Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения

Предложена методика оценки изменения интенсивности теплообмена в зоне вторичного охлаждения по толщине затвердевшей корки. Данный режим охлаждения обеспечивает оптимальные условия формирования непрерывнолитой заготовки, исключает повторный разогрев боковой поверхности и снижает вероятность появления...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Тарасевич, Н.И., Корниец, И.В., Тарасевич, И.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159742
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 8-11. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159742
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1597422019-10-14T01:25:29Z Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. Предложена методика оценки изменения интенсивности теплообмена в зоне вторичного охлаждения по толщине затвердевшей корки. Данный режим охлаждения обеспечивает оптимальные условия формирования непрерывнолитой заготовки, исключает повторный разогрев боковой поверхности и снижает вероятность появления наружных трещин и дефектов, обусловленных повышенным термонапряженным состоянием. Запропоновано методику оцінки зміни інтенсивності теплообміну в зоні вторинного охолодження по товщині кірки, що затверділа. Вказаний режим охолодження забезпечує оптимальні умови формування безперервнолитої заготівки, виключає повторний розігрів бічної поверхні і знижує ймовірність появи зовнішніх тріщин і дефектів, обумовлених підвищенним термопружним станом. The technique of evaluation of heat exchange intensity in secondary cooling zone on the thickness of solidified crustis is proposed there. The cooling mode provides optimum conditions of continuously cast billets, eliminates repeated heating of the side surface and reduces the likelihood of conditions for to the emergence of exterior cracks and defects specified of high termo-stress state. 2014 Article Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 8-11. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159742 621.74.047:662.987:62-719 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Предложена методика оценки изменения интенсивности теплообмена в зоне вторичного охлаждения по толщине затвердевшей корки. Данный режим охлаждения обеспечивает оптимальные условия формирования непрерывнолитой заготовки, исключает повторный разогрев боковой поверхности и снижает вероятность появления наружных трещин и дефектов, обусловленных повышенным термонапряженным состоянием.
format	Article
author	Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н.
spellingShingle	Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н. Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения Металл и литье Украины
author_facet	Тарасевич, Н.И. Корниец, И.В. Тарасевич, И.Н.
author_sort	Тарасевич, Н.И.
title	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
title_short	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
title_full	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
title_fullStr	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
title_full_unstemmed	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
title_sort	выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159742
citation_txt	Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения / Н.И. Тарасевич, И.В. Корниец, И.Н. Тарасевич // Металл и литье Украины. — 2014. — № 10. — С. 8-11. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT tarasevični vyboroptimalʹnyhuslovijteplootvodasbokovojpoverhnostinepreryvnolitojzagotovkivzonevtoričnogoohlaždeniâ AT kornieciv vyboroptimalʹnyhuslovijteplootvodasbokovojpoverhnostinepreryvnolitojzagotovkivzonevtoričnogoohlaždeniâ AT tarasevičin vyboroptimalʹnyhuslovijteplootvodasbokovojpoverhnostinepreryvnolitojzagotovkivzonevtoričnogoohlaždeniâ
first_indexed	2025-07-14T12:20:15Z
last_indexed	2025-07-14T12:20:15Z
_version_	1837624842638065664
