Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

А сколько
стоит написать твою работу?

цену

Вместе с оценкой стоимости вы получите бесплатно
БОНУС: спец доступ к платной базе работ!

и получить бонус

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту.

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.

В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Курсовая работа

«Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали»


Аннотация


В работе представлен расчет технологических параметров непрерывной разливки стали на четырехручьевой МНЛЗ криволинейного типа. Определены параметры жидкого металла для непрерывной разливки, выбраны диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах. Приведен расчет основных параметров систем охлаждения кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения. Определена длительность разливки плавки и годовая производительность МНЛЗ при рабочей скорости вытягивания заготовки.


Содержание


Введение

1 Параметры жидкого металла

2 Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки

3 Скорость вытягивания заготовки

4 Скорость разливки и диаметр сталеразливочных стаканов

5 Параметры настройки кристаллизатора и системы вторичного охлаждения

6 Охлаждение кристаллизатора

7 Вторичное охлаждение заготовки

8 Длительность разливки плавки и производительность МНЛЗ

Заключение

Список использованных источников


Введение


Непрерывная разливка является в настоящее время основным способом разливки стали, при котором получают слябовые и сортовые заготовки. Качество непрерывнолитых заготовок во многом зависит от правильности выбора технологических параметров процесса разливки, который должен быть сделан с учетом типа машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), размеров поперечного сечения заготовки, марки стали. Экспериментальное определение рациональных параметров разливки с учетом вышеперечисленных факторов – это сложный, дорогой, трудоемкий и длительный процесс. Современное состояние теории непрерывной разливки стали позволяет определить основные технологические параметры расчетным путем. Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали всегда делается для конкретной МНЛЗ. Поэтому для расчета необходимо иметь данные о металлургической длине машины, высоте кристаллизатора, количестве и длине участков зоны вторичного охлаждения, способе вторичного охлаждения на каждом участке. В задании на выполнение расчета могут быть указаны как конструктивные параметры машины, так и источник информации для их выбора.

В данной курсовой работе определены:

– параметры жидкого металла (допустимое содержание вредных примесей и температура металла при разливке);

– продолжительность затвердевания заготовки;

– рабочая скорость вытягивания заготовки и диапазон допустимых скоростей вытягивания;

– скорость разливки металла и диаметр каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах;

– параметры настройки кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения;

– режим охлаждения кристаллизатора;

– режим вторичного охлаждения заготовки;

– длительность разливки плавки и производительность МНЛЗ.


1. Параметры жидкого металла


Действующие стандарты, определяющие требования к химическому составу металла, допускают довольно высокое содержание вредных примесей – серы и фосфора. Непрерывная разливка металла с повышенным содержанием вредных примесей сопряжена с рядом трудностей. Так, например, повышенное серы требует снижения скорости разливки. В противном случае непрерывно-литые заготовки оказываются пораженными различными дефектами (чаще всего поверхностными или внутренними трещинами). Кроме того, при разливке такого металла возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прорывами затвердевшей корки [2].

Разливаемая сталь марки 15 имеет следующий химический состав (по ГОСТ 1050–88), представленный в таблице 1.1 [3].


Таблица 1.1 – Химический состав разливаемой стали марки 15

С Si Mn S P



не более
0,12…0,19% 0,17…0,37% 0,35…0,65% 0,04% 0,035%

Обычно верхний предел содержания серы и фосфора в стали, разливаемой на МНЛЗ, устанавливается в интервале от 0,015 до 0,025%. Выбор конкретного значения предельного содержания вредных примесей определяется возможностями технологии выплавки и ковшевой обработки металла в сталеплавильном цехе. С учетом приведенной выше информации необходимо принять предельные значения допустимых содержаний серы и фосфора в металле. Принимаем верхний предел содержания фосфора 0,025%, верхний предел содержания серы 0,025%.

Температура разливаемого металла оказывает существенное влияние как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Наилучшие результаты получаются в том случае, когда металл в промежуточном ковше имеет перегрев над температурой ликвидус 20–300С:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


где tпр – температура металла в промежуточном ковше, 0С;

tликв – температура ликвидус, 0С.

Температуру ликвидус для углеродистой стали рекомендуется определять по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – среднее содержание углерода в стали, %.

Принимаем среднее содержание углерода в стали марки 15 равным 0,15%.

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


2. Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки


Главными факторами, определяющими продолжительность затвердевания непрерывнолитых заготовок, являются размеры ее поперечного сечения: толщина А и ширина В. С достаточной точностью продолжительность затвердевания заготовки можно определить по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – продолжительность затвердевания, мин;

Кф – коэффициент формы поперечного сечения заготовки;

А – толщина заготовки, мм;

К – коэффициент затвердевания, мм/мин0,5.

