Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Совершенствование теплообмена при охлаждении металла в машинах непрерывного литья заготовок : диссертация ... доктора технических наук : 05.14.04

Год: 2013

Номер работы: 10466

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

2.5. Выводы по главе 123 125 132 119 117 119 114 109 96 101 71 71 72 76 82 84 84 88 90 93 96 4 3. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В РАБОЧЕЙ СТЕНКЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРА

3.1 .Тепловые потоки в рабочей стенке кристаллизатора

3.1.1. Плотность теплового потока от слитка к рабочей стенке при стационарной скорости разливки

3.1.2. Плотность теплового потока от стенки к охлаждающей воде при стационарной скорости разливки

3.1.3. Теплопередача от слитка к рабочей стенке кристаллизатора при динамиче

Производство стальных заготовок (МНЛЗ) является слитков на машинах непрерывного литья высокопроизводительным технологическим процессом в металлургии. Старые методы разливки стали в изложницы малопроизводительны автоматизации всего и являются препятствием цикла. к механизации и металлургического Широкое применение непрерывной разливки обусловлено рядом существенных преимуществ перед способом разливки в изложницы. Это прежде всего уменьшение капитальных затрат, повышение производительност

На современном этапе непрерывную разливку стали нельзя рассматривать без учета явлений теплои массопереноса, поскольку этот процесс протекает при высоких температурах. В ходе разливки необходимо обеспечить соответствующее охлаждение слитка для отвода физического тепла и скрытой теплоты плавления. Процессы теплообмена решающим образом влияют на формирование твердой оболочки непрерывного слитка и на получающуюся структуру металла [46]. В зоне начального формирования слитка охлаждение осу

Для достижения высокой производительности МНЛЗ и получения качественных слитков необходимо установить связь технологии с тепловой работой машины. Для этого нужно: исследовать тепловые условия формирования непрерывного слитка при различных технологических факторах разливки; изучить тепловые режимы в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения; провести теплотехническое обоснование оптимальных (или рациональных) режимов непрерывной разливки стали, так как от режимов охлаждения зависят надежн

Математическое моделирование позволяет проводить расчетно- теоретические исследования процесса затвердевания и охлаждения слитка, определять процесса. основные теплотехнические и и технологические параметры метода Целесообразность необходимость обусловлены использования трудностями математического моделирования проведения натурных исследований процесса затвердевания слитка [233]. На данный момент разработано большое количество математических моделей, описывающих процессы, протекаю

Теплообмен в жидком ядре слитка происходит не только за счет молекулярной теплопроводности, но также за счет конвекции, которая на разных участках слитка может быть вынужденной или свободной. Значительное влияние на характер конвективных потоков в слитке оказывают условия подвода жидкого металла в кристаллизатор, определяемые конструкцией погружного стакана (рис.

1.3) [26, 148]. ^ ^ а W^ Рис.

1.3. Типы погружных стаканов: а прямоточный; б, в - глуходонный. При разливке два ста

В работе [221] полагают, что в кристаллизаторе имеются две резко выраженные зоны теплоотвода: верхняя, в которой отвод теплоты от слитка 32 происходит по закону контактного теплообмена, и нижняя, в которой передача теплоты происходит через газовый зазор. При контактном теплообмене коэффициент теплоотдачи от слитка к кристаллизатору определяется выражением [221]: аконт=2,Ы04-Р^экв/Зо, где Хэ в -к эквивалентный коэффициент теплопроводности, (

1.17) равный 2 ' К ' ^ м / ( ^ с + ^ м ) ,

В верхней части кристаллизатора, где жидкая сталь непосредственно соприкасается с его стенкой, происходит интенсивный теплоотвод и образуется тонкая корочка. За этой стадией следует усадка затвердевающей стали, обуславливающая отход стальной корочки от стенки кристаллизатора [46]. Установлено [46, 162, 207], что плотного контакта между корочкой слитка и стенками кристаллизатора не существует даже в начальные моменты кристаллизации. Корка формирующегося слитка соприкасается со стенками по всей

Кристаллизатор должен обеспечивать основные требования - высокий теплоотвод и условия непрерывного формирования твердой оболочки слитка. Тепловой режим кристаллизатора организуется так, чтобы на выходе твердая оболочка слитка была достаточной по толщине и прочности для предотвращения возможности прорыва металла. Распределение интенсивности теплоотвода по периметру и длине слитка должно обеспечивать отсутствие опасных напряжений, которые могли бы привести к появлению трещин [146]. При подводе

Известны различные методы проведения экспериментальных исследований тепловой работы кристаллизатора: [45, на основе изучения кинетики затвердевания оболочки слитка 103, 271]; с помощью измерений 43 термопарами в стенках кристаллизатора [42, 68, 88, 89, 166]; методом калориметрирования [46, 78, 239]. На рис.

