Расчет технологических, теплотехнических и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовок

силами. Поэтому характер и величину деформации можно изменять за счет конструктивных параметров МНЛЗ, таких как радиус кривизны и длина радиального участка, кривизны и длины участка выпрямления и т.д.

Критерием образования трещин при правке и выборе рациональной кривой выпрямления является зависимость, представленная в виде:

e Ј e* (Т)

где: e - фактическая относительная деформация выбранного слоя;

e* - допустимая относительная деформация для данной марки стали при температуре Т°.

Данный критерий основан на экспериментальных работах в области изучения горячих трещин в стальных слитках.

Недостатком предложенного критерия является то, что он не учитывает кинетику развития внутренних деформаций и изменения деформационной способности кристаллизующегося металла, то есть не учитывает, что при кристаллизации одновременно протекают взаимосвязанные процессы – процесс агрегатного превращения, обуславливающий непрерывное изменение механических свойств и процесс накопления деформаций.

Исследование механических свойств различных сталей при высоких температурах обнаруживает важную закономерность:

все стали в определенном интервале температур имеют резко выраженный провал прочности и пластичности. Этот интервал, названный температурным интервалом хрупкости, характеризуется низкими значениями механических характеристик, имеет различную величину и зависит от химического состава стали.

Условие, при котором с уменьшением скорости деформации предельно допустимые деформации увеличиваются, явилось основной предпосылкой выпрямлять не полностью затвердевший слиток не в одной точке, а на участке зоны вторичного охлаждения некоторой длины, чтобы значительно уменьшить скорость деформации.

Рассчитаем кривую плавного выпрямления слитка с жидкой сердцевиной сечением аґв=175ґ175 мм2 при отливке среднеуглеродистых и легированных сталей. Базовый радиус кривизны радиального участка R0=9 м, скорость вытягивания слитка 1,3 м/мин, расстояние между точками правки t=1 м.

Принимаем коэффициент кристаллизации k=30 мм/мин0,5 и коэффициент интенсивности охлаждения =0,75, точку перехода от радиального участка к криволинейному при относительной толщине закристаллизовавшейся оболочки (отношение двух толщин корки к толщине заготовки) с=0,6, допустимую деформацию eд=0,005.

Полное время кристаллизации слитка составит:

мин.

При с=0,6 толщина закристаллизовавшейся оболочки к моменту разгиба слитка будет:

мм.

Время движения слитка к точке разгиба

мин.

Расстояние от нейтральной оси до опасного слоя:

у=dq=52,5*0,75=39,38 мм; у=0,0394 м.

Время нахождения деформируемого слоя в температурном интервале хрупкости:

мин.

Радиус первой точки правки слитка:

м.

Если принять за центр координат точку окончания радиального участка, то координата первой точки правки будет:

Радиус кривизны второй точки правки:

координата точки правки:

Радиус кривизны третьей точки:

Так как в третьей точке получен отрицательный радиус, то выбираем криволинейную МНЛЗ с двумя точками правки.

По полученным данным строим кривую плавного выпрямления (Приложение 1, рис.3.).

5. Производительность МНЛЗ

5.1 Пропускная способность МНЛЗ

Пропускная способность МНЛЗ для заданного профиля отливаемого слитка или заготовки рассчитывается по формуле, т/год.

, (5.1)

Пропускная способность установленной МНЛЗ равна, т/год:

(5.2)

где Рi – пропускная способность при отливке заготовки определенного сечения, т/год; ki – доля заготовки данного типоразмера, отливаемого на МНЛЗ, доли единицы; n – количество плавок в серии при разливке методом плавка на плавку (для сортовых n=4-10); М – масса металла, равная вместимости сталеразливочного ковша т; Ф – фонд времени работы установки непрерывной разливки стали, сут; t1– время разливки стали из сталеразливочного ковша, мин; t2 – пауза, время подготовки машины к приему плавки без изменения размеров слитка, мин; j1 – коэффициент, учитывающий степень загрузки оборудования (для сортовых j1 =0,85).

Фонд рабочего времени работы МНЛЗ составляет обычно 290-315 суток в году и определяется по формуле; сут;

(5.3)

где Тк – продолжительность капитального ремонта установки непрерывной разливки стали – 10 суток; Тп.п. – продолжительность планово-предупредительных ремонтов, как правило, еженедельно, установка останавливается на 8 ч и производственно предупредительный ремонт с заменой отдельных узлов МНЛЗ, регулировкой системы охлаждения и всей технологической линии.

Учитывая, что в году 52 недели общая продолжительность простоев ма-шины, связанная с планово-предупредительными ремонтами составит

Тп.п.=8*52/24=17,3 сут.

