Курсовая работа: Расчет технологических, теплотехнических и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовок

Температуру на поверхности слитка определим графически с помощью выражений (3.23) и (3.24) (Приложение 1, рис. 1) . Толщина корки  по формуле (3.19) через 6,5с будет  мм, а через 41,5 с  мм.

Температура поверхности через 6,5 с составляет 1445°С, температура  через 41,5с на выходе из кристаллизатора равна 1190°С.

3.2 Определение температуры поверхности по длине заготовки и расхода воды на охлаждение в ЗВО

Для выбора режима охлаждения в зависимости от разливаемой стали (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, рас-положенных у фронта кристаллизации и на поверхности:

.

Решение этого равенства позволило получить следующее уравнение:

,                                                      (3.25)

где qо = to/tr –относительная температура поверхности и заготовки на выходе из кристаллизатора; to –температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора, оС; tr – температура кристаллизации стали, оС; qк = tк/tr– относительная температура поверхности заготовки в конце затвердевания; (tк – температура поверхности слитка в конце затвердевания, оС); а – толщина слитка; dо–толщина оболочки слитка при выходе из кристаллизатора.

Как следует из уравнения, если заданы 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 j имеет максимальное постоянное значение на всем участке охлаждения.

Так как коэффициент j постоянен, то для любого участка зоны вторичного охлаждения можно записать:

,                   (3.26)

где qn и d – относительная температура и толщина оболочки слитка в момент времени t;

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

Время достижения соответствующей температуры поверхности определяется из выражения:

,(3.27)

где r – плотность жидкой стали; qк – скрытая теплота плавления стали;

l – коэффициент теплопроводности стали.

Уравнения (3.26), (3.27) позволяют построить зависимости температуры поверхности слитка tn и толщины затвердевающей оболочки d от времени t или глубины жидкой лунки L для заданных скоростей разливки и температуры поверхности слитка в конце затвердевания tк..

На основании приведенных выше уравнений определим температуру поверхности по длине слитка при разливке на МНЛЗ заданной марки стали.

Принимаем температуру поверхности слитка в конце затвердевания металла tк=9000С; теплоемкость затвердевшей стали С=0,545 кДж/(кг*К); теплопроводность стали l=29 Вт/(м*К); скрытую теплоту затвердевания qк=270 кДж/кг; коэффициент кристаллизации k=30 мм/мин0,5; эффективную высоту кристаллизатора Н=0,9 м.

По значению толщины оболочки d и температуры поверхности tп слитка на выходе из кристаллизатора и температуре поверхности слитка в конце зоны затвердевания определяем из условий (t – время от начала выхода из кристаллизатора; L – расстояние от среза кристаллизатора) найдем

Толщина оболочки слитка на выходе из кристаллизатора была определена выше и составляет 19,97 мм.

Температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора равна 1190 оС.

Относительная температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора:

в конце затвердевания слитка

Тогда

Используя уравнения (3.25), (3.26) и задаваясь температурой поверхности слитка, определим зависимости

Время, необходимое для достижения температуры поверхности 11500С при j=0,51 составит

Относительная температура поверхности:

Определим

После подстановки получим t=29,3 с или 0,49 мин.

Толщина оболочки слитка при tn=11500C

 мм.

Расстояние точки с tn=11500C от нижнего среза кристаллизатора:

L=wt=1,3*0,49=0,63 м.

Распределение температуры поверхности и толщины корки слитка по длине непрерывнолитого слитка при j=0,51 приведено в таблице 4.

Данные, приведенные на рис.2 (Приложение 1), иллюстрируют распределение температуры поверхности по длине слитка и изменение толщины закристаллизовавшейся оболочки.

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 qкр:

,                                            (3.28)

,                                                      (3.29)

где tср1, tср2 – средняя температура оболочки в начале и конце участка охлаждения; d1, d2 – толщина оболочки в начале и в конце участка охлаждения; L1, L2 – расстояние от торца кристаллизатора на входе и выходе с участка охлаждения; w – скорость вытягивания слитка; С – теплоемкость затвердевшего металла.

