Непрерывная разливка стали
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 3.4.1

Системы и способы охлаждения заготовки

Равномерное охлаждение непрерывнолитой заготовки является наиболее важной задачей, решаемой в зоне вторичного охлаждения. При этом заготовка, выходящая из кристаллизатора, имеет твердую корочку толщиной 15-35 мм, а также жидко-твердую зону и внутреннюю зону с жидкой фазой, имеющую температуру стали на уровне температуры ликвидус.

Отвод тепла от поверхности заготовки в ЗВО достигается путем интенсивного опрыскивания ее поверхности водой или водовоздушной смесью, отвода тепла к поддерживающим роликам с внутренним охлаждением, вследствие конвекции и лучеиспускания в окружающую среду (рисунок 3.65).

Характер отвода тепла от заготовки в ЗВО

Рисунок 3.65 – Характер отвода тепла от заготовки в ЗВО

Как видно из рисунка 3.65, наиболее интенсивно тепло отводится в области прямого действия форсунки и в области контакта опорного ролика с поверхностью заготовки (где скапливается часть подаваемой на охлаждение воды), а минимальный отвод тепла имеет место в зоне под роликами, куда практически не попадает распыляемый охладитель. Принято считать, что доля суммарного теплоотвода в зоне вторичного охлаждения составляет 75-78%, причем 38-40% тепла передается подаваемому форсунками охладителю, приблизительно 30% поддерживающим роликам с внутренним охлаждением и около 8% вследствие лучеиспускания и конвекции в окружающую среду.

Интенсивность охлаждения во вторичной зоне должна выбираться таким образом, чтобы температура поверхности заготовки в процессе ее перемещения по ней оставалась примерно постоянной или медленно уменьшалась. Достаточно часто предпочтение отдается варианту, при котором температура поверхности медленно снижается по всей длине ЗВО.

Наиболее неблагоприятными условиями охлаждения являются колебания температуры заготовки в области аустенитного превращения, поскольку они провоцируют возникновение горячих поверхностных трещин.

Плотность теплового потока в ЗВО (q), можно оценивать по формуле

где – коэффициент теплопередачи; Tпов – температура поверхности заготовки; Tос – температура охлаждающей среда.

Как видно из представленной формулы, плотность теплового потока в ЗВО прямо пропорциональна разнице температур поверхности заготовки и окружающей среды.

По имеющимся данным о необходимой плотности теплового потока представляется возможным рассчитать требуемый расход охладителя (охлаждающей воды или водовоздушной смеси). Считается, что заготовка должна охлаждаться равномерно, а появление темных или ярких пятен на ее поверхности служит показателем неудовлетворительной работы форсунок или системы в целом.

Для обеспечения эффективного процесса охлаждения, величина коэффициента теплопередачи должна быть достаточно высокой, однако она также должна быть регулируемой.

В целом температура поверхности заготовки в кристаллизаторе находится на уровне 1200-1280 oС, а при выходе из него она достаточно плавно снижается до уровня 1150-1200 oС. В дальнейшем температура поверхности непрерывнолитой заготовки в ЗВО устанавливается таким образом, чтобы тепловой поток через корку слитка и теплоотвод на поверхности слитка получались примерно одинаковыми. При этом интенсивное снижение температуры заготовки происходит на протяжении первых четырех-пяти зон (от 0,9 до 8 м). Оптимальная температура поверхности заготовки при этом, как правило, составляет 1100-1180 oС. Повышение интенсивности теплоотвода ограничивается конечным термическим сопротивлением твердой корочки заготовки. Выбор рационального уровня температур заготовки (и интенсивности охлаждения) в ЗВО зависит от целого ряда факторов, включающих марку стали, метод охлаждения, требования к качеству заготовки, тип МНЛЗ и пр.

Длина ЗВО выбирается из тех соображений, что в случае прекращения подачи охладителя температура поверхности не будет уже затем существенно увеличиваться, то есть, прогреваться за счет тепла внутренних объемов заготовки.

Удлинение ЗВО особенно при больших скоростях разливки, наоборот, может обеспечить более высокий теплоотвод и весьма часто также требуется для поддерживания заданных температур поверхности в нижней части машины.

Для обеспечения равномерного охлаждения заготовки по длине ЗВО предусматривается несколько секций с различной интенсивностью отвода тепла. Для достижения требуемой интенсивности теплоотвода применяются следующие основные методы подачи охлаждающего вещества: охлаждение струями воды (струйное охлаждение) или водовоздушной смесью (водовоздушное охлаждение), подаваемой между опорными роликами через специально устанавливаемые форсунки; а также охлаждение на воздухе посредством излучения.

При этом температурное состояние непрерывнолитой заготовки может достаточно полно быть оценено на математических теплофизических моделях. Эффективность применения на практике таких моделей достаточно велика и, поэтому они широко применяются при работе современных МНЛЗ. При этом особо важным элементом моделирования является отработка режимов охлаждения при нестационарных режимах литья, которые возникают при замене промковша или уменьшении скорости вытяжки заготовки. На рисунке 3.66 в качестве иллюстрации представлена картина охлаждения сляба после замены промковша.

Состояние поверхности сляба и его внутренних продольных сечений по широкой и узкой граням

Рисунок 3.66 – Состояние поверхности сляба (слева) и его внутренних продольных сечений по широкой (середина) и узкой (справа) граням

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 3.4.1

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