Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали (стр. 3 из 5)

Затем вычисляется расход воды, обеспечивающий принятую температуру ее на выходе из кристаллизатора:

,

где

– расход воды на кристаллизатор по рассматриваемому условию, м³/ч;

- площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой

поток, м²;

– плотность воды, кг/м³;

С_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙град).

Найдем площадь поверхности кристаллизатора:

= =2,68 м².

Получим:

м³/ч.

Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия – заданную скорость ее движения в каналах кристаллизатора, определяется по формуле:

,

где

– расход воды на кристаллизатор, м³/ч;

– диаметр канала, м;

– скорость движения воды, м/с;

– количество каналов.

Вычислим количество каналов, по которым течет вода для охлаждения кристаллизатора. Для этого найдем периметр верха кристаллизатора:

Р = 2∙(260+1326) = 3172 мм.

Расстояние от центра одного канала до центра следующего:

45 + 20 = 65 мм.

Количество каналов:

m = 3172/65 = 49 шт.

Тогда:

м³/ч.

После вычисления требуемого расхода воды, исходя из первого и второго условия, принимаем больший из них, т.е. 138,5 м³/ч.

7. Вторичное охлаждение заготовки

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

,

где t_пов – температура поверхности заготовки, ⁰С;

∆t – перепад температуры по толщине затвердевшей оболочки,⁰С.

Расчет режима вторичного охлаждения заготовки ведется 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 до середины зоны.

Расчет каждой зоны производится в такой последовательности:

1) определяется время, прошедшее от начала кристаллизации;

2) вычисленное время используется для нахождения перепада температуры по толщине затвердевшего слоя ∆t, температуры поверхности t_пов и толщины слоя затвердевшего металла ξ;

3) подсчитывается плотность теплового потока:

– от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой

затвердевшего металла Q_вн (Вт/м²);

– с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

;

– с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:

,

где Q_изл, Q_конв– плотность перечисленных выше тепловых потоков, Вт/м²;

– степень черноты поверхности заготовки;

– коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²×К⁴);

– температура окружающей среды, ⁰С;

– коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности

заготовки, Вт/(м²×град).

Из физики известно, что

Вт/(м²×К⁴). При расчетах рекомендуется принимать , принимаем 0,7.

В первом приближении можно считать, что коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от интенсивности обдува поверхности заготовки воздухом и может быть подсчитан по формуле:

,

где

– скорость движения потока воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.

При водовоздушном вторичном охлаждении заготовки принимаем

м/с. В случае водяного охлаждения воздух на поверхность заготовки не подается, и поэтому .

4) Вычисляется плотность орошения поверхности заготовки водой:

,

где

– плотность орошения поверхности заготовки, м³/(м²×ч);

– охлаждающий эффект воды, Вт×ч/м³.

При расчетах плотности орошения рекомендуется принимать

Вт×ч/м³ – при водяном вторичном охлаждении;

Вт×ч/м³ – при водовоздушном вторичном охлаждении.

Принимаем соответственно 50000 и 58000 Вт×ч/м³.

5) Рассчитывается расход воды:

где

– расход воды, м³/ч;

– площадь орошаемой поверхности, м².

В том случае, если на МНЛЗ отливаются непрерывнолитые заготовки, имеющие прямоугольное поперечное сечение с отношением сторон

, то водой охлаждаются только широкие грани. При этом площадь орошаемой поверхности одной грани определяется по формуле:

,

где

– длина зоны, м.

В остальных случаях охлаждаются водой все четыре грани заготовки. Площадь орошаемой поверхности каждой грани рассчитывается аналогично.

При разливке стали на МНЛЗ радиального и криволинейного типов охлаждающая вода, подаваемая по малому радиусу, используется более эффективно. Поэтому расход воды по малому радиусу тех зон, где угол наклона оси заготовки к горизонту менее 45⁰, должен быть уменьшен по сравнению с расчетом на 15…25%.

После определения расхода воды по всем зонам рассчитывается общий и удельный расходы воды на вторичное охлаждение заготовки:

;

,

где

– общий (суммарный) расход воды на вторичное охлаждение, м³/ч;

– расход воды на вторичное охлаждение i-той зоны, м³/ч;

– удельный расход воды на вторичное охлаждение i-той зоны, м³/т;

q– скорость разливки (в ручье), т/мин.

Для водовоздушной системы вторичного охлаждения необходимо также рассчитать и расход воздуха по зонам. Для качественного распыления воды нужно выдерживать определенное соотношение между расходами воды и воздуха. Величина этого соотношения определяется конструкцией форсунок и может применяться в широких пределах. Для ориентировочных расчетов, проводимых без учета конструкции форсунок, можно принимать соотношение расхода воды к расходу воздуха в пределах от (1:10) до (1:20), принимаем (1:15).

Проведем расчет режима вторичного охлаждения заготовки для скорости вытягивания ее 0,78 м/мин.

Первая секция зоны вторичного охлаждения:

Рассчитаем время, прошедшее от начала кристаллизации. В соответствии с методическими указаниями [1], расчет будем вести до середины секции. Поэтому длину секции принимаем равной 0,281/2 = 0,141 м. Расстояние от уровня жидкого металла до середины первой секции зоны вторичного охлаждения определится как сумма уровня жидкого металла в кристаллизаторе, расстояния между кристаллизатором и зоной вторичного охлаждения, расстояния до середины первой секции зоны вторичного охлаждения:

L₁ = 0,850 + 0,2 + 0,141 = 1,19 м.

Время, прошедшее от начала кристаллизации, определится как:

мин.

По графику изменения оптимальной температуры поверхности заготовки для любой конкретной марки стали при заданной скорости вытягивания [1] определим перепад температуры по толщине затвердевшей оболочки. При времени, прошедшем от начала кристаллизации, равном 1,53 мин, перепад температуры равен 410ºС. Тогда температура поверхности заготовки равна: