Расчет технологических и конструктивных параметров машины непрерывного литья заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования, науки, молодежи и спорта Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра металлургии черных металлов

Направление подготовки 050401 «Металлургия»

КУРСОВИЙ ПОЕКТ

По дисциплине: «Непрерывная разливка стали»

на тему:

Расчет технологических и конструктивных параметров машины непрерывного литья заготовок

Выполнил: Свиридов Д.В.

Студент 4 курса группы МЧМ-14-2с

Руководитель: проф. Куберский С.В.

м. Лисичанск - 2016 г.

Содержание

Задание на курсовой проект

1. Основная характеристика заданной марки стали

2. Температура разливки металла на МНЛЗ

2.1 Определение температуры ликвидус

2.2 Определение температурных параметров непрерывной разливки

3. Расчет и выбор скоростных параметров непрерывной разливки

4. Кристаллизация заготовок

4.1 Теплофизические характеристики процесса непрерывной разливки стали

4.2 Расчет охлаждения заготовки

4.2.1 Приблизительное определение температуры поверхности затвердевшей стали в кристаллизаторе на основании теплового потока от поверхности заготовки к стенке кристаллизатора

4.2.2 Расчет изменения температуры поверхности и толщины корки в зоне вторичного охлаждения

4.2.3 Расчет расхода воды на охлаждение заготовки в ЗВО

5. Выбор формы технологической оси

5.1 Базовый радиус МНЛЗ

5.2 Выпрямление непрерывнолитой заготовки

6. Производительность, состав МНЛЗ, пропускная способность и время разливки

7. Специальная часть

Перечень ссылок

Результаты расчета

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по дисциплине «Непрерывная разливка стали» на тему «Расчет конструкционных и технологических параметров непрерывного литья заготовка»

№ п/п	Заданный параметр	Значение параметра
1	Вариант	17
2	Марка разливаемой стали	40
3	Толщина слитка, мм	250
4	Ширина слитка, мм	280
5	Эффективная длина кристаллизатора, м	0,9
6	Допустимая деформация слоев металла в температурном интервале хрупкости	0,004
7	Коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО	0,7
8	Относительная толщина закристаллизовавшейся корки	0,55
9	Расстояние между точками правки, м	0,65
10	Количество плавок в серии, шт.	20
11	Садка конвертеров, масса разливаемого металла в ковше, т	100
12	Коэффициент, учитывающий степень загрузки оборудования МНЛЗ, ц1	0,85
13	Длительность пауз между сериями для подготовки МНЛЗ к разливке, мин.	40
14	Фонд рабочего времени эксплуатации МНЛЗ, сут.	305
15	Длительность плавки, мин.	30
16	Теплоемкость жидкой стали, Дж/(кгЧК) (при t=1100ч1600 0С)	650
17	Теплопроводность стали, Вт/(мЧК) (при t=900ч1200 0С)	27,5
18	Скрытая теплота затвердевания, кДж/кг	260
19	Температура поверхности заготовки в конце затвердевания, 0С	850
20	Длина секции ЗВО, м	2,5
21	Расстояние от нижнего среза кристаллизатора до секции, м	2,7
22	Специальная часть
23	Графическая часть: график изменения толщины корки слитка в кристаллизаторе, график изменения температуры поверхности и толщины корки по длине ЗВО с определением параметров заданной секции охлаждения, построение криволинейного участка технологической оси МНЛЗ с точками правки

1. ОСНОВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАННОЙ МАРКИ СТАЛИ

Заменитель: стали: 35, 45, 40Г

Сталь - конструкционная, углеродистая качественная.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный; пруток который калибруется; шлифованный пруток и серебрянка; лист толстый; лист тонкий; полоса; лента; провод; поковки и кованые заготовки.

Назначение - после улучшения - коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховик, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом сверхвысокой частоты (СВЧ) - детали средних размеров, к которым предъявляется требования высокие прочности поверхностной твердости повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валы, зубчатые колеса).

Химический состав, %:

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni
0,37 - 0,45	0,17 - 0,37	0,5 - 0,8	<0,25	< 0,025	< 0,025	< 0,25	< 0,25

Флокеночувствительность - не чувствительная.

2. ТЕМПЕРАТУРА РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА НА МНЛЗ

2.1 Определение температуры ликвидус и температуры солидус

При непрерывной разливке стали очень важно поддержание оптимального уровня температуры металла который разливается.

Точный расчет и поддержание температуры металла при разливке необходим для обеспечения высокого качества НЛЗ и стабильности процесса разливки.

Повышенный перегрев металла над температурой ликвидуса способствует увеличению трещиночуствительности заготовок, развития столбчатой структуры слитка и таких дефектов макроструктуры, как осевая ликвация и центральная пористость. Кроме того, чрезмерно высокая температура металла при разливке, может привести к прорывам НЛЗ по трещинам.

Необходимая температура металла в промежуточном ковше рассчитывается исходя из температуры ликвидуса для каждой марки стали [2,3].

Для определения температур ликвидус () и солидус( ) сталей используют два простые методы - или по диаграмме состояния системы, или в приближении аддитивного влияния примесей, содержащихся в стали, на температуру плавления чистого железа:

где и - коэффициенты, показывающие, насколько градусов меняются температуры ликвидус и солидус стали при добавлении 1% і-го компонента.

Значение и для основных компонентов сталей, найденные по диаграммам состояния двойных систем , приведены в таблице 2.1 [4-6].

Таблица 2.1

Коэффициенты и , характеризующие снижение температуры ликвидус и солидус при введении 1% компонента

Компонент	, K	, K	интервал применения	Примечание к определению
	73	410 180	[%]0,10 0,13 [%]2,14	Для интервала 0,10 [%, ]0,13 41 К
	30	696	[%]0,25	--
	3	6,5	[%]9,5	--
	12	19	[%]14,4	--
	30	173	[%]2,8	--
	7	9	[%]6,5	--
	3,5	6,5	[%]3,5	Для 3,5 [%, ]6,5 22 К
	1	2	[%]2,5	Для 2,5 [%, ]2,5 25 К
	3	6,5	[%]10	--
	1	1,5	[%]10	Для 10[%, ]33 17,5 К
	3	9	[%]15	--
	2	6	[%]10	--
	20	18	[%]13	--
	1,5	2	[%]17,3	--

Определяем температуру ликвидус стали 40 состава,%: 0,41 С; 0,27 Si; 0,65 Mn; 0,25 Ni; 0,25 Cr; 0,025 S; 0,025 P; 0,25 Cu

2.2 Определение температурных параметров непрерывной разливки

Одним из важнейших технологических параметров непрерывного разливания стали является температура в сталеразливочном, промежуточном ковшах и кристаллизаторе МНЛЗ.

Температура стали на разных этапах технологии зависит от определенных потерь тепла связанных с переливанием металла, контакта с футеровкой промежуточного ковша и рабочими стенками кристаллизатора, а также потерями тепла через зеркало металла в разливочных промежуточном ковше и кристаллизаторе.

На основании анализа практических данных работы отечественных и зарубежных МНЛЗ для определения температурных параметров разливки можно рекомендовать следующие потери температуры на различных этапах технологии и необходимые значения перегрева [2,3]:

- При переливе металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, и из промежуточного ковша в кристаллизатор - 25 35⁰С (в зависимости от типа футеровки промежуточного ковша, номера плавки в серии и способа защиты струи металла на этих участках).

- Перегрев металла в кристаллизаторе МНЛЗ необходимо поддерживать на уровне 7 - 12⁰С.

На основании указанной выше температуры ликвидуса можно выбрать основные температурные параметры непрерывной разливки для заданной марки стали, если температура ликвидус составляет 1489 ⁰С.

Температура стали в кристаллизаторе составит

t_кр-р = t_L + 7 ч 12⁰С =1489 + 7 ч 12 = 1496 ч 1501⁰С.

Для дальнейших расчетов принимаем среднюю температуру, то есть 1499⁰С.

Температура стали в промежуточном ковше МНЛЗ составит

t _ПК = t_кр-р + 25 ч 35⁰С = 1499 + 25 ч 35 = 1524 ч 1534⁰С

Для дальнейших расчетов принимаем температуру 1529⁰С.

Температура стали в сталеразливочном ковше составит

t_СК = t_ПК + 25 ч 35 ⁰С = 1529 + 25 ч 35 = 1554 ч 1564⁰С

Для дальнейших расчетов принимаем температуру 1559⁰С.

Таким образом, общий перегрев стали в среднем должен составлять 70 ⁰С.

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР СКОРОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

Скорость непрерывной разливки зависит от целого ряда факторов: сечения, марки, типа машины и влияет на производительность, качество, массу оборудования, стоимость МНЛЗ.

Предварительная оценка скорости может быть определена по формуле [2,3]

Где - коэффициент, зависящий от марки стали и назначения готовой продукции; при разливке стали на квадратные или близкие к ним типы заготовок (блюм, сорт)

- Толщина заготовки, м;

- Ширина заготовки, м.

При разливке стали на заготовки из углеродистой и легированной стали стоит выбирать коэффициент с минимальным значением, обыкновенного качества - максимальное значение.

Рекомендуются следующие скорости разливки для заготовок заданного сечения

- 250250

- 0,9-1,12

Однако эти скорости могут быть рекомендованы для случая, когда разливки плавок на МНЛЗ проводится одиночными плавками. В случае серийной разливки методом плавка на плавку время разливки на МНЛЗ необходимо согласовывать с продолжительностью плавки в сталеплавильном агрегате и ритмом подачи ковшей с металлом в отделение непрерывной разливки.

Рассчитаем и выберем скоростные параметры непрерывной разливки стали на сортовые заготовки сечением 250 Ч 280 мм

Рассчитаем минимальную, максимальную и среднюю скорость непрерывной разливки стали на заготовки заданного сечения.

Минимальная скорость разливки составит

= 0,11 · (0,250+0,280/0,250·0,280) = 0,83 м/мин.

Максимальная скорость разливки составит

= 0,14 · (0,250+0,280/0,250·0,280) = 1,06 м/мин.

Средняя скорость разливки составит

= 0,125 · (0,250+0,280/0,250·0,280) = 0,95 м/мин.

Для дальнейших расчетов выбираем среднюю скорость непрерывной разливки 0,95м / мин.

4. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЗАГОТОВОК

4.1 Теплофизическая характеристика процесса непрерывной разливки стали

По сравнению с классически отлитым слитком непрерывнолитая заготовка движется вертикально, по дуге определенного постоянного или переменного радиуса или горизонтально, причем толщина застывшего металла на выходе из кристаллизатора очень мала. Определение этой толщины в зависимости от скорости разливки, температуры металла, разливается, его химического состава и условий отвода тепла в кристаллизаторе очень важно для установления технологии разливки. После выхода из кристаллизатора заготовка направляется с помощью опорных валков или водоохлаждаемых направляющих в зону вторичного охлаждения, где интенсивно охлаждается водой. Современной технологии непрерывной разливки предусмотрено снижение теплового удара путем уменьшения интенсивности охлаждения заготовки позволяет предотвратить возникновение трещин. По выходе из зоны водяного охлаждения поверхность заготовки охлаждается путем излучения и естественной конвекции. На практике специалистов интересует глубина жидкой фазы, общее время затвердевания заготовки и роста корки в зоне вторичного охлаждения.