fulltext	8 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014 здесь существенно влияет на распределение тем- ператур по сечению еще довольно тонкой оболоч- ки и на ее механические характеристики, которые определяют способность твердой фазы к сопротив- лению ферростатического давления и деформации оболочки в промежутках, свободных от опорно-ох- лаждающих устройств [1]. Установлено, что доля суммарного теплоотвода в ЗВО составляет 75-78 %, причем до 40 % тепла передается воде, около 30 % – поддерживающим ро- ликам с внутренним охлаждением, и порядка 8 % по- терь происходит за счет конвекции и излучения. Интенсивность охлаждения во вторичной зоне должна выбираться таким образом, чтобы темпера- тура поверхности в процессе ее перемещения или медленно уменьшалась или не изменялась [2, 3]. Известно, что при формировании слитка теплоот- вод от внутренних объемов перегретого металла про- исходит через затвердевшую поверхность. Для бла- гоприятного формирования слитка необходимо, что- бы тепловой поток через затвердевшую корку слитка и теплоотвод с поверхности были одинаковыми. В случае недостаточного теплоотвода с боковой поверхности наблюдается повышение температуры затвердевшего металла, уменьшение толщины за- твердевшей корочки, ее разогрев и как следствие, снижение ее прочностных характеристик. Послед- нее может привести к аварийным технологическим последствиям. В случае теплоотвода с боковой поверхности, на- много превышающего теплоотвод через затвердев- шую корочку, наблюдается резкое снижение темпе- ратуры наружной поверхности. Следствием этого процесса является увеличение температурного гра- диента в затвердевающей корке, который обуслав- ливает повышенное термонапряженное состояние затвердевшего металла, которое в критических слу- чаях может привести к трещинообразованию наруж- ной поверхности слитка. Температура поверхности непрерывнолитой заго- товки устанавливается таким образом, что тепловой поток через корку слитка и теплоотвод на поверхности В торичное охлаждение заготовки на машине не- прерывного литья начинается непосредственно после ее выхода из кристаллизатора. Функцио- нально эта зона является крайне важной с точки зрения качества заготовки. Это, в первую очередь, относится к предотвращению формирования раз- личного рода термических внутренних напряжений в твердом каркасе заготовки. Параметры вторичного охлаждения оказывают влияние на геометрическую форму заготовки, формирование трещин, осевую пористость и ликвацию. Система вторичного охлаждения МНЛЗ состоит из опорных элементов, поддерживающих заготовку, устройств, обеспечивающих охлаждение слитка, а также специальных устройств, воздействующих на структуру кристаллизующейся заготовки (электро- магнитное воздействие, мягкое обжатие и т. д.). Опорные элементы направляют движение заго- товки и предотвращают деформацию граней слитка под действием ферростатического давления. Непо- средственно под кристаллизатором, где оболочка заготовки имеет небольшую толщину и прочность, ее деформация может приводить к прорывам ме- талла, а в нижних зонах вторичного охлаждения – к образованию трещин и ликвационных полос вблизи фронта затвердевания. При снижении интенсивности теплообмена на выходе из кристаллизатора и для предотвращения вторичного разогрева непрерывнолитой заготовки организуют ее максимально интенсивное охлажде- ние. С целью управления и распределения охлажда- ющих воздействий по технологической линии МНЛЗ система вторичного охлаждения разделена на не- сколько зон. Интенсивность охлаждения в каждой из зон определяется скоростью вытягивания непре- рывнолитой заготовки. Роль охлаждения непосредственно под кри- сталлизатором особенно велика. Это связано, во- первых, с резким изменением условий теплообме- на – переходом от контактного в кристаллизаторе к радиационному и конвективному с поверхности слитка. Во-вторых, интенсивность охлаждения УДК 621.74.047:662.987:62-719 Н. И. Тарасевич, И. В. Корниец, И. Н. Тарасевич Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения Предложена методика оценки изменения интенсивности теплообмена в зоне вторичного охлаждения по толщине затвердевшей корки. Данный режим охлаждения обеспечивает оптимальные условия формирования непрерывнолитой заготовки, исключает повторный разогрев боковой поверхности и снижает вероятность появления наружных трещин и дефектов, обусловленных повышенным термонапряженным состоянием. Ключевые слова: непрерывная разливка, зона вторичного охлаждения, математическое моделирование, компьютерное моделирование, теплоотвод, затвердевание 