Тт – продолжительность текущих ремонтов – зависит от количества типоразмеров заготовки, отливаемой на МНЛЗ, т.к. требуется при этом замена кристаллизаторов и верхней секции охлаждения, устранить прорывы металла и других аварийных ситуаций. В зависимости от типоразмера заготовки и марки стали 23-30 суток в год.

5.2 Состав и подготовка МНЛЗ к разливке

Время паузы между отдельными плавками или сериями плавок необходимо для подготовки МНЛЗ без изменения размера заготовки. Подготовка машины складывается из следующих операций: опорожнение промежуточного ковша, перестановка в резервную позицию и передача ковша на обработку и ремонт; вывод слитка из каждого ручья; очистка стенок кристаллизатора и его осмотр; осмотр основных узлов и очистка их от грязи и окалины; проверка, чист-ка и замена форсунок ЗВО; ввод затравки в каждый ручей МНЛЗ и уплотнение головок затравок относительно стенок кристаллизаторов; установка промежуточного ковша, проверка стопоров и разливочных стаканов; установка сталеразливочного ковша в рабочее положение, установка защитных труб и стаканов для разливки металла под уровень; открытие стакана сталеразливочного ковша и наполнение металлом промежуточного ковша. Ряд операций по подготовке установок к плавке производится одновременно, по этому продолжительность паузы между сериями составляет 60 мин.

Продолжительность разливки одного ковша определяется сечением заготовки, маркой стали, типом машины и может быть определена по формуле:

(5.4)

М – масса металла в ковше кг; N – количество ручьев; w – скорость разли-вки (вытягивания) заготовки, м/мин; q=а*в*r – масса 1 м (погонного) заготовки кг; а, в – толщина и ширина заготовки, r – плотность стали, кг/м3; j2=0,9– коэффициент, учитывающий потери времени при разливке.

Продолжительность разливки t1 не должно превышать максимально допустимого времени разливки из сталеразливочного ковша. Максимально допустимая продолжительность разливки, обусловленная тепловыми потерями для ковшей различной вместимости, составляет:

Вместимость ковша, м 50 100 160 200 300 400

Время разливки, мин. 60 75 85 90 110 120

Это обусловлено тепловыми потерями ковшей.

Количество ручьев МНЛЗ и количество машин в отделении определяются в зависимости от сортамента разливаемой стали и сечения слитка, вместимости сталеплавильного агрегата и ритма подачи сталеразливочных ковшей в отделение. При выборе МНЛЗ для определения количества ручьев следует пользоваться выражением:

, (5.5)

t3 – допустимое время разливки, мин.

Следует учитывать, что увеличение числа ручьев усложняет конструкцию и обслуживание МНЛЗ, увеличивает необходиму площадь под МНЛЗ и капитальные затраты. Уменьшение количества ручьев МНЛЗ ведет к увеличению количества установленных в цехе МНЛЗ и соответственно к росту капитальных затрат.

При отливке на МНЛЗ расширенного сортамента сталей состав МНЛЗ (требуемое количество ручьев) следует рассчитывать по наиболее трудоемкому (минимальному) сечению.

В настоящее время находятся в эксплуатации сортовые машины с количеством ручьев до восьми, блюмовые до четырех, слябовые до двух. Проектируются слябовые машины для отливки слитков шириной 900…1400 мм с четырьмя ручьями.

5.3 Количество МНЛЗ в сталеплавильном цехе

Количество МНЛЗ в отделении непрерывной разливки стали составляет:

В=В1+ В2, (5.6)

где В1, В2 – количество работающих и резервных машин соответственно.

В случае работы установок непрерывной разливки стали с разливкой только одиночными плавками количество МНЛЗ определяется из условия:

В1=А/Р, (5.7)

где А – производство жидкой стали в цехе; Р – пропускная способность МНЛЗ.

В случае работы МНЛЗ с разливкой плавок сериями методом плавка на плавку количество машин определяется как:

В1 = t1/tр+1, (5.8)

где =tр – ритм подачи ковшей в отделение.

Следует отметить, что кратность подачи t1/tр ковшей в отделение должна быть целым числом, в противном случае необходимо изменить продолжительность разливки стали на МНЛЗ за счет изменения скорости разливки или состава МНЛЗ.

Количество резервных машин может быть найдено как:

В2=(Т*В1)/365, (5.9)

где Т – продолжительность всех видов ремонтов, сут: Т=70…75 сут.

Как показывает опыт эксплуатации отделений непрерывной разливки стали, коэффициент использования МНЛЗ составляет 0,7…0,9 (70…90 %) от мощности установленных МНЛЗ.

Определяем количество МНЛЗ и их производительность в составе конвертерного цеха, состоящего из трех конвертеров вместимостью 50 т. Металл разливается на заготовки сечением 175ґ175 мм2.