Значение коэффициента формы Кф примем равным 1 (т. к. В/А ≥ 2).

Величину коэффициента затвердевания К рекомендуется принимать в пределах 24–26 мм/мин0,5 для всех марок стали, принимаем равным 26 мм/мин0,5. Толщина получаемой заготовки составляет 250 мм.

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


3. Скорость вытягивания заготовки


Установление скоростного режима заключается в определении диапазона допустимых скоростей вытягивания заготовки и рабочей скорости вытягивания. В качестве рабочей принимается такая скорость вытягивания, при которой обеспечивается сочетание высокого качества заготовки с достаточно высокой производительностью МНЛЗ. Обычно рабочая скорость вытягивания заготовки назначается с учетом многих факторов: марки стали, размеров поперечного сечения отливаемой заготовки, температуры металла в промежуточном ковше, содержания в стали вредных примесей и др. Если температура разливаемого металла и содержание вредных примесей в нем соответствуют требованиям раздела 1, то рабочая скорость вытягивания может быть рассчитана по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – коэффициент скорости вытягивания, м2/мин;

А, В-толщина и ширина заготовки, м.

Так как сталь марки 15 относится к группе углеродистых качественных сталей, то принимаем Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали= 0,16 м2/мин, толщина и ширина заготовки составляет соответственно 0,25 и 1,3 м.

Тогда получаем:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Рабочая скорость вытягивания заготовки является базовой для определения диапазона допустимых скоростей вытягивания:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали.


Получаем:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Скорость вытягивания определяет глубину лунки жидкого металла в кристаллизующейся непрерывно-литой заготовке:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали;


тогда при расчете на рабочую скорость вытягивания:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали;

при расчете на максимальную скорость вытягивания:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Необходимая частота качания кристаллизатора определяется по формуле:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


где Lк – глубина лунки жидкого металла, м;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – частота качания кристаллизатора, мин-1;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – коэффициент частоты;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали- амплитуда качания кристаллизатора, м.

Принимаем Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали = 1,1 и Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали = 0,003 м.

Получим:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Обязательным условием получения плотной осевой зоны непрерывно-литой заготовки является соблюдение соотношения:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

где Lм – металлургическая длина МНЛЗ (расстояние по оси заготовки от уровня

жидкого металла в кристаллизаторе до последнего поддерживающего

ролика), м; в соответствии с исходными данными составляет 28 м.

Поэтому необходима проверка соблюдения этого условия при разливке с максимальной скоростью вытягивания.

При рабочей скорости вытягивания заготовки:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали т.е. соответствует требуемым условиям;

при максимальной скорости вытягивания:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали т.е. соответствует требуемым условиям.


4. Скорость разливки и диаметр каналов сталеразливочных стаканов


Определение рабочей скорости вытягивания заготовки и диапазона допустимых ее значений позволяет рассчитать рабочую скорость разливки и возможный диапазон ее изменения. Зависимость между скоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (для одного ручья) описывается формулой:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где q – скорость разливки, т/мин;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения,

(7,5 т/м3);

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – скорость вытягивания заготовки, м/мин.

Рабочая скорость разливки qр и ее предельные значения qмин и qмакс вычисляются по данной формуле при подстановке в нее соответствующих скорости вытягивания заготовки Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали, Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали и Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали.

Получим:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали

Диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах вычисляются с использование формулы:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,

т.е. Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,

где Кр – коэффициент скорости разливки, т/(мин∙мм2∙м0,5);

d – диаметр канала стакана, мм;

h – высота слоя жидкого металла в ковше, м.

Расчет диаметров каналов стаканов и в сталеразливочном, и в промежуточном ковшах ведется на максимальную скорость разливки, причем при расчете диаметра канала стакана сталеразливочного ковша необходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в несколько кристаллизаторов. Принимаем при расчете диаметра канала для сталеразливочного ковша Кр = 1,2∙10-3 т/(мин∙мм2∙м0,5) и h = 0,7 м, а для промежуточного ковша Кр = 1,1∙10-3 т/(мин∙мм2∙м0,5) и h = 0,7 м.

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталимм, принимаем 105 мм;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали мм, принимаем 55 мм.


