Курсовая работа
«Расчет технологических параметровнепрерывной разливки стали»
Аннотация
В работе представлен расчеттехнологических параметров непрерывной разливки стали на четырехручьевой МНЛЗкриволинейного типа. Определены параметры жидкого металла для непрерывнойразливки, выбраны диаметры каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточномковшах. Приведен расчет основных параметров систем охлаждения кристаллизатора изоны вторичного охлаждения. Определена длительность разливки плавки и годоваяпроизводительность МНЛЗ при рабочей скорости вытягивания заготовки.
Содержание
Введение
1Параметры жидкого металла
2Продолжительность затвердевания непрерывнолитой заготовки
3 Скоростьвытягивания заготовки
4 Скоростьразливки и диаметр сталеразливочных стаканов
5Параметры настройки кристаллизатора и системы вторичного охлаждения
6Охлаждение кристаллизатора
7Вторичное охлаждение заготовки
8Длительность разливки плавки и производительность МНЛЗ
Заключение
Списокиспользованных источников
Введение
Непрерывная разливка является внастоящее время основным способом разливки стали, при котором получают слябовыеи сортовые заготовки. Качество непрерывнолитых заготовок во многом зависит отправильности выбора технологических параметров процесса разливки, которыйдолжен быть сделан с учетом типа машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ),размеров поперечного сечения заготовки, марки стали. Экспериментальноеопределение рациональных параметров разливки с учетом вышеперечисленныхфакторов – это сложный, дорогой, трудоемкий и длительный процесс. Современноесостояние теории непрерывной разливки стали позволяет определить основныетехнологические параметры расчетным путем. Расчет технологических параметровнепрерывной разливки стали всегда делается для конкретной МНЛЗ. Поэтому длярасчета необходимо иметь данные о металлургической длине машины, высотекристаллизатора, количестве и длине участков зоны вторичного охлаждения,способе вторичного охлаждения на каждом участке. В задании на выполнениерасчета могут быть указаны как конструктивные параметры машины, так и источникинформации для их выбора.
В данной курсовой работеопределены:
– параметры жидкого металла(допустимое содержание вредных примесей и температура металла при разливке);
– продолжительностьзатвердевания заготовки;
– рабочая скоростьвытягивания заготовки и диапазон допустимых скоростей вытягивания;
– скорость разливки металла идиаметр каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах;
– параметры настройкикристаллизатора и зоны вторичного охлаждения;
– режим охлаждениякристаллизатора;
– режим вторичного охлаждениязаготовки;
– длительность разливкиплавки и производительность МНЛЗ.
1. Параметры жидкогометалла
Действующие стандарты,определяющие требования к химическому составу металла, допускают довольновысокое содержание вредных примесей – серы и фосфора. Непрерывная разливкаметалла с повышенным содержанием вредных примесей сопряжена с рядом трудностей.Так, например, повышенное серы требует снижения скорости разливки. В противномслучае непрерывно-литые заготовки оказываются пораженными различными дефектами(чаще всего поверхностными или внутренними трещинами). Кроме того, при разливкетакого металла возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прорывамизатвердевшей корки [2].
Разливаемая сталь марки 15 имеетследующий химический состав (по ГОСТ 1050–88), представленный в таблице 1.1[3].
Таблица 1.1 – Химический составразливаемой стали марки 15С 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 содержаниясеры и фосфора в стали, разливаемой на МНЛЗ, устанавливается в интервале от0,015 до 0,025%. Выбор конкретного значения предельного содержания вредныхпримесей определяется возможностями технологии выплавки и ковшевой обработкиметалла в сталеплавильном цехе. С учетом приведенной выше информации необходимопринять предельные значения допустимых содержаний серы и фосфора в металле.Принимаем верхний предел содержания фосфора 0,025%, верхний предел содержаниясеры 0,025%.
Температура разливаемого металлаоказывает существенное влияние как на технологию непрерывной разливки, так и накачество получаемой заготовки. Наилучшие результаты получаются в том случае,когда металл в промежуточном ковше имеет перегрев над температурой ликвидус 20–300С:
/>
где tпр – температура металла в промежуточном ковше, 0С;
tликв – температураликвидус, 0С.
Температуру ликвидус дляуглеродистой стали рекомендуется определять по формуле:
/>
где /> –среднее содержание углерода в стали, %.
