Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 6 )

Схема горизонтальной МНЛЗ приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4 – Схема горизонтальной МНЛЗ:

1 ‑ сталеразливочный ковш; 2 ‑ промежуточный ковш (металлоприёмник); 3 ‑ металлопровод; 4 ‑ разделительное кольцо; 5 ‑ кристаллизатор; 6 ‑ зона вторичного охлаждения; 7 ‑ тянущие валки; 8 ‑ устройство резки заготовок; 9 ‑ заготовки; 10 ‑ рольганг охлаждения заготовок

Принцип действия машины следующий. Жидкий металл из сталеразливочного ковша через шиберный затвор (на рис. 3.4 не показан) попадает в металлоприёмник, ёмкость которого колеблется в широких пределах от 1 до 50 тонн. В металлоприёмник очень плотно вставлен металлопровод, изготовленный из огнеупорного материала. За металлопроводом расположено огнеупорное разделительное кольцо, которое предотвращает замерзание металла в металлопроводе и формирует начальное положение фронта затвердевания. Разделительное кольцо жёстко вставлено в кристаллизатор, в котором формируется слиток. Температура стенок кристаллизатора доходит до 400-500 °С. Особенность движения слитка в кристаллизаторе состоит в периодичности вытягивания слитка тянущими валками. Обычно используется простой режим вытягивания: вытягивание-остановка. Иногда применяются сложные варианты: вытягивание-обратный ход-остановка. Частота вытягивания составляет около 100-200 мин-1. Чем выше частота и меньше длина шага вытягивания, тем меньше глубина трещин на поверхности заготовок.

На выходе из кристаллизатора слиток имеет жидкую сердцевину. Окончательное затвердевание металла происходит в зоне вторичного охлаждения. Вторым по ответственности и важности деталей после разделительного кольца является механизм вытягивания (например, тянущие ролики). Высокая точность параметров вытягивания необходима для уменьшения глубины поверхностных дефектов, поэтому механизму вытягивания уделяют много внимания.

После механизма вытягивания затвердевший металл попадает в зону резки слитка на отдельные заготовки.

Преимущества горизонтальных МНЛЗ по сравнению с другими МНЛЗ:

– промежуточный ковш и кристаллизатор плотно прилегают друг к другу (через разливочный стакан и разделительное кольцо). Это устраняет возможность вторичного окисления, уменьшает потери теплоты и устраняет подповерхностные включения в связи с отсутствием необходимости наведения шлакообразующих смесей;

– отсутствие изгиба слитка позволяет разливать качественные стали, склонные к трещинообразованию;

– повышенное ферростатическое давление в зоне кристаллизатора, что облегчает теплообмен и сокращает длину кристаллизатора;

– низкое ферростатическое давление в зоне вторичного охлаждения, которое устраняет проблемы, связанные с выпучиванием;

– малая высота машины и меньшие размеры производственной площадки, меньшая численность обслуживающего персонала, меньшее число механизмов и узлов, более простая система охлаждения.

Недостатки горизонтальных МНЛЗ:

– малая производительность;

– для создания искусственного мениска жидкого металла используется огнеупорное разделительное кольцо, которое имеет высокую стоимость и пока недостаточно высокий ресурс работы;

– кристаллизатор подвергается повышенному износу;

– устройство вытягивания заготовки, которое должно обеспечивать высокую точность режимов вытягивания, является сложным в техническом отношении агрегатом;

– процесс горизонтальной разливки сложен в обслуживании.

Лекція 8

Роль теплових процесів при безперервному розливанні сталі

План лекції: Три стадії процесу охолоджування злитка. Проблеми, пов'язані з відведенням теплоти в ході безперервного розливання. Основні напрями досліджень при вивченні теплової роботи МБЛЗ.

4 РОЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ

На современном этапе непрерывную разливку стали нельзя рассматривать без учета явлений тепло - и массопереноса, поскольку этот процесс протекает при высоких температурах.

В ходе разливки необходимо обеспечить соответствующее охлаждение слитка для отвода физической теплоты и скрытой теплоты плавления.

Рассмотрение вопросов теплофизики, тепло - и массопереноса в их тесной связи с технологией является основным звеном, определяющим все дальнейшие стороны интенсификации и оптимизации технологических процессов в непрерывной разливке стали.

4.1 Три стадии процесса охлаждения слитка. Проблемы с отводом теплоты в ходе непрерывной разливки

Процесс охлаждения непрерывного слитка при его формировании из жидкой стали на МНЛЗ можно разделить на три стадии:

– первичное;

– вторичное;

– воздушное охлаждение.

Первичное охлаждение осуществляется в кристаллизаторе МНЛЗ, где образовавшаяся оболочка слитка контактирует с водоохлаждаемыми стенками кристаллизатора.

Вторичное охлаждение происходит в зоне вторичного охлаждения, где продолжается процесс затвердевания слитка.