В отдельных зонах МНЛЗ от заготовки отводится следующее количество тепла [7]: в кристаллизаторе ~ 20-40% от общего, переданного заготовкой (меньшее значение - для листовых заготовок больших размеров, больше - для малых листовых и квадратных заготовок) в зоне вторичного охлаждения ~ 40-55%, затем ~ 20-30% до полного остывания.

На основании проведенных ранее исследований установлено, что в верхней части кристаллизаторе [8, 9] плотность теплового потока составляет 1,86-2,33 МВт/м². В результате теплового сопротивления в середине кристаллизатора она снижается до значений 0,7-0,93 МВт/м², а на выходе из него на расстоянии 600-700 мм от мениска составляет 0,23-0,47 МВт/м². В прямоугольных кристаллизаторах плотность теплового потока вдоль узких сторон меньше, потому что здесь скорее возникает зазор между слитком и кристаллизатором. В верхней части кристаллизатора на узкой стороне плотность теплового потока равна 1,39-1,63 МВт/м², а в нижней части 0,401-0,349 МВт/м². Скорость охлаждения в зоне вторичного охлаждения оказывает решающее влияние на структуру заготовки. Поэтому все время стоит наблюдать за этим параметром непрерывной разливки. Несмотря на то, что условия теплоотдачи на этом участке очень сложные, с помощью расчета достигнуты значительные успехи.

При описании передачи тепла от твердого тела к его жидкости который обтекает, или газа имеется теплообмен. Количество тепла , переходит с поверхности тела в окружающую среду, определяется по формуле Ньютона

, (4.1)

где - коэффициент теплоотдачи, ;

- Температура поверхности тела, ⁰С;

- Температура окружающей среды, ⁰С;

- Охлаждаемая площадь, ;

- Время, с.

В общем можно принять, что для теплообмена в зоне вторичного охлаждения будет действительно в соответствии с уравнением (4.1) соотношение

, (4.2)

а с учетом теплового потока

. (4.3)

Если известно тепловой поток температура поверхности заготовки, можно рассчитать по вышеуказанным уравнениях коэффициент теплопередачи в зоне вторичного охлаждения

4.2 Расчет охлаждения заготовки

4.2.1 Приблизительное определение температуры поверхности затвердевшей стали в кристаллизаторе на основании теплового потока от поверхности заготовки к стенке кристаллизатора

Для расчета температуры застывшей серы в кристаллизаторе К. Фекете [10] разработал примерные упрощенные методы. Он исходит из соображений, что кристаллизатор в МНЛЗ является теплообменником, который работает противоточно, так что можно считать, что сталь, разливается, охлаждается проточной водой. Им получено соотношение

, (4.4)

Где - разность температур между жидкой сталью и водой, охлаждающей кристаллизатор;

- Разница температур обоих веществ при входе в кристаллизатор;

- Коэффициент теплоотдачи, ;

- Охлаждаемая внутренняя поверхность кристаллизатора, ;

- Энтальпия стали;

- Энтальпия воды, равной

где- массовая расхода воды для охлаждения кристаллизатора, кг / с. Рассчитывается как

где- площадь зазора для води, м²,

- плотность воды, кг / м³,

- скорость воды в зазоре м / с;

- Теплоемкость воды, );

- Внутреннее сечение кристаллизатора, ;

- Скорость вытягивания (разливки),;

- Плотность застывшей стали, ;

- Теплоемкость стали, .

На основании известных результатов изучения отвода тепла, проведенного X. Крайнер и Б. Тарманном [11], а также И. Саваж и В.Х. Притчард [12], К. Фекете составил уравнение для отвода тепла кристаллизатором

(4.5)

Для определения средней плотности теплового потока от кристаллизатора на данном расстоянииот уровня стали в кристаллизаторе необходимо проинтегрировать предварительное соотношение:

; (4.6)

, (4.7)

где - время, .

Согласно уравнению (4.1) получим

(4.8)

где, - средне логарифмическая разность температур в кристаллизаторе между сталью и водой для охлаждения

. (4.9)

Тут (индекс 1 относится к стали, 2 - к воде; - для температуры входа; - выхода).

Из теории расчета теплового обмена известно, что среднелогарифмическую разницу можно заменить среднеарифметической , если

Очевидно, что эти условия при разливке стали на МНЛЗ будут всегда выполняться:

(4.10)

(4.11)

При этом упрощении коэффициент теплоотдачи из уравнения (4.8) будет выражен следующим образом

 , . (4.12)

Теперь подставим соотношение в уравнениями (4.8) и (4.11) в уравнение (4.4) и одновременно заменим по предполагаемым температурным разности ивыражения:

; (4.13)

. (4.14)

В результате получим из уравнения (4.4)

(4.15)

В уравнение (4.15) следует еще подставить выражение, определяющее количество общего тепла кристаллизации в зависимости от времени.

В инженерных расчетах толщину затвердевшей корки слитка часто определяют по закону квадратного корня, удовлетворительно согласуется с многочисленными экспериментальными данными, полученными для различных режимов охлаждения, и может быть использован для инженерных расчетов. Отклонение от условияучитывается с помощью.