5. Параметры настройки кристаллизатора и системы вторичного охлаждения


В задании указаны те размеры поперечного сечения непрерывнолитой заготовки, которые она должна иметь на выходе из МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет несколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере ее охлаждения. Поэтому поддерживающая система МНЛЗ настраивается так, чтобы расстояние между противоположными стенками кристаллизатора и противоположными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлении движения заготовки. Обычно ширина и толщина поперечного сечения заготовки в верхней части кристаллизатора превышает заданные размеры на 2…3 и 4…5%, а в нижней части – на 1…2 и 3…4% соответственно. Расстояние между опорными поверхностями противоположных роликов системы вторичного охлаждения уменьшаются линейно.

Расчет параметров настройки МНЛЗ заключается в определении расстояний между противоположными стенками вверху и внизу кристаллизатора и между противоположными роликами на входе и выходе каждой зоны системы вторичного охлаждения.

Расстояние между противоположными стенками вверху кристаллизатора:

A0 = (1,04…1,05)∙A;

B0 = (1,02…1,03)∙B.

Расстояние между противоположными стенками внизу кристаллизатора:

A1 = (1,03…1,04)∙A;

B1 = (1,01…1,02)∙B,

где А, В-толщина и ширина отливаемой заготовки, мм.

Получим:

А0 = 1,04∙250 = 260 мм;

В0 = 1,02∙1300 = 1326 мм;

А1 = 1,03∙250 = 257,5 мм;

В1 = 1,01∙1300 = 1313 мм.

Найдем, на сколько изменится толщина заготовки от низа кристаллизатора до конца зоны вторичного охлаждения:

ΔА = А1 – А = 257,5 – 250 = 7,5 мм.

Общая длина зоны вторичного охлаждения:

l = 281 + 900 + 1446 + 3042 + 3841 + 3972 + 4680 = 18162 мм.

Рассчитаем сужение расстояния между противоположными опорными поверхностями в конце первой секции зоны вторичного охлаждения.

Длина зоны составляет 281 мм, составляем пропорцию:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,

тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталимм.

Расстояние между противоположными опорными поверхностями в конце первой секции зоны вторичного охлаждения:

A2 = A1 – ΔA = 257,5 – 0,12 = 257,4 мм.

Расстояние между противоположными опорными поверхностями для остальных секций зоны вторичного охлаждения рассчитываются аналогично.

Результаты расчетов представлены в таблице 5.1.


Таблица 5.1 – Результаты расчетов параметров настройки МНЛЗ

Номер зоны Расстояние между противоположными опорными поверхностями на входе в зону, мм Расстояние между противоположными опорными поверхностями на выходе из зоны, мм
Кристаллизатор 260 257,5
1 зона 257,5 257,4
2 зона 257,4 257,0
3 зона 257,0 256,4
4 зона 256,4 255,1
5 зона 255,1 253,5
6 зона 253,5 251,9
7 зона 251,9 250,0

6. Охлаждение кристаллизатора


Чаще всего в МНЛЗ используются сборные кристаллизаторы, в стенках которого имеется система вертикальных каналов для охлаждающей воды. Обычно каналы имеют диаметр 20 мм, а расстояние между ними 40…50 мм (принимаем 45 мм).

Основным показателем, характеризующим режим охлаждения кристаллизатора, является расход охлаждающей воды. Предварительно перед расчетом расхода воды необходимо, пользуясь вышеприведенными рекомендациями, выбрать диаметр каналов и определить их число. Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы выполнялись два условия:

температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40…450С с тем, чтобы не происходило отложение растворенных в ней солей;

скорость движения воды в каналах должна быть не менее 2 м/с для того, чтобы предотвратить возникновение локальных перегревов.

Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется следующим образом. Сначала выбором или расчетом определяются исходные данные:

– температура воды на входе в кристаллизатор (принимаем 200С);

– температура воды на выходе из кристаллизатора (принимаем 420С);

– перепад температур воды в кристаллизаторе ∆tв (42–20 = 220С);

– средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизующейся заготовки ∆t (принимаем 3700С);

– средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе ξ0:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Кз – коэффициент затвердевания, мм/мин0,5;

τ – продолжительность затвердевания, мин;

h – расстояние до середины кристаллизатора, м;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали- рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин.

Принимаем величину коэффициента затвердевания Кз = 26 мм/мин0,5.

Расчет ведем для середины кристаллизатора. Длина кристаллизатора по заданию 950 мм. Рабочая скорость вытягивания – 0,76 м/мин. Кристаллизатор заполняют не полностью. Принимаем, что уровень жидкого металла в кристаллизаторе составляет 850 мм, т.е. расстояние до середины кристаллизатора составит 425 мм.

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали мм.