Воздушное охлаждение обычно является неуправляемым и контролируется при движении слитка от конца ЗВО до момента окончания порезки слитка на отдельные заготовки.

Имеются две основные проблемы, связанные с отводом теплоты в ходе непрерывной разливки стали.

Первая проблема состоит в отводе от медного водоохлаждаемого кристаллизатора (первичное охлаждение) количества теплоты, которое обеспечило бы образование твердой корочки определенной толщины для выдержки ферростатического давления жидкого металла в процессе разливки и вытягивания заготовки из кристаллизатора.

Вторая проблема состоит в отводе теплоты в зоне вторичного охлаждения. Когда заготовка выходит из кристаллизатора, в жидкой сердцевине непрерывного слитка имеется еще большое количество теплоты. Если не обеспечить быстрого охлаждения заготовки в ЗВО, то образовавшаяся твердая корочка может частично расплавиться вплоть до образования прорыва и вытекания жидкого металла.

Знание условий теплообмена и основных закономерностей позволяет определить толщину затвердевшей корочки на выходе из кристаллизатора, которая является решающим фактором для выбора скорости разливки при условии обеспечения достаточной прочности, а также выяснить причины образования некоторых дефектов непрерывного слитка – трещин, осевой рыхлости и др. Процессы теплообмена решающим образом влияют на начало формирования твердой оболочки непрерывного слитка в кристаллизаторе и на получающуюся внутреннюю структуру металла в зоне вторичного охлаждения.

4.2 Основные направления исследований при изучении тепловой работы МНЛЗ

При изучении тепловой работы МНЛЗ и процесса кристаллизации непрерывного слитка необходимо определить взаимосвязь между важнейшими параметрами процесса – глубиной жидкой фазы, распространением фронта, скоростями кристаллизации и вытягивания слитка, а также количеством отводимой теплоты и интенсивностью охлаждения. Определяются также и согласующиеся между собой такие режимные параметры, как расходы воды в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, плотность орошения, распределение форсунок в ЗВО и др.

Сложная взаимосвязь явлений и многообразие факторов, влияющих на процесс формирования непрерывного слитка, ставят исследование теплопереноса при непрерывной разливке в ряд важнейших и актуальных задач теоретической теплотехники.

Освоение новых МНЛЗ, а также модернизация существующих установок требует исследований с целью выбора:

– оптимальных (или рациональных) режимов;

– создания предпосылок получения высококачественного металла;

– уменьшения трещин и других дефектов в непрерывных отливках.

В мире ведутся интенсивные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования по совершенствованию тепловой работы МНЛЗ, которые способствуют решению практических задач повышения производительности и увеличения выхода годного металла без увеличения количества установок. Значительный вклад в развитие непрерывной разливки внесли российские ученые: , , и украинские ученые: и др.

Из зарубежных исследований можно отметить работы Б. Тармана, Д. Сэвиджа, , Э. Германа, многих японских исследователей.

На основе проведенных исследований к настоящему времени по многим вопросам теплофизики непрерывного литья сложились достаточно четкие представления.

Лекція 9

Теплотехнічні особливості роботи МБЛЗ

План лекції: Методика складання теплового балансу МБЛЗ. Аналіз статей теплового балансу для різних конструкцій МБЛЗ. Основні процеси теплообміну по зонах охолоджування.

5 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ МНЛЗ

Процесс теплоотвода от слитка определяет важнейший технологический показатель – производительность МНЛЗ.

Для анализа тепловой работы высокотемпературных металлургических агрегатов часто применяют методику составления теплового баланса, с помощью которого можно оценить качество работы МНЛЗ как теплового агрегата.

5.1 Методика составления теплового баланса МНЛЗ

Баланс может быть составлен для всей машины в целом или для ее отдельных зон (кристаллизатор, ЗВО). Тепловой баланс дает наглядное представление о распределении количеств теплоты в зависимости от технологических задач.

Сопоставление статей баланса для аналогичных машин позволяет провести сравнительный анализ их тепловой работы. Уравнение теплового баланса составляется на основе закона сохранения энергии. Обычно статьи баланса относят к единице времени или к единице массы металла.

Для МНЛЗ в качестве приходной статьи принимается количество теплоты жидкого металла, поступающего в машину в единицу времени. В расходных статьях учитывается количество теплоты, отводимое от слитка в отдельных зонах МНЛЗ, а также различные потери теплоты.

Уравнение теплового баланса МНЛЗ запишется в следующем виде:

,

где  – начальное количество теплоты, вносимое жидким металлом в машину (из промковша);  – теплота, отведенная в кристаллизаторе с охлаждающей водой;  – теплота, отведенная с охлаждающей водой и паром в зоне вторичного охлаждения;  – теплота, отводимая при охлаждении на воздухе (в пределах машины);  – теплота слитка, уходящего из машины;  – потери теплоты в машине.