Если толщина корки [3]

(4.16)

где- толщина затвердевшей корки, м;

- коэффициент кристаллизации стали, 0,030

Значение для заданного коэффициента кристаллизации составляет 0,00387;

- время от начала кристаллизации, с,

то объем застывшей корки можно выразить соотношением

(4.17)

где - часть заготовки, отлитой за время

где - скорость разливки, м/с.

Подстановкой из уравнения (4.16) в уравнение (4.17) и его интегрированием вы-значимо общий объем застывшей корки на расстоянии от уровня стали, для сортовой заготовки при =0,029составит[3]

,

Количество общего освободившегося тепла , которое необходимо отвести за времячерез единицу поверхности , выражаем как плотность теплового потока

(4.18)

где- скрытая теплота затвердевания.

Для сортовой заготовки при = 0,029

. (4.19)

Получим окончательный вид уравнения для расчета средней температуры застывшего слоя металла в кристаллизаторе, что будет иметь вид

, (4.20)

Где -

Градиент температуры в застывшей корке стали определяет графически с помощью двух точек в координатах

, (4.21)

соответствующих границы зоны кристаллизации с температурой, и

(4.22)

средней температуре корки, рассчитанной по соотношению (4.20).

Рассчитаем температуру поверхности заготовки и длину корки в кристаллизаторе размером ; , через 5 секунд после начала разливки и на выходе из кристаллизатора.

Для расчета принимаем: теплоемкость стали; температура ликвидус стали⁰С; температура воды, которая используется для охлаждения⁰С; скорость воды, используемой для охлаждения в зазореплотность воды , ширина зазора для воды, теплоемкость воды ; скорость разливки; высота кристаллизатора , коэффициент кристаллизации=0,029, скрытая теплота кристаллизации .

Площадь рабочей внутренней поверхности кристаллизатора составит

Массовый расход воды на охлаждение

Время движения заготовки в кристаллизаторе

.

За 10 сек заготовка пройдет путь

,

а соответствующая площадь кристаллизатора

.

По уравнению (4.19) при = 0,029определим



Для определения плотности стали в этом расчете и в дальнейшем можно пользоваться температурными зависимостями для различных групп сталей,:

- конструкционные углеродистые качественные ;

- конструкционные низколегированные;

- конструкционные легированные ;

- конструкционные рессорно-пружинные .

Для стали 30 X плотность составит

.

По уравнению (4.7) рассчитаем , а по уравнению (4.20) среднюю температуру застывшего слоя металла в кристаллизаторе:

Температуру определим последовательным приближением (итерацией). В ЭВМ вводим оцениваемую величину и после вычисления с помощью уравнений (4.20) добавляем в уточненное значение, чем достигаем желаемой точности результатов. 1. Оценочная⁰С; (расчетная) = 1469,8⁰С. 2. Оценочная⁰С; (расчетная) = 1469,8⁰С. Таким образом, через 10 с ⁰С.

Аналогично при определении приблизительной температуры затвердевшего слоя заготовки на выходе из кристаллизатора (через 57,05) получим:

После подстановки в уравнение (4.20) определяет температуру с помощью итерации. 1. Оценочная⁰С; (расчетная) = 1396,4⁰С. 2. Оценочная⁰С; ⁰С. Таким образом, через 57,05 с ⁰С.

Примерная температура затвердевшего слоя стали в кристаллизаторе через 10 с начала разливки составляет 1469,8⁰С, через 57,04 (на выходе из кристаллизатора) она равна 1396,3⁰С.Температуру на поверхности слитка определим графически с помощью выражений (4.21 а) і (4.22) (рис. 4.1).

Толщина корки по формуле (4.16) через 5 с будет:

,

,

через 57,05:

.

,

В таблице 4.1 приведены результаты расчета включая значение промежуточного времени (10 с; 20 с; 30 с; 40 с; 50 с; 57,5 с).

Температура поверхности через 10 с составляет 1451 ⁰С, температура через 57,05на выходе из кристаллизатора равна 1304⁰С.

Таблица 4.1

Результаты расчета процесса охлаждения и кристаллизации заготовки в кристаллизаторе

Параметры	Время нахождения заготовки в кристаллизаторе, с
	10	20	30	40	50	57,05
Пройденный путь, м	0,158	0,315	0,473	0,631	0,789	0,900
Площадь рабочих стенок кристаллизатора, м2	0,167	0,334	0,502	0,669	0,836	0,954
Количество общего заявленного тепла ,	1,500	1,045	0,843	0,723	0,641	0,596
Средняя плотности теплового потока,	2,135	2,809	1,558	1,365	1,217	1,133
Средняя температура затвердевшего слоя стали в кристаллизаторе, 0С	1469,8	1442,7	1424,0	1411,1	1401,8	1396,3
Толщина застывшей корки . мм	11,84	16,74	20,51	23,68	26,47	28,28
, мм	113,2	108,3	104,5	101,3	98,5	96,7
, мм	119,1	116,6	114,7	113,2	111,8	110,9

4.2.2 Расчет изменения температуры поверхности и толщины корки в зоне вторичного охлаждения

Для выбора режима охлаждения стали что разливается, в зависимости от (температуры поверхности слитка в конце ЗВО) и скорости вытягивания слитка задается кривая температуры поверхности по длине слитка. Эта кривая выбирается из условия минимизации термических напряжений в непрерывнолитом слитке, что достигается равенством скоростей охлаждения слоев металла, расположенных у фронта кристаллизации и на поверхности [11]

.

