Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ
Представлены материалы по отработке перехода от распределения коэффициентов теплоотдачи по поверхности заготовки к конкретным расходам охладителя по секторам и рассмотрено использование ряда вспомогательных величин для анализа режимов работы зоны вторичного охлаждения....
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49907 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов, И.П. Олексюк, Н.А. Остапенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 7. — С. 21-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-49907 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-499072013-09-30T03:08:33Z Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Олексюк, И.П. Остапенко, Н.А. Представлены материалы по отработке перехода от распределения коэффициентов теплоотдачи по поверхности заготовки к конкретным расходам охладителя по секторам и рассмотрено использование ряда вспомогательных величин для анализа режимов работы зоны вторичного охлаждения. Представлено матеріали по відпрацюванню переходу від розподілу коефіцієнтів тепловіддачі від поверхні заготівки до конкретних витрат охолоджувача по секторах і розглянуто використання ряду допоміжних величин для аналізу режимів роботи зони вторинного охолодження. Data as for working out come from heat transfer coefficients distribution on the bar surface to concrete cooling agent flow rate is presented and use of some accessory values for secondary cooling zone work analysis is considered. 2010 Article Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов, И.П. Олексюк, Н.А. Остапенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 7. — С. 21-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49907 621.746 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 |
Представлены материалы по отработке перехода от распределения коэффициентов теплоотдачи по поверхности заготовки к конкретным расходам охладителя по секторам и рассмотрено использование ряда вспомогательных величин для анализа режимов работы зоны вторичного охлаждения. |
| format |
Article |
| author |
Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Олексюк, И.П. Остапенко, Н.А. |
| spellingShingle |
Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Олексюк, И.П. Остапенко, Н.А. Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ Металл и литье Украины |
| author_facet |
Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Олексюк, И.П. Остапенко, Н.А. |
| author_sort |
Бирюков, А.Б. |
| title |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ |
| title_short |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ |
| title_full |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ |
| title_fullStr |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ |
| title_full_unstemmed |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ |
| title_sort |
эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых мнлз |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49907 |
| citation_txt |
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения высокоскоростных сортовых МНЛЗ / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов, И.П. Олексюк, Н.А. Остапенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 7. — С. 21-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT birûkovab éffektivnoeupravleniezonojvtoričnogoohlaždeniâvysokoskorostnyhsortovyhmnlz AT kravcovvv éffektivnoeupravleniezonojvtoričnogoohlaždeniâvysokoskorostnyhsortovyhmnlz AT oleksûkip éffektivnoeupravleniezonojvtoričnogoohlaždeniâvysokoskorostnyhsortovyhmnlz AT ostapenkona éffektivnoeupravleniezonojvtoričnogoohlaždeniâvysokoskorostnyhsortovyhmnlz |
| first_indexed |
2025-07-04T11:16:07Z |
| last_indexed |
2025-07-04T11:16:07Z |
| _version_ |
1836714838964830208 |
| fulltext |
20 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’201020 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010
УДК 621.746
А. Б. Бирюков, В. В. Кравцов, И. П. Олексюк, Н. А. Остапенко
Донецкий национальный технический университет, Донецк
Эффективное управление зоной вторичного охлаждения
высокоскоростных сортовых МНЛЗ
Представлены материалы по отработке перехода от распределения коэффициентов теплоотдачи по
поверхности заготовки к конкретным расходам охладителя по секторам и рассмотрено использование ряда
вспомогательных величин для анализа режимов работы зоны вторичного охлаждения.