Принимаем среднее содержаниеуглерода в стали марки 15 равным 0,15%.
Тогда:
/>;
/>
2. Продолжительностьзатвердевания непрерывнолитой заготовки
Главными факторами, определяющимипродолжительность затвердевания непрерывнолитых заготовок, являются размеры еепоперечного сечения: толщина А и ширина В. С достаточной точностьюпродолжительность затвердевания заготовки можно определить по формуле:
/>
где /> –продолжительность затвердевания, мин;
Кф – коэффициент формыпоперечного сечения заготовки;
А – толщина заготовки, мм;
К – коэффициент затвердевания, мм/мин0,5.
Значение коэффициента формы Кфпримем равным 1 (т. к. В/А ≥ 2).
Величину коэффициентазатвердевания К рекомендуется принимать в пределах 24–26 мм/мин0,5для всех марок стали, принимаем равным 26 мм/мин0,5. Толщинаполучаемой заготовки составляет 250 мм.
Тогда:
/>
3. Скорость вытягиваниязаготовки
Установление скоростного режимазаключается в определении диапазона допустимых скоростей вытягивания заготовкии рабочей скорости вытягивания. В качестве рабочей принимается такая скоростьвытягивания, при которой обеспечивается сочетание высокого качества заготовки сдостаточно высокой производительностью МНЛЗ. Обычно рабочая скоростьвытягивания заготовки назначается с учетом многих факторов: марки стали,размеров поперечного сечения отливаемой заготовки, температуры металла впромежуточном ковше, содержания в стали вредных примесей и др. Если температураразливаемого металла и содержание вредных примесей в нем соответствуюттребованиям раздела 1, то рабочая скорость вытягивания может быть рассчитана поформуле:
/>
где /> –рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин;
/> – коэффициент скорости вытягивания, м2/мин;
А, В-толщина и ширина заготовки,м.
Так как сталь марки 15 относится кгруппе углеродистых качественных сталей, то принимаем />= 0,16 м2/мин,толщина и ширина заготовки составляет соответственно 0,25 и 1,3 м.
Тогда получаем:
/>
Рабочая скорость вытягиваниязаготовки является базовой для определения диапазона допустимых скоростейвытягивания:
/>
/>.
Получаем:
/>
/>
Скорость вытягивания определяетглубину лунки жидкого металла в кристаллизующейся непрерывно-литой заготовке:
/>;
тогда при расчете на рабочуюскорость вытягивания:
/>;
при расчете на максимальнуюскорость вытягивания:
/>
Необходимая частота качаниякристаллизатора определяется по формуле:
/>
где Lк – глубина лунки жидкого металла, м;
/> – частота качания кристаллизатора, мин-1;
/> – коэффициент частоты;
/> — амплитуда качания кристаллизатора, м.
Принимаем /> = 1,1 и /> = 0,003 м.
Получим:
/>
Обязательным условием полученияплотной осевой зоны непрерывно-литой заготовки является соблюдение соотношения:
/>
где Lм – металлургическая длина МНЛЗ (расстояние по оси заготовкиот уровня
жидкого металла в кристаллизаторедо последнего поддерживающего
ролика), м; в соответствии сисходными данными составляет 28 м.
Поэтому необходима проверкасоблюдения этого условия при разливке с максимальной скоростью вытягивания.
При рабочей скорости вытягиваниязаготовки:
/> т.е. соответствует требуемым условиям;
при максимальной скоростивытягивания:
/> т.е. соответствует требуемым условиям.
4. Скорость разливки идиаметр каналов сталеразливочных стаканов
Определение рабочей скоростивытягивания заготовки и диапазона допустимых ее значений позволяет рассчитатьрабочую скорость разливки и возможный диапазон ее изменения. Зависимость междускоростью вытягивания заготовки и соответствующей ей скоростью разливки (дляодного ручья) описывается формулой:
/>,
где q – скорость разливки,т/мин;
/> – плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичногоохлаждения,
(7,5 т/м3);
/> – скорость вытягивания заготовки, м/мин.
Рабочая скорость разливки qр и ее предельные значения qмин и qмакс вычисляются по даннойформуле при подстановке в нее соответствующих скорости вытягивания заготовки />, /> и />.