Решение этого равенства позволило получить следующее уравнение

, (4.14)

где - относительная температура поверхности и заготовки на выходе из кристаллизатора;

- температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора,⁰С;

- температура кристаллизации стали,⁰С;

- относительная температура поверхности заготовки в конце затвердевания;

(- температура поверхности слитка в конце затвердевания, ⁰С);

- толщина слитка;

- толщина корки слитка при выходе из кристаллизатора.

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

Как следует из уравнения, если задана толщина оболочки, температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора и температура поверхности слитка в конце зоны затвердевания, то для каждого размера заготовки и скорости вытягивания существует определенная закономерность изменения температуры поверхности слитка по его длине, при которой коэффициент имеет максимальное постоянное значение на всем участке охлаждения.

Учитывая, что коэффициент постоянен, то для любого участка зоны вторичного охлаждения можно записать:

или , (4.15)

где і - относительная температура и толщина оболочки слитка в момент времени;

Если известно распределения температуры по длине слитка, то приведенное уравнение позволяет определить толщину оболочки слитка в любой момент времени .

Время достижения соответствующей температуры поверхности определяется из выражения

, (4.16)

где - плотность жидкой стали;

- скрытая теплота плавления стали;

- коэффициент теплопроводности стали.

Уравнение (4.15), (4.16) позволяют построить зависимости температуры поверхности слитка и толщины затвердевшей корки от времени или глубины жидкой лунки для заданных скоростей разливки и температуры поверхности слитка в конце затвердевания.

Определим температуру поверхности по длине слитка при разливке на МНЛЗ стали в слитки сечением со скоростью Принимаем температуру поверхности слитка в конце затвердевания металла⁰С; температуру кристаллизации⁰С; теплоемкость затвердевшей стали; теплопроводность стали ; скрытую теплоту затвердевания. По значениям толщины оболочки и температуры поверхности слитка на выходе из кристаллизатора, а также температуры поверхности слитка в конце зоны затвердевания найдем

Температура поверхности слитка и толщина корки на выходе из кристаллизатора были определены ранее и составляют 1304⁰С и 28,28 мм соответственно.

Относительная температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора

а в конце кристаллизации слитка

.

Используя уравнение (4.24), (4.25) и задавая температурой поверхности слитка, определяем зависимости і .

Время, необходимое для достижения температуры поверхности 1254⁰С при составит

Относительная температура поверхности

.

Определим:

і

После подсчета получим или 1,69 .

Толщину оболочки при ⁰С можно найти из соотношения

откуда.

Расстояние точки з ⁰С от нижнего среза кристаллизатора

.

Распределение температуры поверхности и толщины корочки по длине непрерывно литого слитка при приведено в таблице 4.3.

Рисунок 4.3 иллюстрирует распределение температуры поверхности по длине слитка и изменение толщины затвердевшей корки.

Таблица 4.3

Результаты расчета температуры поверхности и толщины пробки в ЗВО

, 0С	1304	1254	1204	1154	1104	1054	1004	954	904	850
	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88	0,88
	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57	0,57
	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95
	0,88	0,84	0,81	0,78	0,74	0,71	0,67	0,64	0,61	0,57
	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10	15,10
	15,10	11,67	9,54	7,89	6,74	5,85	5,14	4,57	4,09	3,66
	0	101,35	212,86	335,28	469,52	616,66	777,95	954,83	1148,9	1380,1
	0	1,69	3,55	5,59	7,83	10,28	12,97	15,91	19,15	23,0
	28,28	37,04	46,23	55,86	65,94	76,50	87,55	99,12	111,25	125
	0	1,605	3,370	5,309	7,434	9,764	12,318	15,118	18,192	21,85

4.2.3 Расчет расхода воды на охлаждение заготовки в ЗВО

Поскольку в теоретических расчетах очень сложно точно оценить условия охлаждения, для определения расхода воды по длине ЗВО используются экспериментальные зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности орошения. Эта зависимость описывается следующими выражениями [11]

или,

где - плотность орошения, ;

- исследовательский коэффициент (в зависимости от типа МНЛЗ и стали которая разливается, составляет 50 - 120)

- Исследовательский коэффициент (по опытным данным величина коэффициента изменяется в пределах: для МНЛЗ с изогнутой технологической осью;для вертикальных МНЛЗ);

- суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвенции (в зависимости от интенсивности охлаждения слитка. С уменьшением интенсивности охлаждения растет).

Наличие распределения температур по длине слитка и толщине оболочки позволяет определить тепловые потоки на поверхности слитка, необходимые для отвода физической теплоты оболочки и теплоты кристаллизации :

, (4.17)

, (4.18)

где , - средняя температура корки в начале и конце участка охлаждения,⁰С;

, - толщина корки в начале и в конце участка охлаждения, м;

, - расстояние от торца кристаллизатора на входе и выходе с участка охлаждения, м;

- скорость вытягивания слитка, м/мин.;

- теплоемкость затвердевшего металла, .

Найти тепловой поток и температуру поверхности, можно определить

.

Для выполнения требований по плавной смене интенсивности охлаждения слитка по его длине для стали различных марок и возможности регулировки длины участка водяного охлаждения в зависимости от скорости литья и глубины жидкой лунки вся зона вторичного водяного охлаждения разбивается на отдельные секции. Каждая секция обеспечивается самостоятельным подводом воды и установкой соответствующих форсунок.