В работе [1] авторами предложен новый подход
для проверки существующих режимов охлаж-
дения заготовок в зоне вторичного охлаждения
(ЗВО) и проектирования новых�� Его использова-
ние позволяет определить оптимальное распреде-
ление коэффициентов теплоотдачи по поверхности
заготовки вдоль технологической оси МНЛЗ�� Цель
данной работы заключается, во-первых, в отработке
перехода от найденного распределения коэффици-
ентов теплоотдачи к конкретным расходам охлади-
теля по секторам и, во-вторых, к формализации ана-
лиза режимов работы ЗВО��
Сущность подхода, предложенного в работе [1],
заключается в том, что тепловой поток, отводимый
от поверхности расчетного сечения заготовки в
каждый момент времени, должен равняться сумме
теплового потока, выделяющегося на фронте за-
твердевания, и теплового потока, соответствующего
охлаждению уже затвердевшего массива металла с
заданной скоростью��
Исходя из этого плотность теплового потока, кото-
рый необходимо отводить от поверхности заготовки,
зависит от времени следующим образом:
жм кр
2 2
тм м
4( 2 )
2 ( )
4
( 2 )
4
k a k q
q
a
a a k c t
a
− τ ρ
ττ = +
− − τ ρ ∆ +
, (1)
где k – коэффициент затвердевания, м·с-0,5; a – ши-
рина грани заготовки, м; qкр – теплота затвердева-
ния стали, Дж/кг; ρжм – плотность жидкого металла,
кг/м3; ρтв – плотность затвердевшего металла, кг/м3;
cм – средняя теплоемкость затвердевшего металла,
Дж/(кг·К); ∆t – заданная скорость спада среднемассо-
вой температуры металла в ЗВО, °С��
Использование зависимости (1) для определения
оптимального распределения интенсивности охлаж-
дения в ЗВО рассмотрено на примере следующих
исходных данных: ширина грани сортовой заготовки
– 130 мм, теплота затвердевания – 260 кДж/кг, плот-
ность жидкого металла принята 6800 кг/м3, плотность
затвердевашего металла – 7600 кг/м3, теплоемкость
Ключевые слова: заготовка, зона вторичного охлаждения, форсунка, охлаждающая среда, тепловой поток
затвердевшего металла – 680 Дж/(кг·К), скорость
разливки v = 3 м/мин�� Параллельно проведено
исследование для двух вариантов охлаждения –
более и менее интенсивного�� Для более интенсив-
ного принят темп падения среднемассовой темпе-
ратуры заготовки 2 °С/с и коэффициент затверде-
вания 3,2 см·мин-0,5, для менее интенсивного – темп
охлаждения 1,5 °С/с и коэффициент затвердевания
3,0 см·мин-0,5��
Определенное при помощи закона Ньютона-Рих-
мана изменение во времени коэффициентов теплоот-
дачи на основании рассмотренной выше зависимос-
ти тепловых потоков от времени (1) представлено на
рисунке�� При отображении этих данных осуществлен
переход от времени (τ) как аргумента к соответству-
ющим продольным координатам расчетного сечения
(Х): X = vτ��
Для разбивки области графика на сектора охлаж-
дения с помощью вертикальных линий приняты сле-
дующие длины секторов, м: I-й – 0,45, II-й – 2,0 и III-й
– 4,0�� Исходя из данных, представленных на рисунке,
выбраны значения средних коэффициентов теплоот-
дачи для I-го, II-го и III-го секторов ЗВО соответствен-
но 700, 500 и 430 Вт/(м2·К)��
Рис. Оптимальное распределение коэффициентов теплоот-
дачи вдоль технологической оси МНЛЗ: 1 – усиленное охлажде-
ние; 2 – ослабленное охлаждение для областей I, II и III-го секто-
ров ЗВО соответственно
()
( ): X = v.
, : 1- – 0,45, 2- – 2,0 3- – 4,0.
, . 1,
1- , 2- 3- 700, 500 430 /( 2 ).
, [2-4].
fk g , (2)
: 1 – ; 2 –
I, II III-
I II III
gf – , 3/( 2 ); k –
, , /( 3 ).
, (2).
[3] k 50-120
/( 3 ). [4] 50 60 /( 3 )
.
k ,
,
.