Получим:
/>
/>
/>
Диаметры каналов стаканов всталеразливочном и промежуточном ковшах вычисляются с использование формулы:
/>,
т.е. />,
где Кр – коэффициентскорости разливки, т/(мин∙мм2∙м0,5);
d – диаметр канала стакана, мм;
h – высота слоя жидкого металла в ковше, м.
Расчет диаметров каналов стаканови в сталеразливочном, и в промежуточном ковшах ведется на максимальную скоростьразливки, причем при расчете диаметра канала стакана сталеразливочного ковшанеобходимо учитывать подачу жидкого металла одновременно в несколькокристаллизаторов. Принимаем при расчете диаметра канала для сталеразливочногоковша Кр = 1,2∙10-3 т/(мин∙мм2∙м0,5)и h= 0,7 м, а для промежуточного ковша Кр = 1,1∙10-3т/(мин∙мм2∙м0,5) и h = 0,7 м.
Тогда:
/>мм, принимаем 105 мм;
/> мм, принимаем 55 мм.
5. Параметры настройкикристаллизатора и системы вторичногоохлаждения
В задании указаны те размерыпоперечного сечения непрерывнолитой заготовки, которые она должна иметь на выходеиз МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет несколько большие размерыпоперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере ее охлаждения.Поэтому поддерживающая система МНЛЗ настраивается так, чтобы расстояние междупротивоположными стенками кристаллизатора и противоположными роликами системывторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлении движения заготовки.Обычно ширина и толщина поперечного сечения заготовки в верхней частикристаллизатора превышает заданные размеры на 2…3 и 4…5%, а в нижней части – на1…2 и 3…4% соответственно. Расстояние между опорными поверхностямипротивоположных роликов системы вторичного охлаждения уменьшаются линейно.
Расчет параметров настройки МНЛЗзаключается в определении расстояний между противоположными стенками вверху ивнизу кристаллизатора и между противоположными роликами на входе и выходекаждой зоны системы вторичного охлаждения.
Расстояние между противоположнымистенками вверху кристаллизатора:
A0 = (1,04…1,05)∙A;
B0= (1,02…1,03)∙B.
Расстояние между противоположнымистенками внизу кристаллизатора:
A1 = (1,03…1,04)∙A;
B1 = (1,01…1,02)∙B,
где А, В-толщина и ширинаотливаемой 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 изменитсятолщина заготовки от низа кристаллизатора до конца зоны вторичного охлаждения:
ΔА = А1 – А =257,5 – 250 = 7,5 мм.
Общая длина зоны вторичногоохлаждения:
l = 281 + 900 + 1446 + 3042 + 3841 + 3972 + 4680 = 18162 мм.
Рассчитаем сужение расстояниямежду противоположными опорными поверхностями в конце первой секции зонывторичного охлаждения.
Длина зоны составляет 281 мм,составляем пропорцию:
/>,
тогда:
/>мм.
Расстояние между противоположными опорнымиповерхностями в конце первой секции зоны вторичного охлаждения:
A2 = A1– ΔA = 257,5 – 0,12 = 257,4 мм.
Расстояние между противоположнымиопорными поверхностями для остальных секций зоны вторичного охлаждениярассчитываются аналогично.
Результаты расчетов представлены втаблице 5.1.
Таблица 5.1 – Результаты расчетовпараметров настройки МНЛЗНомер 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. Охлаждениекристаллизатора
Чаще всего в МНЛЗ используютсясборные кристаллизаторы, в стенках которого имеется система вертикальныхканалов для охлаждающей воды. Обычно каналы имеют диаметр 20 мм, арасстояние между ними 40…50 мм (принимаем 45 мм).
Основным показателем,характеризующим режим охлаждения кристаллизатора, является расход охлаждающейводы. Предварительно перед расчетом расхода воды необходимо, пользуясьвышеприведенными рекомендациями, выбрать диаметр каналов и определить их число.Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы выполнялисьдва условия:
3) температура воды на выходе изкристаллизатора не должна превышать 40…450С с тем, чтобы непроисходило отложение растворенных в ней солей;
3) скорость движения воды в каналах должнабыть не менее 2 м/с для того, чтобы предотвратить возникновение локальныхперегревов.