При расчете основных параметров систем вторичного охлаждения радиальных и криволинейных машин необходимо скорректировать плотность орошения слитка по малому радиусу за счет стекания воды, уменьшив его на 20-30% по сравнению с большим радиусом.

В случае разлива прямоугольных заготовок (слябов или блюмов) водяное охлаждение по узким граням происходит на участке, равной

.

Как показывает практика эксплуатации МНЛЗ, длина зоны форсуночного охлаждения по узким граням может быть сокращена на 20 - 30%.

Определить расход воды на секцию длиной, расположенную на расстоянииот нижнего среза кристаллизатора. Пересечение слитка . Распределение температуры поверхности и параметров слитка такие же, как в предыдущем примере.

Как следует из уравнений (4.21), (4.22) необходимо определить среднюю температуру и толщину корки в начале и конце участка охлаждения. По приведенным числовым данным и данным рисунка 4.4 определим параметры секции (рисунок 4.5). Таким образомна входе в секцию составляет 1220⁰С, а на выходе из секции⁰С, соответственно толщина корки слитка на входе и выходе из секции соответственно составилии. Для расчета принято: плотность стали; коэффициент кристаллизации ; температура ликвидус 1489 ⁰С; скорость разливки ; теплоемкость; скрытая теплота кристаллизации ; ; суммарный коэффициент теплоотдачи излучением и конвенции=120.

Принимаем с целью упрощения расчета линейное изменение температуры по толщине корки. тогда:

⁰С;

⁰С.

	Начало секции	Конец секции
Длина секции l, м	2,5	2,7
Время выхода слитка из секции фвых, мин.	1,23	3,61
Температура поверхности слитка на выходе из секции tвых, 0С	1220	1160
Толщина корки слитка на выходе из секции двых, мм	42	55

Суммарный тепловой поток на поверхности слитка, обусловленный отводом физической теплоты и теплоты кристаллизации, составит

а средний коэффициент теплоотдачи (для ⁰С) соответственно:

Плотность орошения на данном участке составит

Охлаждение при узких гранях происходит в данном случае на участке

Учитывая то, что разливается квадратная заготовка и секция в верхней части машины расположена практически вертикально, расход воды на все грани включая грань по большему радиусу и грань по малому радиусу будут одинаковы (в противном случае необходимо скорректировать плотность орошения слитка по малому радиусу за счет капель, уменьшив его на 20 ч 30% по сравнению с большим радиусом):

,

где 4 - количество одинаковых граней;

- площадь охлаждения грани (), м².

Расход воды на тонну стали составят:

,

где - масса металла разлитого в час, т; (-масса одного погонного метра заготовки т; - длина заготовки разлита за час).

теплофизический непрерывный литье заготовка

5. ВЫБОР ФОРМЫ технологической оси

5.1 Базовый радиус МНЛЗ

При использовании радиальных и криволинейных МНЛЗ при переводе слитка в горизонтальное положение его приходится деформировать - разгибать. При разгибе или исправлении возникающие в слитке напряжения могут превысить предел прочности и привести к образованию различного рода трещин. При этом необходимо принимать во внимание сортамент отливаемой сечение заготовки и условия охлаждения слитка, потому что все эти параметры определяют допустимую величину деформации металла [11].

В случае радиальной машины разгиб слитка, как правило, проводится полностью в затвердевшем состоянии в одной точке.

Одним из способов предотвращения образования дефектов при разгиб слитка является при всех прочих равных условиях увеличение радиуса кривизны, что позволяет снизить величину деформации и ее скорость. На основании опыта эксплуатации радиальных МНЛЗ и исследования влияния величины и скорости деформации при разгиб на качество непрерывного слитка ПО «Уралмаш» произвело практические рекомендации для выбора минимального базового радиуса радиальной МНЛЗ в зависимости от толщины слитка, которые представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Рекомендуемые ПО «Уралмаш» значение базового радиуса радиальных МНЛЗ в зависимости от толщины слитка

Толщина слитка	150	200	250	315	350	400
Базовый радиус	5	6	8	10	12	14

Исследования механических свойств стали при 1300-1450⁰С позволили получить уравнение для оценки допустимого базового радиуса технологической оси МНЛЗ с разгибом в одной точке в зависимости от марки стали, разливается, и интенсивности охлаждения

(5.1)

где - толщина слитка, ;

- скорость вытягивания слитка, ;

- коэффициент кристаллизации;

- величина допустимой деформации слоев металла в температурном интервале хрупкости (для малоуглеродистой, мелкозернистого металла можно принять; для среднеуглеродистого и легированного металлаи для низкоуглеродистой и сложно легированного );

- коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО (;меньшее значение относится к умеренной интенсивности, более того - к высокой).

Определяем базовый радиус и выбираем тип МНЛЗ для среднеуглеродистого и легированного металла в заготовки сечением .

Принимаем для данного ассортимента следующие исходные данные: допустимая деформация внутренних слоев в температурном интервале хрупкости ; интенсивность охлаждения - умеренная, ; скорость извлечения слитка; коэффициент кристаллизации .

Базовый радиус

При базовом радиусе МНЛЗучасток затвердевания (металлургическая длина) машины составит

Полное время кристаллизации заготовки сечениемсоставит

.