1.11 приведены некоторые экспериментальные данные по кинетике затвердевания непрерывного слитка в кристаллизаторе МНЛЗ, где а и б - [251]; в - [208]; г - [228]; д - [72]; е - [14

На криволинейных МНЛЗ широкое применение находят кристаллизаторы со сверлёнными (круглыми) каналами в рабочих стенках. В то же время, щелевые кристаллизаторы имеют определенные преимущества перед кристаллизаторами с круглыми каналами, к которым относится простота изготовления и невысокий расход меди на 1 т разливаемой стали [46]. Методики расчета температурного поля рабочей стенки с круглыми каналами приведены в [93, 268, 271]. В отличие от кристаллизаторов с круглыми каналами, для щел

В пределах ЗВО необходимо обеспечить отвод тепла от жидкой фазы слитка и сохранить форму слитка, поэтому в конструкциях ЗВО предусмотрена система охлаждения слитка и поддерживающая система. На криволинейных МНЛЗ широко применяется ролико-форсуночное охлаждение [46]. Плотность теплового потока, отводимого от слитка, определяется по выражению: q = а • (/п - tB), где а - коэффициент теплоотдачи; tn - температура поверхности слитка; tB - температура охлаждающей воды. Изучению коэффициента теплоот

В работе [3] экспериментальные данные по определению коэффициентов теплоотдачи при водяном охлаждении предлагается обрабатывать в виде зависимости: Nu = / ( R e ) , где Nu = а з в о -L/\; RQ = (GB/F)-L/VB (

1.35) ; азв0 средний коэффициент теплоотдачи на поверхности слитка в ЗВО; GB - объемный расход воды в ЗВО, м /ч; F площадь охлаждаемой поверхности слитка, м ; L - характерный линейный размер; Хв, vB - коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости воды. Ввиду того, что охл

Наибольшие интенсивности возможности для более тонкого регулирования вторичного охлаждения достигаются при использовании водовоздушного охлаждения. В настоящее время этот способ охлаждения 53 находит широкое промышленное применение у нас в стране и за рубежом [15, 17, 30, 31, 32, 96, 157, 158, 170, 196, 220]. Водовоз душное охлаждение по сравнению с водяным имеет большие преимущества [170], однако является менее изученным. При исследовании водовоздушного охлаждения широко применяются ла

Полное затвердевание слитка должно происходить в пределах зоны вторичного охлаждения, в соответствии с этим для заданной скорости разливки выбирается длина ЗВО [46]. Толщина затвердевшей оболочки слитка на всех участках МНЛЗ должна быть такой, чтобы исключить прорывы жидкого металла, а также существенное выпучивание (раздутие) слитка между поддерживающими устройствами [279]. При увеличении скорости разливки происходит увеличение производительности МНЛЗ, но при этом толщина твердой оболочки

В настоящее время регулирование охлаждения слитка в МНЛЗ осуществляется только в зоне вторичного охлаждения за счет изменения расходов воды в форсуночных секциях и за счет изменения высоты форсунок относительно поверхности слитка (при изменении его сечения). Возможности регулирования режима охлаждения слитка в кристаллизаторе исследованы в [89]. Как показано в [89], изменение расхода охлаждающей воды в кристаллизаторе практически не влияет на тепловой поток, отводимый от слитка в кристал

Процесс затвердевания слитка в МНЛЗ необходимо контролировать по следующим причинам. В начале ЗВО, т.е. на выходе из кристаллизатора, толщина жидкой фазы должна быть такой, чтобы исключить прорыв жидкого металла в результате действия ферростатического давления [46]. Профиль толщины твердой фазы слитка вдоль технологической оси определяет величину выпучивания оболочки слитка между поддерживающими роликами, от чего во многом зависит качество металла [279]. Точное определение глубины жидкой фазы

При атмосферном давлении в МНЛЗ агрегатное состояние стального слитка в квазиравновесной модели однозначно определяется его температурой, поэтому, чтобы рассчитать процесс затвердевания слитка, достаточно рассчитать его температурное поле. Уравнение энергии, описывающее температурное поле непрерывно разливаемого слитка в неподвижной системе координат, выглядит следующим образом [140]: p(t)-di/dz = div(\(t)-Vt), где t = t{x,y,z,x) трехмерное нестационарное (

2.1) температурное поле за

В условия однозначности входят геометрические условия, под которыми понимается форма поле. и В размеры данной слитка, работе внутри будет которого определяется слиток температурное прямоугольного рассматриваться и сечения (квадратная заготовка сляб), который при определенных условиях можно считать плоским. На рис.