Стали – углеродистые обычного качества и низколегированные конструкционные стали.

Продолжительность плавки в конвертере 34 мин.

Скорость разливки стали w=1,3 м/мин.

Кислородно-конвертерный цех работает по системе: два конвертера в работе, один в резерве.

Ритм подачи ковшей в отделение непрерывной разливки стали составит tр = 34: 2 = 17 мин, а производительность конвертерного цеха по жидкой стали:

т.

Состав МНЛЗ (количество ручьев) при допустимом времени разливки t3=60 мин составит:

Принимаем к установке машины с четырьмя ручьями.

Время разливки t1 на четырехручьевой МНЛЗ при скорости разливки w=1,3 м/мин будет:

Принимаем продолжительность разливки t1=51 мин. Кратность разливки t1/tр составит 51:17=3; скорость разливки w=1,26.

Пропускная способность (мощность) МНЛЗ при разливке стали сериями по шесть плавок составит:

т.

Количество работающих МНЛЗ:

В1=t1/tр+1=51/17+1=4.

Количество МНЛЗ, находящихся в резерве:

В2=ТВ1/365=75*4/365=0,82.

Принимаем В2=1.

Общее количество МНЛЗ составит:

В=В1+В2=4+1=5.

Производительность установленной МНЛЗ:

Р=А/В=1,545882*106/5=0,309*106 т.

Список ссылок

1. Скворцов А.А., Акименко А.Д. Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывной разливки. – М.: Металлургиздат, 1966.

2. Savage J., Pritchard W.H. - JISI, 1954, 178, s. 813.

3. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов: Учеб. пособие для вузов / Григорян В.А., Стомахин А.Я., Пономаренко А.Г. и др. - М.: Металлургия, 1989. 288 с.

4. Глазков А.Я., Моргалев Б.Н., Чигринов М.Г., Лобанов В.В. Производство мелких непрерывнолитых заготовок. М.: Металлургия, 1975. 104 с.

5. Hills A.W.D. - JISI, 1965, January, s. 18-26.

6. Fekete K. - Berg- und Hьttenmдnnische Monatshefte, 1969, 1, s. 19-21.

7. Krainer H., Tarmann B. - Stahl und Eisen, 1949, 69, s. 813.

8. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. /Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е.: Учебник для вузов. - М.: МИСИС. 1995. - 512 с.

6. Результаты расчета

№ п/п	Расчетный параметр	Значение
	Температура ликвидус, оС	1510
	Температура солидус, оС	1487
	Допустимая скорость разливки, м/мин	0,87
	Выбранная скорость разливки, м/мин	1,3
	Допустимая глубина жидкой фазы, м	5,71
	Толщина корки стали на выходе из кристаллизатора, мм	19,97
	Средняя тем. закристаллизов-ся слоя на вых. из кр-ра, оС	1329
	Температура поверхности заготовки на вых. из кр-ра ,оС	1190
	Время движения слитка в кристаллизаторе, с	41,5
	Время движения слитка в ЗВО до полного затверд., мин	9,46
	Расстояние от низа кр-ра до полного затверд. загот., м	12,3
	Температура на входе в секцию ЗВО, оС	1130
	Температура на выходе из секции ЗВО, оС	1090
	Толщина корки на входе в секцию ЗВО, мм	30
	Толщина корки на выходе из секции ЗВО, мм	38
	Расход воды на секцию охлаждения, м3/ч	3,2
	Суммарный тепловой поток на поверхн. слитка, кВт/м2	358,5
	Средний коэффициент теплоотдачи, Вт/м2*К	323
	Плотность орошения, м3/(м2*ч)	4,57
	Базовый радиус, м	9
	Минимально необходимая металлург. длина машины, м	11,06
	Длина участка затвердевания с выбранным радиусом, м	14,13
	Толщина корки к моменту разгиба слитка, мм	52,5
	Время движения слитка от кр-ра к точке разгиба, мин	3,06
	Время нахождения деформ. слоя в темп. инт. хрупк., мин	2,38
	Радиус точек правки, м R1	14,26
	R2	34,37
	R3	-83,93
	Ритм подачи ковшей, мин	17
	Производительность конвертерного цеха, т	1545882
	Расчетное количество ручьев МНЛЗ, шт	3,3
	Выбранное количество ручьев МНЛЗ, шт	4
	Расчетное время разливки, мин	49
	Выбранное время разливки, мин	51
	Уточненная скорость разливки, м/мин	1,26
	Пропускная способность МНЛЗ, тыс.т	0,303
	Количество работающих МНЛЗ, шт	4
	Количество резервных МНЛЗ, шт	1
	Производительность установленной МНЛЗ, тыс.т	0,309