α,
Вт/(м2К)
Х, м
22 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’201022 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010
Для перехода к конкретным расходам охладите-
ля необходимо воспользоваться соответствующими
зависимостями, многие из которых представлены в
работах [2-4]�� По мнению авторов предпочтение сле-
дует отдавать зависимостям типа
fkgα = , (2)
где gf – плотность орошения поверхности заготов-
ки, м3/(м2·ч); k – коэффициент пропорциональности,
характеризующий работу форсунок, Вт·ч/(м3·К)��
В литературе и практике предприятий встречают-
ся также зависимости другого вида, однако зачастую
они сводятся к уравнениям типа (2)��
Согласно [3] значение коэффициента пропор-
циональности k составляет 50-120 Вт·ч/(м3·К)�� В ра-
боте [4] предложено использовать значения 50 и
60 Вт·ч/(м3·К) для большого и малого радиусов соот-
ветственно��
По своему физическому смыслу коэффициент k
отражает количество тепла, воспринятое единицей
охладителя за единицу времени, приходящееся на
каждую единицу разности температур поверхности
заготовки и охлаждающей среды�� Если условно пе-
ресчитать это количество тепла на повышение тем-
пературы единицы охладителя (пренебрегая измене-
нием температур охладителя и заготовки в процессе
охлаждения, и принимая разницу их температур рав-
ной 1200 °С), то для значений 50 и 120 Вт·ч/(м3·К)
будет получено кажущееся повышение температуры
охладителя 51 и 123 °С соответственно�� Поэтому
значения коэффициента k, близкие к верхней гра-
нице (120 Вт·ч/(м3·К)), кажутся сложно достижимыми
в условиях сортовых МНЛЗ�� Кажущееся повышение
температуры 123 °С говорит о слишком эффектив-
ной работе охладителя (единица охладителя как бы
нагрелась до 100 °С и при этом испарилось 4,8 %
охладителя)��
Возможно, такие значения коэффициента k могут
быть получены в условиях слябовых МНЛЗ с разви-
той поддерживающей системой, где вода как бы ру-
башкой покрывает поверхность заготовки, а паровая
прослойка, отделяющая воду от поверхности заго-
товки, разрушается при прохождении через ролики��
Поэтому для форсунок, используемых на сортовых
МНЛЗ, предпочтение, по мнению авторов, следует
отдавать значениям 50-60 Вт·ч/(м3·К)��
С целью исключения погрешности расчетов для
каждой конкретной конструкции форсунок значение
коэффициента k должно быть либо предоставлено
изготовителем, либо уточнено в результате тепло-
вых исследований работы форсунок��
Использование зависимости (2) позволяет пе-
рейти от коэффициентов теплоотдачи к значениям
плотности орошения поверхности заготовки��
Для характеристики работы вторичного охлажде-
ния используются различные величины – плотность
орошения gf, м3/(м2·ч), удельный расход охладителя
g, л/кг, расход охладителя G, л/мин��
Плотность орошения, как было указано выше, ис-
пользуется для определения коэффициентов тепло-
отдачи��
Удельный расход охладителя удобен для анали-
за режима охлаждения (мягкое/жесткое)�� На основе
этой величины удобно сравнивать режимы охлажде-
ния заготовок различных сечений и марок стали на
разных МНЛЗ�� В работе [5] уделено особое внимание
использованию этой величины��
Расход охладителя удобен для управления рабо-
той секторов и отслеживания количества израсходо-
ванного охладителя�� Для взаимного пересчета этих
величин авторами предложены расчетные зависи-
мости, приведенные в табл�� 1��
Использование зависимостей, представленных
в табл�� 1, для различных значений коэффициента k
позволило получить значения характеристик работы
ЗВО (табл�� 2)��
Согласно данным, приведенным
в табл�� 2, для значений коэффици-
ентов k = (50; 55; 60; 65) полные
значения удельного расхода охла-
дителя в ЗВО составили 1,33; 1,20;
1,108 и 1,02 л/кг соответственно��
Сопоставление полученных ре-
зультатов с расходами воды по
секторам, используемыми на со-
временных сортовых МНЛЗ, поз-
воляет идентифицировать пере-
расход воды на I-й сектор (обычно
порядка 100 л/мин) по сравнению
Таблица 1
Зависимости для взаимного пересчета характеристик ЗВО
Определяемая
величина
Аргумент для определения искомой величины
gf, м3/(м2·ч) g, л/кг G, л/мин
gf, м3/(м2·ч) gf
3,6
4
gavρ 60
1000 4
G
al
g, л/кг 4
3,6
fg
avρ
g
2
60
3600
G
a vρ
G, л/мин 10004
60 fg al⋅ 23600
60
ga vρ G
Таблица 2