2.1. показана геометрическая схема слитка и направление декартовых координат. Характерными размерами прямоугольного слитка являются его толщина 2-В и ширина 2 А. Начал

Сравним процесс затвердевания квадратного (А =

В) и прямоугольного (А >

В) слитков. Зададим следующие расчетные параметры: С = 0,45%; t0= 1550 °С; X = 29 Вт/(м2-К); с = 680 Дж/(кг-К); L = 272000 Дж/кг; tc = 1442 °С, * л = 1496 °С,к = 0,41; а = 2000 Вт/(м2К); ?вод =30 °С. На рис.

2.3 показана расчетная зависимость от времени затвердевания т толщины твердой фазы по солидус £,с, соответствующая середине широкой грани слитка толщиной А = В = 125 мм (у = 0), для квадратного и

Чтобы более точно рассчитать процесс затвердевания слитка, требуется учесть конвективный теплообмен в его жидком ядре. Обычно для простоты вводят эффективный коэффициент теплопроводности расплава Х,ЭфВ данном параграфе рассмотрен способ определения величины А,эф при вынужденной и свободной конвекции расплава внутри слябовых заготовок, ширина которых много больше толщины. Результаты данного параграфа представлены в работах [29, 119, 127,280].

2.2.1.Определение скорости циркуляции жидкого металла При вынужденной конвекции теплоотдача от жидкого металла к твердой фазе зависит от средней скорости циркуляции жидкого металла. На МНЛЗ вынужденная слябовых циркуляция расплава внутри слитка возникает при поступлении жидкой стали в кристаллизатор из промковша через разливочный стакан, конструкция которого может быть двух типов. Самый простой - это прямоструйный стакан; струя металла, вытекающая из одного отверстия, направлена вдоль оси

При течении жидкого металла со средней скоростью wM вдоль шероховатой границы затвердевания появляется турбулентный пограничный слой [213]. Средняя теплоотдача при турбулентном режиме течения жидкости вдоль плоской пластины, рассчитывается по формуле, полученной для жидких металлов (0 < Рг « 1 ) [105]: Nu = 0,462 -Ре 0,65 , (

2.27) э где Nu = а ж -/Д ж - число Нуссельта; Ре = wM -1/аж - число Пекле, 10 < Ре < 10 ; / характерный размер (длина омываемой пластины); а ж ж

Чтобы перейти от коэффициента теплоотдачи аж к эффективному коэффициенту теплопроводности ХЭф, рассмотрим сначала, как происходит снятие теплоты перегрева жидкой стали в кристаллизаторе. Пусть известен средний коэффициент теплоотдачи а ж от жидкой стали к межфазной границе. Расплавленная сталь поступает в кристаллизатор с температурой /ж0, превышающей температуру ликвидуса стали tn. Обозначим начальную величину перегрева жидкой стали относительно температуры ликвидус 5fnepo: $/пер0 = 'жо

В квазиравновесной математической модели затвердевания слитка для жидкой фазы обычно задается эффективный коэффициент теплопроводности А,Эф, учитывающий кроме обычной теплопроводности конвективный теплообмен в жидкой фазе. Рассмотрим, как связаны между собой коэффициент теплоотдачи от жидкого металла а ж и эффективный коэффициент теплопроводности расплава А,Эф. Полагаем, что подвижный расплав металла с коэффициентом теплоотдачи аж можно условно заменить неподвижным расплавом с эффективным к

Процессы являются тесно охлаждения и затвердевания слитка в кристаллизаторе поскольку взаимосвязанными и взаимообусловленными, слитка с рабочей стенкой интенсивность теплообмена кристаллизатора существенно зависит от интенсивности затвердевания слитка, и наоборот. Результаты данного параграфа изложены в работах [28, 124, 126, 131, 138,241].

