Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали
,
где
– 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:
;
,
где
– общий (суммарный)
расход воды
на вторичное
охлаждение,
м3/ч;
– расход воды
на вторичное
охлаждение
i-той зоны,
м3/ч;
– удельный
расход воды
на вторичное
охлаждение
i-той зоны,
м3/т;
q – скорость разливки (в ручье), т/мин.
Для водовоздушной системы вторичного охлаждения необходимо также рассчитать и расход воздуха по зонам. Для качественного распыления воды нужно выдерживать определенное соотношение между расходами воды и воздуха. Величина этого соотношения определяется конструкцией форсунок и может применяться в широких пределах. Для ориентировочных расчетов, проводимых без учета конструкции форсунок, можно принимать соотношение расхода воды к расходу воздуха в пределах от (1:10) до (1:20), принимаем (1:15).
Проведем расчет режима вторичного охлаждения заготовки для скорости вытягивания ее 0,78 м/мин.
Первая секция зоны вторичного охлаждения:
Рассчитаем время, прошедшее от начала кристаллизации. В соответствии с методическими указаниями [1], расчет будем вести до середины секции. Поэтому длину секции принимаем равной 0,281/2 = 0,141 м. Расстояние от уровня жидкого металла до середины первой секции зоны вторичного охлаждения определится как сумма уровня жидкого металла в кристаллизаторе, расстояния между кристаллизатором и зоной вторичного охлаждения, расстояния до середины первой секции зоны вторичного охлаждения:
L1 = 0,850 + 0,2 + 0,141 = 1,19 м.
Время, прошедшее от начала кристаллизации, определится как:
мин.
По графику изменения оптимальной температуры поверхности заготовки для любой конкретной марки стали при заданной скорости вытягивания [1] определим перепад температуры по толщине затвердевшей оболочки. При времени, прошедшем от начала кристаллизации, равном 1,53 мин, перепад температуры равен 410єС. Тогда температура поверхности заготовки равна:
tпов1 = tликв – Δt = 1518 – 410 = 1108 єС.
Толщина слоя затвердевшего металла:
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 Вт/(м2*град), т. к. охлаждение в первой секции в соответствии с заданием только водяное, тогда:
Qконв1 = 6,16∙(1108 – 20) = 6702 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
В соответствии с методическими указаниями [1], принимаем охлаждающий эффект воды, равный 50000 Вт∙ч/м3.
Тогда:
м3/(м2∙ч).
Отношение толщины заготовки к длине В/А равно 5,2, что больше 1,5, значит водой охлаждаются только широкие грани.
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор1 = (1,3 – 2∙0,0322)∙0,141 = 0,17 м2.
Тогда расход воды составит:
Gвод1 = 4,6∙0,17∙2 = 1,56 м3/ч.
Вторая секция зоны вторичного охлаждения:
Расстояние от центра первой секции до центра второй равно:
L2 = 0,141 + 0,900/2 = 0,591 м.
Тогда:
мин;
Δt = 420єC;
tпов2 = 1518 – 420 = 1098 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 Вт/(м2*град), т. к. охлаждение во второй секции в соответствии с заданием только водяное, тогда:
Qконв2 = 6,16∙(1098 – 20) = 6640 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор2 = (1,3 – 2∙0,0393)∙0,45 = 0,55 м2.
Расход воды:
Gвод2 = 3,48∙0,55∙2 = 3,83 м3/ч.
Третья секция зоны вторичного охлаждения:
L3 = 0,450 + 1,446/2 = 1,17 м;
мин;
Δt = 450єC;
tпов3 = 1518 – 450 = 1068 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
В
соответствии
с методическими
указаниями
[1], при водовоздушном
вторичном
охлаждении
заготовки
принимаем
скорость движения
потока воздуха
об
= 3 м/с, тогда:
αконв = 6,16 + 4,18∙3 = 18,7 Вт/(м2*град);
Qконв3 = 18,7∙(1068 – 20) = 19598 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
В соответствии с методическими указаниями [1], принимаем охлаждающий эффект воды, равный 58000 Вт*ч/м3.
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор3 = (1,3 – 2∙0,0506)∙0,723 = 0,87 м2.
Расход воды:
Gвод3 = 2,05∙0,87∙2 = 3,57 м3/ч.
Расход воздуха:
Gвоз3 = 3,57∙15 = 53,6 м3/ч.
Четвертая секция зоны вторичного охлаждения:
L4 = 0,723 + 3,042/2 = 2,24 м;
мин;
Δt = 485єC;
tпов4 = 1518 – 485 = 1033 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 + 4,18∙3 = 18,7 Вт/(м2∙град);
Qконв4 = 18,7∙(1033 – 20) = 18943 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор4 = (1,3 – 2∙0,0671)∙1,52 = 1,77 м2.
Расход воды:
Gвод4 = 1,43∙1,77 ∙2 = 5,0 м3/ч.
Расход воздуха:
Gвоз4 = 5,0∙15 = 75,0 м3/ч.