Необходима минимальная металлургическая длина при скорости извлечения слиткасоставит

Для обеспечения запаса длины для возможного увеличения времени кристаллизации для сортовой и блюмовой заготовки металлургическая длина, рассчитанная по базовому радиуса,должна быть не менее чем на 25% больше металлургической длины, рассчитанной по времени полной кристаллизации слитка, . То есть должен выполняться следующее определение

Следовательно, необходимо или увеличить радиус машины или уменьшить скорость вытягивания слитка [2,3]. Сохраняя скорость извлечения слитка , поскольку она определяет производительность МНЛЗ, базовый радиус установки должно быть

При этом радиусе составит, что обеспечивает запас длины для возможного увеличения времени кристаллизации более чем на 25%. Но в соответствии с таблицей 5.1 для толщины заготовки 250 мм рекомендуется радиальная МНЛЗ с базовым радиусом до 8 м. Поэтому выбираем не радиальную, а криволинейную МНЛЗ с металлургической длиной, базовым радиусом 9 м и несколькими точками правки.

5.2 Выпрямление непрерывнолитой заготовки

Непрерывно литой слиток при кристаллизации постоянно находится под действием внешних сил, величина и характер которых определяются конструктивными параметрами МНЛЗ. Поэтому, для него характерно одновременное существование условий кристаллизации и деформирования, что определяет возможность образования дефектов, имеющих различную природу [2,3].

Выпрямление непрерывно литого слитка - это технологически необходима операция на машинах непрерывного литья заготовок криволинейного типа.

При выпрямлении непрерывно литого слитка с жидкой сердцевиной, теплофизические условия кристаллизации и охлаждения влияют на процесс образования внутренних трещин.

От того, как должна быть построена зона правки, обеспечивает деформацию слитка в двухфазном состоянии без образования трещин, зависит выбор типа МНЛЗ, предназначенных для производства заготовок из высококачественных сталей.

Исследования механических свойств различных сталей при высоких температурах проявляет важную закономерность: - все стали в определенном интервале температур имеют резко выраженный провал прочности и пластичности. Этот интервал, названный температурным интервалом хрупкости, характеризуется низкими значениями механических характеристик, имеет различную величину и зависит от химического состава стали. Условие, при котором с уменьшением скорости деформации предельно допустимые деформации увеличиваются, стала основной причиной выпрямлять не вполне затвердевший слиток не в одной точке, а на участке зоны вторичного охлаждения некоторой длины, чтобы значительно уменьшить скорость деформации [13].

Рассчитаем кривую плавного выпрямления слитка с жидкой сердцевиной сечением. Базовый радиус кривизны радиального участка , скорость вытягивания слитка , расстояние между точками правки . Принимаем коэффициент кристаллизации и коэффициент интенсивности охлаждения , точку перехода от радианной участка к криволинейной при, допустимую деформацию.

Полное время кристаллизации слитка составит:

.

При толщина корки кристаллизовалась, до момента разгиба слитка будет:

.

Время движения слитка к точке разгиба:

.

Расстояние от нейтральной оси до опасного слоя:

.

Время пребывания слоя деформируется, в температурном интервале хрупкости:

.

Радиус первой точки правки слитка:

.

Аналогично рассчитываем радиусы кривизны других точек правки (табл. 5.2). Последней точкой криволинейного участка принимается та, в которой по результатам расчета получен последний положительный радиус. Получения отрицательного радиуса свидетельствует о том, что кривая перешла через горизонт и расчет следует прекратить.

Таблица 5.2

Радиусы кривизны точек правки слитка

№ точки і	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Радиус кривизны	9,87	10,92	12,22	13,87	16,05	19,03	23,36	30,26	42,95	73,94
	11	12
	265,56	-166,8

Определяем количество точек правки, которая соответствует количеству положительных радиусов точек правки:.

Расчет координат точек правки начинаем с определения координат точки конца радиальной участка кривой плавного выпрямления:

Через эту точку проводим ось абсцисс (ось х) - угол нулевое значение оси ординат (оси у). Ось ординат проводим через точку начала дуги базового радиуса - здесь нулевое значение оси абсцисс.

Определим координаты первой точки правки. Величина абсциссы:

Определяем положение координаты точки правки относительно дуги базового радиуса:

Определяем величину отклонения ординаты от дуги базового радиуса:

,

где - величина угла, выраженная в радианах (отношение длины дугич, принадлежащей окружности с радиусом R₁и размещена между точкой конца радиального участка и точкой правки, к длине радиуса этой дуги R₁).

Тогда величина ординаты:

Для остальных точек правки (точка правки n):

;

;

;

.

Таблица 5.3

Результаты расчета кривой плавного выпрямления МНЛЗ

<...

Радиус кривизны,	Координаты точек правки,

Подобные документы

• Расчет технологических параметров разливки стали на сортовой МНЛЗ

  Технологические параметры непрерывной разливки стали. Исследование общей компоновки пятиручьевой машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) радиального типа. Определение скорости разливки металла. Диаметр каналов разливочных стаканов. Режим охлаждения.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.11.2011
  

• Расчет технологических, теплотехнических и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовок

  Определение температуры ликвидус и солидус стали. Скорость непрерывной разливки. Анализ процесса затвердевания заготовки в кристаллизаторе. Выбор формы технологической оси. Производительность, пропускная способность, состав и подготовка МНЛЗ к разливке.
  
  курсовая работа [146,7 K], добавлен 04.03.2009
  

• Машина непрерывного литья заготовок как объект автоматизации

  Преимущества и недостатки современных машин для непрерывной разливки стали. Автоматические и автоматизированные системы управления. Поддержание процесса разливки в автоматическом режиме. Система прогнозирования и предотвращения прорывов твердой корочки.
  
  презентация [1,3 M], добавлен 30.10.2013
  

• Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

  Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали на четырехручьевой МНЛЗ криволинейного типа. Параметры жидкого металла для непрерывной разливки. Расчет основных параметров систем охлаждения кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения.
  