9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014 Тогда согласно (3) фактическую интенсивность теплоотвода с боковой поверхности заготовки в ЗВО можно оценить в соответствии с выражением (4) Для серийного производства непрерывнолитой за- готовки выражение (4) может быть использовано при проектировании ЗВО и выборе оптимальных условий теплоотвода по технологической линии вытягивания. Алгоритм оценки интенсивности теплоотвода мо- жет быть организован следующим образом. Исполь- зуя компьютерное моделирование, которое было протестировано как адекватное, рассчитываем тол- щину затвердевшей корки после выхода заготовки из кристаллизатора. Полученное значение является параметром для оценки интенсивности теплоотвода в зоне ниже кристаллизатора. Таким образом, по расчетной толщине корки на предыдущем уровне (относительно кристаллизатора) рассчитываем коэффициент теплоотвода α = α (z) на последующем уровне. Ниже приведем результаты компьютерного моде- лирования реализации предложенного алгоритма. В основу компьютерного моделирования положе- на технология получения непрерывного слитка в ус- ловиях комбината «Азовсталь». На рис. 1 показано, как меняется толщина затвер- девшей корки (кривая 1) и интенсивность теплоотво- да (кривая 2) вдоль технологической линии вытяги- вания непрерывнолитой заготовки. Из приведенных на рис. 2 кривых видно, что после выхода из кристаллизатора скорость затвердевания (по изотерме солидус) падает. Глубина твердожид- кой фазы достигает 9 м от зеркала металла. Изменение толщины твердой корочки (1) и коэф- фициента теплоотдачи (2) с боковой поверхности непре- рывнолитой заготовки по технологической линии МНЛЗ: - - - - режим охлаждения в ЗВО МК «Азовсталь» α = α (z); – предлагаемый режим охлаждения в ЗВО α = α (d) Рис. 1. слитка получаются примерно одинаковыми. Повыше- ние интенсивности теплоотвода ограничивается ко- нечным термическим сопротивлением корки заготов- ки. Интенсивным охлаждением можно снизить темпе- ратуру поверхности непрерывного слитка. Однако на температурный режим в корке заготовки и на суммар- ный теплоотвод оно оказывает несущественное влия- ние [4]. Принято считать, что оптимальной температу- рой поверхности заготовки в ЗВО является диапазон 1000-1100 °С. При этом выбор рационального уровня температур заготовки в ЗВО зависит от ряда факто- ров, включающих марку стали, характер отвода тепла в зоне вторичного охлаждения, тип МНЛЗ и пр. [5]. Протяженность зоны вторичного охлаждения вы- бирается из соображений того, что температура по- верхности существенно не меняется (не наблюдает- ся тепловых скачков) после выхода из ЗВО. Увеличение ЗВО, как правило, связано с увели- чением скорости разливки и поддержанием задан- ного диапазона температуры поверхности в нижней части слитка. Для обеспечения равномерного охлаждения за- готовки по длине ЗВО предусматривается использо- вание участков с различной интенсивностью отвода тепла. Необходимая интенсивность теплоотвода обеспечивается за счет применения различных ме- тодов подачи охлаждающего вещества, среди кото- рых в первую очередь можно выделить струйное и водовоздушное. Как указывалось выше, оптимальным условием охлаждения боковой поверхности заготовки в ЗВО является равенство теплового потока, подведенного к фронту затвердевания и отведенного с боковой по- верхности, то есть где l – коэффициент теплопроводности затверде- вающего металла; α – эффективный коэффициент теплоотвода с боковой поверхности заготовки; Тп – температура наружной поверхности; Тох – температу- ра охлаждающего реагента. Правая часть (1) соответствует тепловому потоку от центральных областей перегретого металла, прохо- дящему через толщину затвердевшего металла к бо- ковой поверхности заготовки. Поэтому величину этой составляющей можно оценить следующим образом: где Тs – температура солидус металла слитка, d – толщина затвердевшей корки. Уравнение (1) с учетом (2) примет вид: ( )п ох T T Т x ∂−λ = α − ∂ п ,sT TT x −∂−λ ≈ −λ ∂ δ ( )п п ох .sT T T Т − −λ = α − δ ( ) ( ) п п ох .sT T T Т − α = −λ δ − (1), (2) (3) Технологическая линия МНЛЗ, м (4) То лщ ин а тв ер до й ко ро чк и, с м Ко єф ф иц ие нт т еп ло от да чи , В т/ (м 2 ·° С ) 10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014 