Пятая секция зоны вторичного охлаждения:
L5 = 1,52 + 3,841/2 = 3,44 м;
мин;
Δt = 525єC;
tпов5 = 1518 – 525 = 993 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 + 4,18∙3 = 18,7 Вт/(м2∙град);
Qконв5 = 18,7∙(993 – 20) = 18195 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор5 = (1,3 – 2∙0,0865)∙1,92 = 2,16 м2.
Так как на участке пятой секции зоны вторичного охлаждения угол наклона оси заготовки к горизонту становится менее 45є, то расход воды по малому радиусу должен быть уменьшен на 15…25% [1]. Принимаем 20%, тогда:
Gвод5 = 1,07∙(2,16 + (2,16 – 2,16∙0,20)) = 4,16 м3/ч;
Gвоз5 = 4,16∙15 = 62,4 м3/ч.
Шестая секция зоны вторичного охлаждения:
L6 = 1,92 + 3,972/2 = 3,91 м;
мин;
Δt = 555єC;
tпов6 = 1518 – 555 = 963 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 + 4,18∙3 = 18,7 Вт/(м2∙град);
Qконв6 = 18,7∙(963 – 20) = 17634 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор6 = (1,3 – 2∙0,1043)∙1,99 = 2,17 м2.
Расход воды:
Gвод6 = 0,86∙(2,17 + (2,17 – 2,17∙0,20)) = 3,36 м3/ч.
Расход воздуха:
Gвоз6 = 3,36∙15 = 50,4 м3/ч.
Седьмая секция зоны вторичного охлаждения:
L7 = 1,99 + 4,680/2 = 4,33 м;
мин;
Δt = 575єC;
tпов7 = 1518 – 575 = 943 єС;
мм.
Плотность теплового потока:
от жидкой сердцевины к поверхности заготовки:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду излучением:
Вт/м2;
с поверхности заготовки в окружающую среду конвекцией:
αконв = 6,16 + 4,18∙3 = 18,7 Вт/(м2∙град);
Qконв7 = 18,7∙(943 – 20) = 17260 Вт/м2.
Плотность орошения поверхности заготовки водой:
м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхности одной грани:
Fор7 = (1,3 – 2∙0,1221)∙2,34 = 2,47 м2.
Расход воды:
Gвод7 = 0,65∙(2,47 + (2,47 – 2,47∙0,20)) = 2,89 м3/ч.
Расход воздуха:
Gвоз7 = 2,89∙15 = 43,4 м3/ч.
Общий расход воды на вторичное охлаждение заготовки:
м3/ч.
Удельный расход воды на вторичное охлаждение заготовки:
м3/т.
Общий расход воздуха на охлаждение заготовки:
м3/ч.
Результаты расчетов по каждой зоне представлены в таблице 7.1.
8. Длительность разливки плавки и производительность МНЛЗ
Без учета синхронизации работы отделения выплавки и разливки стали длительность разливки плавки можно определить по формуле:
где
– длительность
разливки плавки,
мин;
М – масса стали в сталеразливочном ковше, т;
N – количество ручьев.
Тогда:
Годовая производительность МНЛЗ подсчитывается по формуле:
,
где П – годовая производительность МНЛЗ, т/год;
1440 – количество минут в сутках;
z – доля плавок, разливаемых сериями методом «плавка на плавку», %;
– длительность
паузы между
сериями, мин;
S – среднее количество плавок в одну серию;
– длительность
паузы между
разливкой двух
одиночных
плавок, мин;
– выход годных
заготовок, %;
D – число рабочих суток в году.
Для расчета годовой производительности МНЛЗ принимаем следующие исходные данные:
z = 100%;
S = 50 плавок;
=
98%;
D = 320 сут.
Длительность
паузы при работе
МНЛЗ методом
«плавка на
плавку» для
слябовых машин
составляет
150–180 мин, а для
сортовых 80–110 мин.
Принимаем
= 160 мин.
При необходимости учета синхронизации работы отделения выплавки металла с отделением непрерывной разливки стали (ОНРС), длительность разливки плавки и длительность пауз необходимо принимать кратными ритму подачи ковшей. В конвертерном цехе с двумя работающими конвертерами ковши с жидким металлом поступают в ОНРС обычно через 15–20 мин., а в электросталеплавильном цехе – через 60–90 мин.
Получаем:
Заключение
В курсовой работе были определены наиболее важные технологические параметры, характеризующие процесс непрерывной разливки стали:
1) диапазон скоростей вытягивания заготовки:
;
2) расход воды на охлаждение кристаллизатора составил 138,5 м3/ч;
3) удельный расход воды на вторичное охлаждение заготовки составил 0,22 м3/т;
4) средняя продолжительность разливки плавки составила 49,3 мин;
5) годовая производительность МНЛЗ равна 3,14 млн. тонн.
Список использованных источников
1 Расчет технологических параметров непрерывной разливки стали/ Селиванов В.Н., Столяров А.М.: Методические указания. – Магнитогорск: МГМИ, 1993. – 14 с.
2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 768 с.
3 Стали и сплавы. Марочник/ Сорокин В.Г., Гервасьев М.А.: Справочник. – М.: «Интермет Инжиниринг», 2001. – 608 с.