  курсовая работа [116,3 K], добавлен 31.05.2010
  

• Система автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок

  Математическая модель технологического процесса работы машины непрерывного литья заготовок. Методика определения динамических характеристик и передаточных коэффициентов элементов системы. Анализ и оценка устойчивости системы автоматического регулирования.
  
  курсовая работа [57,0 K], добавлен 10.03.2010
  

• Разливка стали

  Макроструктура готового сортового проката, полученного из квадратных заготовок непрерывной разливки. Оборудование для разливки стали. Технология разливки стали в изложницы. Сифонная разливка стали, ее скоростной режим. Улучшение качества разливки стали.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 26.05.2015
  

• Регулирование расхода воды в ЗВО МНЛЗ

  Технология процесса непрерывного литья заготовок. Особенности и задачи управления непрерывной разливкой стали. Динамическая вычислительно-управляющая система отвердевания. Система определения теплосъема с кристаллизатора. Система маркировки слитков.
  
  курсовая работа [98,2 K], добавлен 14.10.2014
  

• Исследование теплообмена в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения машин непрерывного литья заготовок методом теплового баланса

  Оценка потенциала энергосбережения при использовании теплоты, отводимой в системе охлаждения машин непрерывного литья заготовок. Способы использования тепловых вторичных энергоресурсов. Разработка метода исследования теплового баланса криволинейной МНЛЗ.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 10.07.2017
  

• Контроль и измерение уровня жидкого металла в промежуточном ковше

  Процесс работы машин непрерывного литья заготовок из стали. Цели применения промежуточных ковшей, предъявляемые к ним требования. Методы измерения уровня жидкого металла. Конструкция и принцип действия радарного датчика Accu-Wave, расчет его погрешности.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 05.06.2012
  

• Разработка мероприятий по снижению разнотолщинности полосы на стане кварто 1700

  Технологическая схема производства холоднокатаного листа из непрерывнолитых слябов. Порядок производства листовых заготовок. Сущность работы машины непрерывного литья заготовок. Производство горяче- и холоднокатаного листового проката.
  
  курсовая работа [257,5 K], добавлен 27.04.2010
  

• Планы главного здания конвертерного цеха

  Принципы планировки главного здания конвертерного цеха с разливкой стали в изложницы на машине непрерывного литья заготовок, а также с комбинированной разливкой стали. Анализ и оценка существующих примеров планировок главного здания конвертерного цеха.
  
  реферат [564,9 K], добавлен 08.04.2019
  

• Технология разливки стали

  Исследование классической разливки стали в изложницы на сталеплавильном производстве. Изучение блочных, гильзовых и составных типов кристаллизаторов. Описания устройства для резки слитка на куски, работы секции охлаждения слябов из углеродистой стали.
  
  отчет по практике [2,3 M], добавлен 17.05.2011
  

• Разливка стали

  Развитие и современный уровень металлургического производства. Особенности разливки стали, способы изготовления стальных отливок. Разливка стали в изложницы, затвердевание и строение стального слитка. Особенности и недостатки непрерывной разливки стали.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 22.10.2009
  

• Разработка технологии восстановления изношенных рольгангов. Машины непрерывного литья заготовок. Наплавка

  Методика исследования и анализ показателей эксплуатационной надёжности основных элементов рабочего рольганга обжимного стана. Наплавка посадочных мест под подшипники и уплотнения. Определение фиктивной силы удара при взаимодействии слитка с роликом.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2011
  

• Расчетно-аналитический метод определения припусков на механическую обработку заготовок

  Характеристика процесса автоматизации расчета припусков на обработку заготовок деталей машин. Определение величины припусков на обработку для различных интервалов размеров заготовок цилиндрической формы, получаемых при помощи литья, штамповки, ковки.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 07.07.2011
  

• Расчет и проектирование машин непрерывного транспорта, входящих в систему механизации

  Определение параметров машины непрерывного действия. Определение режима работы конвейера. Ленточный конвейер для перемещения сыпучих грузов. Определение погонных нагрузок. Определение параметров приводной станции. Расчет вала приводного барабана.
  
  методичка [173,6 K], добавлен 13.12.2012
  

• Термическое отделение для непрерывного отжига металла

  Проектирование термического отделения для непрерывного отжига автолистовой стали с последующим цинкованием с заданной годовой программой. Общая характеристика и расчеты технологических процессов, технические характеристики агрегатов, их эффективность.
  
  дипломная работа [469,2 K], добавлен 20.02.2011
  

• Расчёт технологического процесса ковки и штамповки

  Разработка эскиза поковки: определение припусков на диаметр, длину, толщину и допусков на обработку. Определение массы и основных параметров заготовки. Выбор времени выдержки для конструкционной углеродистой качественной стали и подбор оборудования.
  
  курсовая работа [559,9 K], добавлен 20.01.2011
  

• Обработка стали

  Основные свойства стали и характеристика ее разливки, этапы и особенности. Факторы, влияющие на качество выплавки и критерии его повышения. Характеристика и требования к ковшам для разливки стали. Способы изготовления стальных отливок и их разновидности.
  
  курсовая работа [34,0 K], добавлен 21.10.2009
  

• Специальные способы литья

  Исследование технологических возможностей и сущности кокильного литья. Характеристика основных методов устранения отбела в отливках. Обзор способов литья под регулируемым давлением. Назначение центробежного литья. Анализ конструкции створчатого кокиля.
  
  презентация [168,0 K], добавлен 18.10.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам