Методика теплового расчета ЗВО. Основные требования. Толщина корки слитка в ЗВО и на выходе из кристаллизатора

3.2.9  Методика теплового расчета ЗВО

Основной технологической функцией зоны вторичного охлаждения (ЗВО) является создание оптимальных условий для затвердевания непрерывно отливаемого слитка, обеспечивающих требуемое качество металла.

ЗВО должна отвечать следующим требованиям:

1) обеспечивать тщательную поддержку слитка на выходе из кристаллизатора, где толщина оболочки минимальна, а ее механическая прочность низка;

2) исключать возможность выпучивания корки слитка под действием ферростатического давления;

3) уменьшать воздействие растягивающих напряжений в оболочке заготовки, возникающих под действием тянущих усилий;

4) обеспечивать оптимальный теплоотвод и его регулирование в зависимости от скорости вытягивания и сортамента отливаемой стали;

5) сохранять стабильность технологической оси и прочностные характеристики поддерживающих устройств в условиях высоких температур и нагрузок в процессе длительной эксплуатации машины;

6) обеспечивать быструю замену узлов ЗВО при аварийных ситуациях, а также минимальные потери времени на переналадку, связанную с изменением сечения отливаемой заготовки.

Основными задачами теплового расчета вторичного охлаждения МНЛЗ является расчет расхода охлаждающей воды на каждую секцию ЗВО и определения числа форсунок в секции [21].

В данной методике наряду с известными положениями приведены результаты исследований, проведенных в Липецком политехническом институте.

В инженерных расчетах толщину затвердевающей корочки слитка часто определяют по закону квадратного корня, который удовлетворительно согласуется с многочисленными экспериментальными данными, полученными для различных режимов охлаждения, и может быть использован для инженерных расчетов. Отклонения от условия  учитывается с помощью . Если в качестве начала отсчета принять момент выхода слитка из кристаллизатора, то формулу закона квадратного корня можно записать в виде:

,                                          (3.58)

где – толщина корки слитка в ЗВО, ;

 – толщина корки на выходе из кристаллизатора, ;

 – время от момента выхода слитка из кристаллизатора, ;

 – коэффициент затвердевания, .

На выходе из кристаллизатора по условиям прочности должна обеспечиваться толщина корочки не менее . По опытным данным для разных слитков на выходе из кристаллизатора , где  – половина толщины слитка, .

Для условий ЗВО по опытным данным , .

Среднеинтегральную толщину корочки  в данной зоне охлаждения можно рассчитать, используя закон квадратного корня в формуле (3.58):

,       (3.59)

где – время входа слитка в данную секцию, ;

– время выхода из секции, .

По результатам проведенных исследований получена зависимость коэффициента теплоотдачи () стали от времени, прошедшего с момента выхода слитка из кристаллизатора. Эта зависимость, представленная на рисунке 3.13, получена в соответствии с основными требованиями оптимального режима охлаждения для различных групп марок стали. Она может быть рекомендована для приближенных расчетов вторичного охлаждения МНЛЗ. Величина  может быть определена на основе экспериментальных данных по графикам (рис. 3.13).

Зависимость  от плотности орошения представляется в виде:

,                                           (3.60)

где  – плотность орошения поверхности слитка, ;

 – начальное значение коэффициента теплоотдачи, ;

 – опытный коэффициент, .

По опытным данным величины коэффициентов изменяются в пределах:  для МНЛЗ с изогнутой технологической осью;  для вертикальных МНЛЗ; .

Рисунок 3.13. — Зависимость коэффициента теплоотдачи () от времени, для сталей: 1 – низколегированных;

2 – углеродистых; 3 – для производства автолиста

Значительное влияние на теплоотдачу непрерывного слитка в зоне вторичного охлаждения оказывает поддерживающая система. Конструктивные элементы этой системы определяют гидродинамическую и тепловую картины на поверхности слитка. В наибольшей степени этот фактор проявляется в условиях МНЛЗ с изогнутой технологической осью. Поддерживающая система закрывает часть слитка, т.е. играет роль экрана, в результате чего не вся охлаждающая вода достигает поверхности слитка. Для изучения особенностей охлаждения с учетом влияния поддерживающей системы в Липецком политехническом институте проводились исследования на специальном стенде, моделирующем участок охлаждения, расположенный между двумя соседними роликами зоны вторичного охлаждения криволинейной МНЛЗ. Результаты исследований представлены на рисунке 3.14 в виде графиков зависимости коэффициента использования воды от степени экранирования.

Коэффициент использования воды () представляет собой отношение количества воды, достигающей поверхности охлаждения при наличии роликов и без них. Степень экранирования () определяется как отношение зазора между