Расход воды, обеспечивающийвыполнение первого условия, определяется следующим образом. Сначала выбором илирасчетом определяются исходные данные:
– температура воды на входе вкристаллизатор (принимаем 200С);
– температура воды на выходеиз кристаллизатора (принимаем 420С);
– перепад температур воды вкристаллизаторе ∆tв (42–20 = 220С);
– средний перепад температурымежду температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизующейся заготовки ∆t (принимаем 3700С);
– средняя толщина слоязатвердевшего металла в кристаллизаторе ξ0:
/>,
где Кз–коэффициент затвердевания, мм/мин0,5;
τ – продолжительностьзатвердевания, мин;
h – расстояние до середины кристаллизатора, м;
/> — рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин.
Принимаем величину коэффициентазатвердевания Кз = 26 мм/мин0,5.
Расчет ведем для серединыкристаллизатора. Длина кристаллизатора по заданию 950 мм. Рабочая скоростьвытягивания – 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:
/> мм.
После этого вычисляется средняяплотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:
/>,
где /> –средний тепловой поток, Вт/м2;
/> – коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м∙град).
Принимаем следующее значениекоэффициента теплопроводности />Вт/(м∙град).
Тогда:
/> кВт/м2.
Затем вычисляется расход воды,обеспечивающий принятую температуру ее на выходе из кристаллизатора:
/>,
где /> –расход воды на кристаллизатор по рассматриваемому условию, м3/ч;
/> — площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающаятепловой
поток, м2;
/> – плотность воды, кг/м3;
СВ – удельнаятеплоемкость воды, кДж/(кг∙град).
Найдем площадь поверхности кристаллизатора:
/>= =2,68 м2.
Получим:
/>м3/ч.
Расход воды, обеспечивающийвыполнение второго условия – заданную скорость ее движения в каналахкристаллизатора, определяется по формуле:
/>,
где /> –расход воды на кристаллизатор, м3/ч;
/> – диаметр канала, м;
/> – скорость движения воды, м/с;
/> – количество каналов.
Вычислим количество каналов, покоторым течет вода для охлаждения кристаллизатора. Для этого найдем периметрверха кристаллизатора:
Р = 2∙(260+1326) = 3172 мм.
Расстояние от центра одного каналадо центра следующего:
45 + 20 = 65 мм.
Количество каналов:
m = 3172/65 = 49 шт.
Тогда:
/> м3/ч.
После вычисления требуемогорасхода воды, исходя из первого и второго условия, принимаем больший из них, т.е.138,5 м3/ч.
7. Вторичное охлаждениезаготовки
Режим вторичного охлаждениянепрерывнолитой заготовки должен быть таким, чтобы выдерживался оптимальныйтемпературный режим затвердевшей оболочки. Достаточно точно этот оптимальныйтемпературный режим может быть задан изменением перепада температуры по толщинезатвердевшей оболочки:
/>,
где tпов – температура поверхности заготовки, 0С;
∆t – перепад температуры потолщине затвердевшей оболочки,0С.
Расчет режима вторичногоохлаждения заготовки ведется по зонам в соответствии с конструкцией МНЛЗ. Таккак по длине любой зоны вторичного охлаждения все показатели, характеризующиетепловое состояние кристаллизующейся заготовки, непрерывно меняются, то расчетведется до середины зоны.
Расчет каждой зоны производится втакой последовательности:
1) определяется время, прошедшее от началакристаллизации;
2) вычисленное время используется длянахождения перепада температуры по толщине затвердевшего слоя ∆t, температурыповерхности tпов и толщины слоязатвердевшего металла ξ;
3) подсчитывается плотность тепловогопотока:
– от жидкой сердцевины кповерхности заготовки через слой
затвердевшего металла Qвн (Вт/м2);
– с поверхности заготовки вокружающую среду излучением:
/>;
– с поверхности заготовки вокружающую среду конвекцией:
/>,
где Qизл, Qконв– плотность перечисленных выше тепловых потоков, Вт/м2;
/> – степень черноты поверхности заготовки;
/> – коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2×К4);
/> – температура окружающей среды, 0С;
/> – коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности
заготовки, Вт/(м2×град).
Из физики известно, что /> Вт/(м2×К4).При расчетах рекомендуется принимать />,принимаем 0,7.
