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется следующим образом. Сначала выбором или расчетом опре­деляются исходные данные:

-  температура воды на входе в кристаллизатор (15-25°С); 

-  температура воды на выходе из кристаллизатора (40-45°С);

- перепад температур воды в кристаллизаторе ∆tв, °С;

- средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизирующейся заготовки ∆t (350-400°С); 

-  средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе ξ0, м.

После этого вычисляется средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:

Q=(λ∆tв)/ ξ0,

где Q-средний тепловой поток, Вт/м2;

        λ – коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(мград).

Значение коэффициента теплопроводности для стали марки 08пс, λ=30 Вт/(мград), из интервала 28…33 Вт/(мград).

Выбор и расчет исходных данных:

-  температура воды на входе в кристаллизатор tввх =20°С; 

-  температура воды на выходе из кристаллизатора tввых =40°С;

- перепад температур воды в кристаллизаторе ∆tв=20°С;

- средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизирующейся заготовки ∆t=350°С); 

-  средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе

            ξ0=κ,

где κ- коэффициент затвердевания, мм/мин0,5;

       hкр- активная длина кристаллизатора, hкр=1200 мм;

       hз- высота недолива жидкого металла в кристаллизатор, hз=100 мм;

       w- скорость вытягивания заготовки, w=600 мм/ мин.

Средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:

Q=(λ∆t)/ ξ0,=(30350)/0,024=437500 Вт/м2.

Расход воды, обеспечивающий принятую температуру на выходе из кристаллизатора:

Gкр=,

где Gкр- расход воды по рассматриваемому условию, м3/ч;

       Fкр- площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающего тепловой поток, м2;

        ρв- плотность воды, ρв=1000 кг/м3;

        Св- удельная теплоёмкость воды, Св=4,2 кДж/(кгград).

Расход воды:

Gкр== 3,6* 437500* (1,2*0,25*2+1,2*0,90*2)/1*4200*20= 51,75 м3/ч.

Расход воды, обеспечивающий заданную скорость движения воды в каналах кристаллизатора:

Gкр’=900 dк2вm,

где Gкр’- расход воды на кристаллизатор, м3/ч;

       dк- диаметр канала, dк=0,020 м;

       в- скорость движения воды, в=3 м/с.

Gкр’=9003,14 0,0202 350=169,56 м3/ч.

Принимаем требуемый расход воды, по второму условию, со скорость движения воды в каналах кристаллизатора 3 м/с, Gкр=169,56 м3/ч.

2.7 Вторичное охлаждение заготовки

Режим  вторичного охлаждения непрерывно-литой заготовки должен быть таким, чтобы выдерживался оптимальный температурный режим затвердевания оболочки. Достаточно точно этот оптимальный температурный режим, может быть задан изменением перепада температуры по толщине затвердевшей оболочки.

Расчёт режима вторичного охлаждения заготовки ведётся по зонам в соответствии с конструкцией МНЛЗ. Так как по длине любой зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующие тепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняются, то расчет ведется для середины зоны.

Расчет каждой зоны производится в такой последовательности:

1). Определяется время, прошедшее от начала кристаллизации, мин:

.

2). Вычисленное время используется для нахождения перепада температуры по толщине затвердевшего слоя t, температуры поверх­ности tпов и толщины слоя затвердевшего металла ξ.

tпов=tликв-t,

где tпов - температура поверхности заготовки, С;

       t - перепад температуры по толщине затвердевшей обо­лочки (определяется

               графически),С.

ξ= κ, м.

3). Подсчитывается плотность теплового потока:

- от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой затвердевшего металла Qвн  (Вт/м2), вычисляемая по формуле Q=(λ∆t)/ ξ0 с заменой ξ0 на ξ.

-         с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

Qизл=С0,

- с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:

Qконв=конв(tпов-tокр),

где Qизл, Qконв-плотность перечисленных выше тепловых пото­ков, Вт/м2;

        -   степень черноты поверхности заготовки;

        С0- коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2К);

         tокр - температура окружающей среды, tокр=25С;

         конв- коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности заготовки, Вт/(м2град).

Из физики известно, что С0=5,67 Вт/(м2К). При расчетах принимаем =0,75, из интервала 0,7…0,8. В первом приближении  можно считать, что коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от интенсивности обдува поверхности заготовки воздухом и может быть подсчитан:

конв=6,16+4,18об,

где об- скорость движения потока воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.

При водо-воздушном вторичном охлаждении заготовки рекомендуется принимать об=2-5 м/с. В случае водяного вторичного охлаждения воздух на поверхность заготовки не подается- об=0 м/с.