Таблица 4. Изменение температуры поверхности заготовки и толщины корки по длине непрерывного слитка.

Зная тепловой поток и температуру поверхности, можно определить

Для выполнения требований по плавному изменению интенсивности охлаждения слитка по его длине для стали различных марок и возможности регулирования 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.

Как показывает практика эксплуатации слябовых машин, протяженность зоны форсуночного охлаждения по узким граням может быть сокращена на 20…30 %.

Определим расход воды на четырехроликовую секцию длиной l=1 м, расположенную на расстоянии L=2,0 м от мениска металла.

Как следует из уравнений (3.28), (3.29) необходимо определить среднюю температуру и толщину оболочки в начале и конце участка охлаждения. По приведенным числовым данным и данным рис.2 определим, что tп на входе в секцию составляет 1130 0С, а на выходе из секции tп =10900С, соответственно толщина образовавшейся корки слитка на входе и выходе из секции соответственно составили d1 =30 и d2 =38 мм.

Принимаем с целью упрощения расчета линейное изменение температу-ры по толщине корочки. Тогда

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

а средний коэффициент теплоотдачи соответственно:

Плотность орошения на данном участке составит:

Учитывая, что секция расположена практически вертикально, расход воды на грань по большому радиусу и грань по малому радиусу будет одинаков, а общий расход воды на секцию составит:

4. Выбор формы технологической оси

4.1 Базовый радиус МНЛЗ

При использовании радиальных и криволинейных МНЛЗ при переводе слитка в горизонтальное положение его приходится деформировать – разгибать. При разгибе или правке возникающие в слитке напряжения могут превысить предел прочности и привести к образованию различного рода трещин. При этом необходимо принимать во внимание отливаемый сортамент, сечение заготовки и условия охлаждения слитка, так как все эти параметры определяют допустимую величину деформации металла [8].

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

Одним из способов предотвращения образования дефектов при разгибе 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 разгибе на качество непрерывного слитка ПО «Урал-маш» выработало практические рекомендации для выбора минимального базо-вого радиуса в зависимости от толщины слитка:

Толщина слитка а, мм……………..….£150     £200 £250 £315 £350

Базовый радиус Ro, м                     5               6      8      10    12

Однако, как показывает опыт эксплуатации радиальных установок, при отливке различных марок сталей в ряде случаев приходится снижать скорость разливки стали из-за появления внутренних горячих трещин в металле при его разгибе. Это обусловлено тем, что к точке разгиба слиток приходит с температурой в его центральной части, близкой к температуре кристаллизации. В области этих температур существует так называемый высокотемпературный интервал хрупкости, характеризуемый резко выраженным «провалом» прочностных и пластических свойств металла. Для многих сталей он проявляется при температурах ³13000 С и выше. Так, предел прочности углеродистой стали в температурном интервале хрупкости снижается до 1...10 МПа. Поэтому для предотвращения образования внутренних трещин необходимо при разгибе снижать скорость и величину деформации слоев металла, находящихся в температурном интервале хрупкости.

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

 (4.1)

где а –толщина слитка, м; w – скорость вытягивания слитка,м/мин; k –ко-эффициент затвердевания [для прямоугольных (плоских) слитков с большим отношением b/a (ширины к толщине) k=24…26 мм/мин0,5; для квадратных и круглых k=28…30 мм/мин0,5]; eд – величина допустимой деформации слоев металла в температурном интервале хрупкости [для малоуглеродистого, мелкозернистого металла можно принять eд=(0,5…0,8)*10-2; для среднеуглеродистого и легированного металла eд=(0,3…0,5)*10-2 и для высокоуглеродистого и сложно-легированного eд=(0,15…0,3)*10-2]; q – коэффициент,учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО [q=0,7…0,85; меньшее значение относится к умеренной интенсивности, высокое к большей].

Следует отметить, что в реальных условиях при определении Ro необходимо корректировать скорость разливки и интенсивность охлаждения для стали конкретной марки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5