Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 12 )

Приведенный коэффициент  = 0,6-0,7. При температуре поверхности слитка 1200 °С получается расчетная величина коэффициента теплоотдачи излучением 170-180 Вт/(м²×К).

В настоящее время разливка проводится с применением шлакообразующих смесей, которые заполняют зазор и оказывают существенное влияние на величину термического сопротивления.

Опытами установлено, что коэффициент теплопередачи "К" в верхней части кристаллизатора изменяется в пределах 1250-1450 Вт/(м²×К), а в нижней части при наличии зазора К = 250-450 Вт/(м²×К).

Распределение величины плотности теплового потока по длине кристаллизатора или в функции времени характеризуется плавной кривой, близкой к экспоненте. Плотность теплового потока в верхней части достигает величины 2,0-2,5 МВт/м², а в нижней части кристаллизатора снижается до 0,3-0,7 МВт/м². Среднее значение плотности теплового потока составляет 0,8-0,9 МВт/м².

Плотность теплового потока в верхней зоне радиальных кристаллизаторов составляет 1,1-1,3 МВт/м², в нижней зоне 0,4-0,5 МВт/м², т. е. близка к показателям в вертикальных кристаллизаторах для сравнимых высот, сечений слитков и скоростей разливки.

Результаты экспериментов и расчетов позволяют заключить, что нижняя часть кристаллизатора слабо используется с тепловой точки зрения.

Образование достаточно твердой корочки и газового зазора происходит стабильно уже на 1/3 высоты кристаллизатора, т. е. на длине 250-300 мм. Несмотря на это длина кристаллизатора обычно составляет 800-1000 мм для стабилизации работы кристаллизатора в расчете на колебания уровня мениска жидкой стали. Кроме того, в нижней зоне кристаллизатора отбирается большая часть теплоты. Образование газового зазора в нижней части кристаллизатора приводит к уменьшению теплоотвода в 5-8 раз, увеличению температуры корки на 150-200 °С.

Для устранения вредного влияния газового зазора применяют кристаллизаторы с обратной конусностью (т. е. с сечением кристаллизатора, уменьшающимся по ходу движения слитка) и регулируемым теплоотводом в нижней части кристаллизатора за счет подвижных прижимных стенок.

Эти меры позволяют обеспечить более равномерное охлаждение слитка по высоте, при этом уменьшается величина газового зазора, значительно увеличивается теплоотвод в кристаллизаторе и толщина корочки на выходе.

Одним из способов управления интенсивностью теплообмена в кристаллизаторе является применение непосредственного охлаждения поверхности слитка в пределах кристаллизатора водой или водо-воздушной смесью. В этом случае предусматривается комбинированное охлаждение: в верхней части кристаллизатора обычное контактно-экранное, а в нижней – вынужденное конвективное за счет подачи охладителя на поверхность слитка.

Лекція 14

Принцип роботи ЗВО

План лекції: Призначення системи охолоджування і підтримуючої системи ЗВО. Методи водяного охолоджування. Брусьевая, роликова і комбінована підтримуючі системи.

8 ПРИНЦИП РАБОТЫ ЗВО

8.1 Назначение системы охлаждения и поддерживающей системы ЗВО

Зона вторичного охлаждения (ЗВО) располагается на технологической линии от кристаллизатора до тянущих валков и занимает от 30 % до 100 % длины этой линии. ЗВО обычно примыкает вплотную к кристаллизатору. В редких случаях допускается продолжение ЗВО за тянущими валками. За зоной вторичного охлаждения располагается зона охлаждения слитка на воздухе.

Назначение ЗВО – управляемое охлаждение непрерывного слитка после выхода его из кристаллизатора. В пределах этой зоны необходимо решить две основные задачи:

– обеспечить отвод теплоты из внутренней жидкой зоны слитка;

– сохранить форму слитка.

В соответствии с этим в ЗВО предусмотрена система охлаждения слитка (например, форсуночная), а также поддерживающая система (роликовая и др.). Из всего количества теплоты, отводимого от непрерывного слитка в пределах МНЛЗ, на долю зоны вторичного охлаждения приходится до 50 %.

Охлаждение слитка в ЗВО может проводиться водой или другими теплоносителями. Наибольшее распространение получило водяное охлаждение, так как по сравнению с другими веществами вода обладает рядом преимуществ:

– дешевизна;

– доступность;

– нейтральность;

– хорошие теплотехнические свойства, в частности, высокое значение теплоемкости;

– низкие энергетические затраты при перекачивании воды (по сравнению с газообразными веществами).

Недостатком водяного охлаждения является трудность регулирования на малых расходах. Кроме воды находят применение водяной пар, воздух и различные смеси.

