Совершенствование теплопередачи в кристаллизатор, где происходит частичное затвердевание непрерывно-вытягиваемого слитка - Дипломная работа

Способ непрерывного литья заготовок является одним из наиболее важных достижений металлургии ХХ века и за сравнительно короткий период времени получил самое широкое распространение в мировом сталеплавильном производстве. Принцип непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь из ковша заливают в интенсивно охлаждаемую сквозную форму прямоугольного или квадратного сечения - кристаллизатор, где происходит частичное затвердевание непрерывно-вытягиваемого слитка, дальнейшее его затвердевание происходит при прохождении зоны вторичного охлаждения. Кристаллизатор является важнейшим узлом машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), эффективность работы которого во многом определяет качество разливаемых на МНЛЗ заготовок, производительность МНЛЗ и себестоимость разлитого металла. Несмотря на большое количество проведенных исследований, позволивших значительно повысить эффективность работы кристаллизаторов МНЛЗ, в настоящее время имеются возможности для совершенствования теплопередачи от слитка к кристаллизатору, например, путем выбора шлакообразующей смеси, служащей в качестве смазки кристаллизатора, и геометрических параметров рабочей стенки кристаллизатора, включающих профиль рабочей стенки, размеры и форму охлаждающих каналов.Теплообмен слитка с кристаллизатором и затвердевание слитка в кристаллизаторе являются взаимосвязанными процессами, значительно влияющими друг на друга, поэтому рассмотрим существующие математические модели, описывающие процесс затвердевания слитка. Математическое моделирование позволяет проводить расчетно-теоретические исследования процесса затвердевания слитка, определять основные теплотехнические и технологические параметры процесса. Такие модели различаются числом учитываемых факторов, влияющих на процесс затвердевания: чем меньше факторов они учитывают, тем, как правило, расчет процесса затвердевания является более простым и менее точным. В более сложных математических моделях затвердевания учитываются зависимость теплофизических параметров от температуры, выделение скрытой теплоты кристаллизации в интервале температур ликвидус - солидус и связанные с этим процессы образования кристаллов, сложные условия теплообмена на поверхности слитка, различные особенности технологии разливки и другие факторы. В математической теории затвердевания известно аналитическое точное решение Стефана, представленное, например, в [1, 31], полученное при следующих допущениях: тело плоское; жидкая фаза представляет собой полуограниченный массив; отсутствует двухфазная зона; в жидкой фазе теплообмен осуществляется путем теплопроводности; теплофизические параметры стали не зависят от температуры; температура поверхности твердой фазы остается постоянной.Значительное влияние на характер конвективных потоков в слитке оказывают условия подвода жидкого металла в кристаллизатор, определяемые конструкцией погружного стакана (рисунок 1.3) [21]. По данным исследований, проводимых в последнее время за рубежом, предпочтительнее использовать погружные стаканы с соплами, имеющими наклон к низу (рисунок 1.3в) при уровне их погружения 250-300 мм [37]. Данный подход использован в работах [12, 33], причем для случаев, когда температурное поле и поле скоростей расплава можно считать двухмерными (например, для слитка круглого сечения). При расчете процесса затвердевания непрерывноотливаемых слитков с учетом конвективного движения жидкого ядра на основе квазиравновесной математической модели затвердевания широко используется подход, когда для жидкой стали вводят эффективный коэффициент теплопроводности расплава lэф, в несколько раз, превышающий молекулярный коэффициент теплопроводности жидкой стали lж: где b ? 1 - коэффициент, учитывающий конвективный теплообмен. В работах [34, 35] величина b аппроксимируется эмпирическим выражением, полученным при решении обратной задачи теплопроводности: Где m1, m2 - коэффициенты;В работе [29] полагают, что в кристаллизаторе имеются две резко выраженные зоны теплоотвода: верхняя, в которой отвод теплоты от слитка 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 [29]: Где lэкв - эквивалентный коэффициент теплопроводности, равный: где lc, lm - коэффициенты теплопроводности стали и меди (материала рабочей стенки) Вт/(м·К); Тепловой поток от слитка к кристаллизатору при контактном теплообмене определяется выражением: где тп, тм - температуры поверхности слитка и рабочей стенки кристаллизатора, ?С. В действительности, в чистом виде контактный теплообмен между высокотемпературной шероховатой поверхностью слитка и относительно холодной рабочей поверхностью кристаллизатора не происходит, поскольку контакт имеет место лишь в отдельных точках поверхности слитка и кристаллизатора, и в отдельные моменты времени [24]. Таким образом, формула (1.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Математическое моделирование процесса затвердевания слитка

1.2 Теплообмен в жидком ядре слитка

1.3 Моделирование теплообмена слитка с кристаллизатором

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОХЛАЖДЕНИЯ И ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СЛИТКА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ

2.1 Математическая модель теплообмена слитка с рабочей стенкой

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ СЛИТКА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

3.1 Влияние свойств смазки на охлаждение и затвердевание слитка в кристаллизаторе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