В первом приближении можносчитать, что коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от интенсивностиобдува поверхности заготовки воздухом и может быть подсчитан по формуле:
/>,
где /> –скорость движения потока воздуха, подаваемого на заготовку, м/с.
При водовоздушном вторичном охлаждениизаготовки принимаем />м/с. В случаеводяного охлаждения воздух на поверхность заготовки не подается, и поэтому />.
4) Вычисляется плотность орошенияповерхности заготовки водой:
/>,
где /> –плотность орошения поверхности заготовки, м3/(м2×ч);
/>– охлаждающий эффект воды, Вт×ч/м3.
При расчетах плотности орошениярекомендуется принимать /> Вт×ч/м3– при водяном вторичном охлаждении;
/>Вт×ч/м3 – при водовоздушном вторичном охлаждении.
Принимаем соответственно 50000 и58000 Вт×ч/м3.
5) Рассчитывается расход воды:
/>
где /> –расход воды, м3/ч;
/> – площадь орошаемой поверхности, м2.
В том случае, если на МНЛЗотливаются непрерывнолитые заготовки, имеющие прямоугольное поперечное сечениес отношением сторон />, то водойохлаждаются только широкие грани. При этом площадь орошаемой поверхности однойграни определяется по формуле:
/>,
где /> –длина зоны, м.
В остальных случаях охлаждаютсяводой все четыре грани заготовки. Площадь орошаемой поверхности каждой гранирассчитывается аналогично.
При разливке стали на МНЛЗрадиального и криволинейного типов охлаждающая вода, подаваемая по маломурадиусу, используется более эффективно. Поэтому расход воды по малому радиусутех зон, где угол наклона оси заготовки к горизонту менее 450,должен быть уменьшен по сравнению с расчетом на 15…25%.
После определения расхода воды повсем зонам рассчитывается общий и удельный расходы воды на вторичное охлаждениезаготовки:
/>;
/>,
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 системывторичного охлаждения необходимо также рассчитать и расход воздуха по зонам.Для качественного распыления воды нужно выдерживать определенное соотношениемежду расходами воды и воздуха. Величина этого соотношения определяетсяконструкцией форсунок и может применяться в широких пределах. Дляориентировочных расчетов, проводимых без учета конструкции форсунок, можнопринимать соотношение расхода воды к расходу воздуха в пределах от (1:10) до(1:20), принимаем (1:15).
Проведемрасчет режима вторичного охлаждения заготовки для скорости вытягивания ее 0,78 м/мин.
Перваясекция зоны вторичного охлаждения:
Рассчитаемвремя, прошедшее от начала кристаллизации. В соответствии с методическимиуказаниями [1], расчет будем вести до середины секции. Поэтому длину секциипринимаем равной 0,281/2 = 0,141 м. Расстояние от уровня жидкого металладо середины первой секции зоны вторичного охлаждения определится как суммауровня жидкого металла в кристаллизаторе, расстояния между кристаллизатором изоной вторичного охлаждения, расстояния до середины первой секции зонывторичного охлаждения:
L1 = 0,850 + 0,2 + 0,141 = 1,19 м.
Время,прошедшее от начала кристаллизации, определится как:
/>мин.
Пографику изменения оптимальной температуры поверхности заготовки для любойконкретной марки стали при заданной скорости вытягивания [1] определим перепадтемпературы по толщине затвердевшей оболочки. При времени, прошедшем от началакристаллизации, равном 1,53 мин, перепад температуры равен 410ºС.Тогда температура поверхности заготовки равна:
tпов1 = tликв – Δt = 1518 – 410 = 1108 ºС.
Толщинаслоя затвердевшего металла:
/>
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
Всоответствии с методическими указаниями [1], принимаем охлаждающий эффект воды,равный 50000 Вт∙ч/м3.
Тогда:
/> м3/(м2∙ч).
Отношение толщины заготовки кдлине В/А равно 5,2, что больше 1,5, значит водой охлаждаются только широкиеграни.
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 вторичногоохлаждения:
Расстояниеот центра первой секции до центра второй равно:
L2 = 0,141 + 0,900/2 = 0,591 м.
Тогда:
/>мин;
Δt = 420ºC;
tпов2 = 1518 – 420 =1098 ºС;
/> мм.