Положение изотерм солидус ( ) и ликви- дус (- - -) по узкой (1) и широкой (2) граням по технологи- ческой линии МНЛЗ при затвердевании непрерывнолитой заготовки (3 – размер узкой грани) Изменение температуры поверхности по середине широкой грани вдоль технологической линии МНЛЗ: - - - - режим охлаждения в ЗВО МК «Азовсталь» α = α (z); – предлагаемый режим охлаждения в ЗВО α = α (d) Рис. 2. Рис. 3. Те хн ол ог ич ес ка я ли ни я М Н ЛЗ , м Технологическая линия МНЛЗ, м Те м пе ра ту ра , ° С 1 2 В процессе охлаждения температура наружной поверхности изменяется от температуры заливки до 950 °С при выходе из кристаллизатора. После выхода из водоохлождаемого кристаллизатора ин- тенсивность теплоотвода в зоне вторичного охлаж- дения падает, что приводит к повышению темпера- туры наружной поверхности слитка (рис. 2, кривая 1). По достижении наружной поверхности температуры 1100 °С ( на расстоянии 1 м от кристаллизатора) на- блюдаем монотонное снижение температуры наруж- ной поверхности слитка. Используя предложенный алгоритм оценки изме- нения интенсивности теплоотвода в зоне вторичного охлаждения (рис. 1, кривая 2, сплошная линия), по- лучили интенсивность теплоотвода в зоне вторично- го охлаждения, которая обеспечивает плавное сни- жение температуры боковой поверхности заготовки (рис. 3, кривая 2 ). Таким образом, наглядно показано, что исполь- зование предложенной методики исключило повтор- ный разогрев боковой поверхности заготовки после ее выхода из кристаллизатора. По указанному алгоритму может быть проведена оценка интенсивности теплообмена в области зоны вторичного охлаждения, которая обеспечивает опти- мальные условия формирования непрерывнолитой заготовки и снижает вероятность появления условий способствующих появлению наружных трещин и де- фектов, обусловленных повышенным термонапря- женным состоянием. 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 10 (257) ’2014 1. Совершенствование системы вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки на основе реальной информации о тепловом состоянии слитка / А. Л. Кузьминов, А. В. Голубев, А. В. Кожевников, Н. А. Щеголев // Металлург. – 2009. – № 4. – С. 9-11. 2. Самойлович Ю. А., Крулевецкий С. А., Горяинов В. А. Тепловые процессы при непрерывном литье. – М.: Металлургия, 1982. – 152 с. 3. Нисковский В., Карпинский С., Беренов А. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. – М.: Там же, 1991. – 272 с. 4. Процессы непрерывной разливки / А. Н. Смирнов, В. Л. Пилюшенко, А. А. Минаев, С. В. Момот, Ю. Н. Белобров. – До- нецк: ДонНТУ, 2002. – 536 с. 5. Храпко С. А., Корзун Е. Л., Костецкий Ю. В. Производство стали в ДСП. – Донецк.: ДонНТУ. – 2009. – 284 с. ЛИТЕРАТУРА Запропоновано методику оцінки зміни інтенсивності теплообміну в зоні вторинного охолодження по товщині кірки, що затверділа. Вказаний режим охолодження забезпечує оптимальні умови формування безперервнолитої заготівки, виключає повторний розігрів бічної поверхні і знижує ймовірність появи зовнішніх тріщин і дефектів, обумовлених підвищенним термопружним станом. Тарасевич М. І., Корнієць І. В., Тарасевич І. М. Вибір оптимальних умов тепловідводу з бічної поверхні безперервно литої заготівки в зоні вторинного охолодження Анотація Ключові слова безперервне розливання, зона вторинного охолодження, математичне моделювання, комп’ютерне моделювання, тепловідвід, тверднення Tarasevich N., Korniets I., Tarasevich I. Selection of the optimum conditions of heatremoval with the lateralsurface of the billet continuous casting in secondary coolingzone Summary The technique of evaluation of heat exchange intensity in secondary cooling zone on the thickness of solidified crustis is proposed there. The cooling mode provides optimum conditions of continuously cast billets, eliminates repeated heating of the side surface and reduces the likelihood of conditions for to the emergence of exterior cracks and defects specified of high termo-stress state. сontinuous casting, secondary cooling zone, and mathematical modeling, computer simula- tions, heat removal, solidificationKeywords Поступила 20.10.14

Выбор оптимальных условий теплоотвода с боковой поверхности непрерывнолитой заготовки в зоне вторичного охлаждения

Репозитарії

Схожі ресурси