По принципу действия и устройству различают две принципиально разные конструкции ЗВО:

– открытого типа;

– закрытого типа.

В ЗВО открытого типа происходит подача охлаждающей воды или другого теплоносителя непосредственно на поверхность слитка с помощью специальных разбрызгивающих устройств (например, форсунок).

В ЗВО закрытого типа охлаждение осуществляется в закрытых водоохлаждаемых экранах или путем непосредственного соприкосновения слитка с поверхностью водоохлаждаемого элемента.

Наиболее распространены ЗВО открытого типа с ролико-форсуночным охлаждением непрерывнолитой заготовки.

8.2 Методы водяного охлаждения

По мере развития способа непрерывной разливки стали применялись различные методы водяного охлаждения:

– струйное;

– форсуночное;

– ролико-форсуночное;

– форсуночно-брусьевое;

– роликовое (бесфорсуночное);

– панельное.

Между собой методы отличаются интенсивностью и расходами воды.

Для сравнительного анализа удобнее применять величину плотности орошения , которая характеризует собой объемный расход охлаждающей воды [м³/с], попадающей на единицу поверхности слитка F[м²]:

.

Чаще всего для характеристики величины плотности орошения используется размерность .

При различных способах охлаждения величина плотности орошения может изменяться в пределах 4-10 м³/(м²×ч) и более. Во многих практических случаях для анализа интенсивности охлаждения применяется такой показатель, как удельный расход воды, который характеризует собой объемный расход охлаждающей воды [м³/с] на единицу производительности ручья МНЛЗ G[кг/с]

.

Чаще всего для характеристики величины удельного расхода воды g используется размерность .

В общем удельные расходы изменяются в пределах g = 0,5-5,0 л/кг и более.

Струйное охлаждение обеспечивает наибольшую интенсивность, однако при этом происходит резкое переохлаждение поверхности слитка, получается большой перепад температур по толщине корочки, что может привести к образованию значительных термических напряжений.

Форсуночное охлаждение позволяет снизить интенсивность охлаждения, удельные расходы воды при этом составляют 1-2 л/кг.

Ролико-форсуночное охлаждение предусматривает подачу воды, распыляемой форсунками, на поверхность слитка между опорными роликами поддерживающей системы. Этот способ позволяет обеспечить "смягченный" режим охлаждения с удельными расходами воды 0,5-1,0 л/кг.

Рельсо-форсуночный (или форсуночно-брусьевой) способ охлаждения с подачей воды между брусьями аналогичен ролико-форсуночному.

При роликовом (бесфорсуночном) способе охлаждающая вода из отводов в коллекторе подается под малым давлением непосредственно на ролики, что обеспечивает безударное охлаждение их поверхности. Охлаждение слитка происходит за счет контактного теплообмена между холодными роликами и поверхностью слитка, а также частично за счет стекающей охлаждающей воды.

Экранный способ охлаждения представляет систему закрытого типа. Для охлаждения слитка в ЗВО устанавливаются водоохлаждаемые экраны, окружающие все грани слитка. Отдельные секции экранов выполнены подобно кристаллизатору из толстостенной медной облицовки, стянутой стальным корпусом. Экраны обеспечивают мягкое и наиболее равномерное охлаждение поверхности непрерывного слитка, но при их использовании значительно снижается интенсивность теплоотвода и значительно увеличивается длина МНЛЗ.

Конструктивно ЗВО выполняется из отдельных участков (секций), в которых можно изменять режим охлаждения.

Рекомендуется всю зону вторичного охлаждения разделять на три равных участка с разными соотношениями по расходу охлаждающей воды:

– участок I – 50-60 % от общего расхода воды в ЗВО;

– участок II – 25-30%;

– участок III – 15-20%.

Возможны и другие варианты компоновки участков и распределения расходов воды. Например, расход воды одинаков, но длина участков разная: 1-й участок самый короткий, а 3-й самый длинный.

От режимов работы ЗВО в значительной степени зависит качество получаемых непрерывных слитков (наличие внутренней осевой рыхлости, трещин и т. д.).

Одно из основных требований к системе ЗВО радиальных МНЛЗ заключается в том, чтобы ее длина обеспечивала полное затвердевание слитка до входа его в выпрямляющее устройство (тянущую клеть). В противном случае при одномоментном разгибе слитка с незатвердевшей сердцевиной механические напряжения превысят допустимые и образуются внутренние трещины. В криволинейных МНЛЗ разгиб слитка с незатвердевшей сердцевиной идет постепенно (в нескольких точках разгиба), без превышения допустимых напряжений и трещины не должны образовываться. Главное требование к охлаждению слитка в ЗВО криволинейной МНЛЗ – отсутствие жидкой сердцевины на момент порезки слитка.