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 вторичногоохлаждения:
L3 = 0,450 + 1,446/2 = 1,17 м;
/>мин;
Δt = 450ºC;
tпов3 = 1518 – 450 =1068 ºС;
/>мм.
Плотностьтеплового 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 водовоздушномвторичном 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
В соответствиис методическими указаниями [1], принимаем охлаждающий эффект воды, равный 58000Вт*ч/м3.
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 зонывторичного охлаждения:
L4 = 0,723 + 3,042/2 = 2,24 м;
/>мин;
Δt = 485ºC;
tпов4 = 1518 – 485 =1033 ºС;
/>мм.
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 вторичногоохлаждения:
L5 = 1,52 + 3,841/2 = 3,44 м;
/>мин;
Δt = 525ºC;
tпов5 = 1518 – 525 =993 ºС;
/>мм.
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной грани:
Fор5 = (1,3 – 2∙0,0865)∙1,92= 2,16 м2.
Так как на участке пятой секциизоны вторичного охлаждения угол наклона оси заготовки к горизонту становитсяменее 45º, 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 вторичногоохлаждения:
L6 = 1,92 + 3,972/2 = 3,91 м;
/>мин;
Δt = 555ºC;
tпов6 = 1518 – 555 =963 ºС;
/>мм.
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 вторичногоохлаждения:
L7 = 1,99 + 4,680/2 = 4,33 м;
/>мин;
Δt = 575ºC;
tпов7 = 1518 – 575 =943 ºС;
/>мм.
Плотностьтеплового 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.
Плотностьорошения поверхности заготовки водой:
/> м3/(м2∙ч).
Площадь орошаемой поверхностиодной 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 вторичноеохлаждение заготовки:
/>м3/ч.
Удельный расход воды на вторичноеохлаждение заготовки:
/>м3/т.
Общий расход воздуха на охлаждениезаготовки:
/> м3/ч.
Результаты расчетов по каждой зонепредставлены в таблице 7.1.
8. Длительность разливкиплавки и производительность МНЛЗ
Без учета синхронизации работыотделения выплавки и разливки стали длительность разливки плавки можноопределить по формуле:
/>
где /> –длительность разливки плавки, мин;
М – масса стали в сталеразливочном ковше, т;
N – количестворучьев.
Тогда:
/>
Годовая производительность МНЛЗподсчитывается по формуле:
/>,
где П – годоваяпроизводительность МНЛЗ, т/год;
1440 – количество минут в сутках;
z – доля плавок,разливаемых сериями методом «плавка на плавку», %;
/> – длительность паузы между сериями, мин;
S – среднееколичество плавок в одну серию;
/> – длительность паузы между разливкой двух одиночныхплавок, мин;
/> – выход годных заготовок, %;
D – числорабочих суток в году.
Для расчета годовойпроизводительности МНЛЗ принимаем следующие исходные данные:
z= 100%;
S = 50 плавок;
/>= 98%;
D = 320 сут.
Длительность паузы при работе МНЛЗметодом «плавка на плавку» для слябовых машин составляет 150–180 мин, адля сортовых 80–110 мин. Принимаем /> =160 мин.
При необходимости учетасинхронизации работы отделения выплавки металла с отделением непрерывнойразливки стали (ОНРС), длительность разливки плавки и длительность паузнеобходимо принимать кратными ритму подачи ковшей. В конвертерном цехе с двумяработающими конвертерами ковши с жидким металлом поступают в ОНРС обычно через15–20 мин., а в электросталеплавильном цехе – через 60–90 мин.
Получаем:
/>
Заключение
В курсовой работе были определены наиболееважные технологические параметры, характеризующие процесс непрерывной разливкистали:
1) диапазон скоростей вытягиваниязаготовки:
/>
/>;
2) расход воды на охлаждениекристаллизатора составил 138,5 м3/ч;
3) удельный расход воды навторичное охлаждение заготовки составил 0,22 м3/т;
4) средняя продолжительностьразливки плавки составила 49,3 мин;
5) годовая производительность МНЛЗравна 3,14 млн. тонн.
Список использованныхисточников
1 Расчеттехнологических 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 исплавы. Марочник/ Сорокин В.Г., Гервасьев М.А.: Справочник. – М.: «ИнтерметИнжиниринг», 2001. – 608 с.