Значения характеристик работы по секторам ЗВО для различных значений коэффициента k
Значения ко-
эффициента k,
Вт·ч/(м3·К)
gf, м3/(м2·ч) g, л/кг G, л/мин
Секторы
I-й II-й III-й I-й II-й III-й I-й II-й III-й
50 14,0 10,0 8,60 0,138 0,438 0,754 54,6 173,0 298,0
55 12,72 9,03 7,82 0,125 0,398 0,685 49,6 157,27 270,9
60 11,67 8,33 7,17 0,115 0,365 0,628 45,5 144,16 248,3
65 10,77 7,69 6,62 0,106 0,337 0,580 42,0 133,0 229,2
22 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’201022 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7 ’2010
со значениями, представленными в табл�� 2�� Уста-
новление на практике таких значений расходов объ-
ясняются стремлением избежать прорывов�� Однако
практический расход воды в I-м секторе по данным
работы [3] близок к насыщению, а чрезмерное пере-
охлаждение корки заготовки под кристаллизатором
может привести к усиленному развитию такого де-
фекта макроструктуры заготовок как ромбичность��
Несомненно, на практике необходимо дополнитель-
но исследовать вопрос о выборе расхода воды на I-й
сектор��
Расхождения определенных в данной работе
расходов охладителя для II и III-го секторов со зна-
чениями, используемыми на практике, менее значи-
тельны, чем для I-го сектора�� Однако заметно разли-
чие соотношения расходов между II и III-м секторами��
Для расчетных значений отношение расходов охла-
дителя в этих секторах меньше, чем на практике��
Установление оптимальных расходов охладите-
ля без перерасхода – довольно важная задача�� Так,
например, сокращение расхода воды на один ручей
на 50 л/мин позволяет сэкономить 360 м3 воды для
6-ручьевой машины (в течение серии разливки про-
должительностью 20 ч)��
Выводы
1�� Отработан алгоритм перехода от распреде-
ления коэффициентов теплоотдачи к конкретным
расходам охладителя по секторам, что совместно
с алгоритмом, предложенным в работе [1], создает
основы для проверки оптимальности существующих
режимов ЗВО, проектирования новых и автоматиче-
ского управления работой ЗВО��
2�� Предложены зависимости для взаимного пере-
счета различных характеристик работы ЗВО и кратко
проанализированы области их применения��
3�� Идентифицирован значительный перерасход
воды на I-й сектор в реальных условиях разливки по
сравнению с расчетными значениями�� По мнению
авторов, на практике следует рассмотреть вопрос о
сокращении расхода охладителя на I-й сектор��
Бірюков О. Б., Кравцов В. В., Олексюк І. П., Остапенко Н. О.
Ефективне керування зоною вторинного охолодження
високошвидкісних сортових МБЛЗ
Представлено матеріали по відпрацюванню переходу від розподілу коефіцієнтів тепловіддачі від поверхні заготівки
до конкретних витрат охолоджувача по секторах і розглянуто використання ряду допоміжних величин для аналізу
режимів роботи зони вторинного охолодження.
Анотація
Birukov A., Kravtsov V., Olexuk I., Ostapenko N.
Effective control of high-speed bar cc’s secondary cooling zone
Data as for working out come from heat transfer coefficients distribution on the bar
surface to concrete cooling agent flow rate is presented and use of some accessory values for secondary cooling zone
work analysis is considered.
Summary
заготівка, зона вторинного охолодження, форсунка, охолоджуюче середовище,
тепловий потікКлючові слова
ЛИТЕРАТУРА
1�� Бирюков А. Б., Кравцов В. В, Дылева О. Ю. Аналитический способ определения оптимального распределения
интенсивности охлаждения поверхности непрерывнолитой заготовки в ЗВО // Наукові праці ДонНТУ�� Серія:
Металургія�� – 2008�� – Вип�� 10 (123)�� – С�� 29-36��
2�� Смирнов А. Н. Влияние динамических воздействий на формирование структуры и развитие ликвационных дефектов
в непрерывнолитых заготовках // Сб�� научн�� тр�� ДонНТУ�� – 1999�� – Вып�� 14�� – С�� 42-52��
3�� Емельянов В. А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок: Учебн�� пос�� для вузов�� – М��: Металлургия,
1988�� – 143 с��
4�� Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В�� Т�� Сладкоштеев, Р�� В�� Потанин, О�� Н�� Суладзе и др��
– М��: Металлургия, 1974�� – 288 с��
5�� Дюдкин Д. А. Качество непрерывнолитой стальной заготовки�� – Киев: Техніка, 1988�� – 253 с��
bar, secondary cooling zone, nozzle, cooling agent, heat fluxKeywords
Поступила 24��03��10
|