В существующих математических моделях, которые описывают теплообмен поверхности слитка с рабочей поверхностью кристаллизатора, обычно искусственно вводят так называемую эквивалентную толщину зазора между этими поверхностями. При этом, варьируя толщину зазора, между заполненного смазкой и газами, можно добиться соответствия расчетными и опытными данными. Очевидно, что такие модели не отражают полностью механизм теплообмена между слябом и кристаллизатором, так как не позволяют независимо о

Проверим адекватность математической модели теплообмена слитка с кристаллизатором путем сравнения расчетных данных с экспериментальными. Для сравнения возьмем опытные данные по плотности теплового потока от квадратного слитка сечением 100x100 мм к гильзовому кристаллизатору, полученные автором для сортовой МНЛЗ ЭСПЦ ОАО «Северсталь» и подробно изложенные в п.

3.1 диссертации. Гильзовый кристаллизатор имеет параболическую конусность, поэтому можно считать, что усадка слитка не влияет н

Как следует из рассмотренной математической модели, на теплообмен слитка с рабочей поверхностью кристаллизатора в большой мере влияет коэффициент теплопроводности ШОС А,ш, заполняющей зазор между слитком и кристаллизатором. Исследуем влияние коэффициента А,ш затвердевание слитка в кристаллизаторе. Считаем, что на теплообмен и ШОС является достаточно текучей и заполняет весь зазор. Остальные расчетные параметры в математической модели приняты неизменными. по На рис.

2.16 показана расч

Известно, что для разных марок стали коэффициент термического расширения (3/ может иметь существенно различные значения и по разному зависеть от температуры [252]. В разработанной математической модели теплообмен и затвердевание слитка в кристаллизаторе в большой мере зависят от коэффициента термического расширения. Исследуем влияние среднего коэффициента термического линейного расширения металла кристаллизаторе. (3/ на процесс теплообмена и затвердевания слитка в параметры примем такими же,

Процессы теплообмена и затвердевания слитка в кристаллизаторе являются взаимозависимыми, поэтому далее достаточно рассмотреть, как зависит отношение толщины твердой фазы слитка по солидус к толщине зазора ^с(т*)/5(т*) от теплофизических параметров металла. Рассмотрим, как влияет средний коэффициент теплопроводности твердой фазы металла ?ц. на отношение ^с(т*)/5(т*). Все остальные параметры остаются прежними. Коэффициент А,ш=0,15 Вт/(м-К). На рис.

2.30 показано расчетное отношение ^с(т*)

При затвердевании слитка в кристаллизаторе происходит его усадка, то есть уменьшение поперечных размеров, что связано с тем, что плотность твердой фазы больше плотности жидкой фазы. При усадке возможен отход слитка от рабочей стенки кристаллизатора, в результате чего резко снижается теплообмен слитка с кристаллизатором и возможна деформация твердой оболочки слитка под действием ферростатического давления жидкого металла. Рациональный профиль рабочей стенки кристаллизатора должен быть таким, ч

При разливке стали на МНЛЗ скорость вытягивания слитка не остается постоянной, поэтому распределение толщины оболочки слитка вдоль технологической оси кристаллизатора не является неизменным. Рассмотрим достаточно простой способ определения толщины твердой фазы в кристаллизаторе при стационарных и переходных скоростях разливки, при условии, что мениск жидкой стали находится на одном и том же уровне кристаллизатора, а температура и марка стали остаются неизменными. параграфе

2.3 диссерта

2.4.2. Расчет затвердевания слитка при простых скачках скорости разливки В пункте

2.3.2 диссертации при расчете процесса затвердевании слитка из среднеуглеродистои стали в слябовом кристаллизаторе была получена расчетная зависимость толщины твердой фазы по температуре выливаемости от времени затвердевания т, изображенная на рис.

2.13. Зависимость £ = £(т*), представленная на рис.

2.13, может быть аппроксимирована функцией 4(T*) = 4,7-(VI + 0 , 5 6 3 - T * - I ) , M M , (

Разработанная в параграфе

2.3 математическая модель теплообмена слитка с кристаллизатором не учитывает явление усадки слитка, которое может 126 приводить к резкому снижению теплообмена в нижней части обычного кристаллизатора (без профилированных рабочих стенок). В верхней части кристаллизатора происходит интенсивный теплообмен между затвердевающим металлом и кристаллизатором, и образуется тонкая оболочка из твердой фазы металла. Далее, в результате усадки затвердевающей стали происходит