После этого вычисляется средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – средний тепловой поток, Вт/м2;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м∙град).

Принимаем следующее значение коэффициента теплопроводности Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталиВт/(м∙град).

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали кВт/м2.

Затем вычисляется расход воды, обеспечивающий принятую температуру ее на выходе из кристаллизатора:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – расход воды на кристаллизатор по рассматриваемому условию, м3/ч;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали- площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой

поток, м2;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – плотность воды, кг/м3;

СВ – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙град).

Найдем площадь поверхности кристаллизатора:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали= =2,68 м2.


Получим:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталим3/ч.

Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия – заданную скорость ее движения в каналах кристаллизатора, определяется по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – расход воды на кристаллизатор, м3/ч;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – диаметр канала, м;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – скорость движения воды, м/с;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – количество каналов.

Вычислим количество каналов, по которым течет вода для охлаждения кристаллизатора. Для этого найдем периметр верха кристаллизатора:

Р = 2∙(260+1326) = 3172 мм.

Расстояние от центра одного канала до центра следующего:

45 + 20 = 65 мм.

Количество каналов:

m = 3172/65 = 49 шт.

Тогда:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали м3/ч.

После вычисления требуемого расхода воды, исходя из первого и второго условия, принимаем больший из них, т.е. 138,5 м3/ч.


7. Вторичное охлаждение заготовки


Режим вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки должен быть таким, чтобы выдерживался оптимальный температурный режим затвердевшей оболочки. Достаточно точно этот оптимальный температурный режим может быть задан изменением перепада температуры по толщине затвердевшей оболочки:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где tпов – температура поверхности заготовки, 0С;

∆t – перепад температуры по толщине затвердевшей оболочки,0С.

Расчет режима вторичного охлаждения заготовки ведется по зонам в соответствии с конструкцией МНЛЗ. Так как по длине любой зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующие тепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняются, то расчет ведется до середины зоны.

Расчет каждой зоны производится в такой последовательности:

определяется время, прошедшее от начала кристаллизации;

вычисленное время используется для нахождения перепада температуры по толщине затвердевшего слоя ∆t, температуры поверхности tпов и толщины слоя затвердевшего металла ξ;

подсчитывается плотность теплового потока:

– от жидкой сердцевины к поверхности заготовки через слой

затвердевшего металла Qвн (Вт/м2);

– с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали;


– с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Qизл, Qконв – плотность перечисленных выше тепловых потоков, Вт/м2;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – степень черноты поверхности заготовки;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2ЧК4);

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – температура окружающей среды, 0С;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности

заготовки, Вт/(м2Чград).

Из физики известно, что Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали Вт/(м2ЧК4). При расчетах рекомендуется принимать Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали, принимаем 0,7.

В первом приближении можно считать, что коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от интенсивности обдува поверхности заготовки воздухом и может быть подсчитан по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – скорость движения потока воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.

При водовоздушном вторичном охлаждении заготовки принимаем Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталим/с. В случае водяного охлаждения воздух на поверхность заготовки не подается, и поэтому Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали.

Вычисляется плотность орошения поверхности заготовки водой:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – плотность орошения поверхности заготовки, м3/(м2Чч);

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали– охлаждающий эффект воды, ВтЧч/м3.

При расчетах плотности орошения рекомендуется принимать Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали ВтЧч/м3 – при водяном вторичном охлаждении;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки сталиВтЧч/м3 – при водовоздушном вторичном охлаждении.

Принимаем соответственно 50000 и 58000 ВтЧч/м3.

Рассчитывается расход воды:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – расход воды, м3/ч;

Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – площадь орошаемой поверхности, м2.

В том случае, если на МНЛЗ отливаются непрерывнолитые заготовки, имеющие прямоугольное поперечное сечение с отношением сторон Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали, то водой охлаждаются только широкие грани. При этом площадь орошаемой поверхности одной грани определяется по формуле:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали,


где Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали – длина зоны, м.

В остальных случаях охлаждаются водой все четыре грани заготовки. Площадь орошаемой поверхности каждой грани рассчитывается аналогично.

При разливке стали на МНЛЗ радиального и криволинейного типов охлаждающая вода, подаваемая по малому радиусу, используется более эффективно. Поэтому расход воды по малому радиусу тех зон, где угол наклона оси заготовки к горизонту менее 450, должен быть уменьшен по сравнению с расчетом на 15…25%.

После определения расхода воды по всем зонам рассчитывается общий и удельный расходы воды на вторичное охлаждение заготовки:


Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали;

Расчет технологических параметров непрерывной
					</div>
					<div class=Страницы: 1 2