Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТАТЕЙ БАЛАНСА ТЕПЛОТЫ В ЗАГОТОВКЕ, ОТЛИВАЕМОЙ НА МНЛЗ

Кабаков З.К. 1 Грибкова Ю.В. 1 Габелая Д.И. 1
1 Череповецкий государственный университет
Разработка методики оценки статей баланса теплоты в заготовке, отливаемой на МНЛЗ. З.К. Кабаков, Ю.В. Грибкова., Д.И. Габелая. В статье изложена методика расчета статей баланса теплоты, теряемой слябовой заготовкой на машине непрерывного литья, с использованием математической модели затвердевания и охлаждения заготовки на МНЛЗ. Анализ статей баланса позволяет определить возможности утилизации тепла на различных участках следования заготовки. Методику предполагается использовать для оценки потерь тепла в ЗВО, кристаллизаторе и на воздухе в зависимости от различных параметров технологии разливки и для разработки мероприятий по энергосбережению на различных участках охлаждения заготовки. В качестве иллюстрации предложенной методики в статье приведен пример расчета долей теплоты, ушедшей от сляба в зоне кристаллизатора и в ЗВО. Разработанные методики расчета баланса позволяют оценить максимальное количество теплоты заготовки, поступающей на холодный склад сталеплавильного производства, и экономическую эффективность разработки способов энергосбережения на складе.
баланс теплоты
математическая модель
охлаждение
сляб
утилизация
количество теплоты
1. Кабаков З.К. Математическая модель затвердевания и охлаждения непрерывного слитка прямоугольного сечения / З.К. Кабаков, Д.И. Габелая // Повышение эффективности теплообменных процессов и систем: материалы II международной научно-технической конференции. – Вологда: ВоГТУ, 2000. – С. 131–133.
2. Рутес В.С. Теория непрерывной разливки / В.С. Рутес, В.И. Аскольдов, Д.П. Евтеев, В.Я. Генкин, М.Г. Чигринов, А.И. Манохин – М.: Металлургия, 1971. – 296 с.

После выхода заготовки из роликовой проводки МНЛЗ осуществляется её порезка на слябы мерной длины. Слябы с каждого ручья складываются в пачку из двух слябов и подаются на рольганг-тележку. Затем слябы передаются на приемно-транспортный рольганг склада слябов. Перед контролем качества поверхности слябов, отлитых на машинах непрерывного литья, слябы охлаждаются в штабелях. При этом теряется значительное количество тепла. Для разработки мероприятий по утилизации теплоты на холодном складе необходимо выполнить расчет баланса теплоты на технологической линии МНЛЗ. С этой целью в данной работе использовали математическую модель затвердевания и охлаждения заготовки [1]. Эту модель дополнили расчетом величин Q0, Qкр, QЗВО – количеств тепла, поступившего в заготовку и ушедшего с поверхности в районе кристаллизатора и ЗВО, соответственно, по формулам:

kabakov01.wmf (1)

kabakov02.wmf (2)

kabakov03.wmf (3)

Уравнение баланса теплоты в заготовке kabakov04.wmf имеет вид:

kabakov05.wmf

Это уравнение можно использовать для определения количества тепла, ушедшего от сляба при охлаждении на воздухе, Qвозд:

kabakov06.wmf

Обозначим доли приведенных статей баланса следующим образом:

kabakov07.wmf

kabakov08.wmf

kabakov09.wmf

В формулах (1)–(3) приняты обозначения: T0 – температура металла, поступающего в кристаллизатор; v – скорость разливки; ρ – плотность стали; с – теплоемкость стали; А, В – ширина и толщина сляба; Тср – температура среды; qу, qш – удельные количества тепла с узкой и широкой граней слитка; L – теплота кристаллизации стали.

В данной работе на основе приближенного аналитического решения задачи затвердевания слябовой заготовки [1] разработали также инженерную методику расчета статей баланса теплоты в заготовке.

Методика включает последовательное определение следующих величин:

время пребывания сечения заготовки в кристаллизаторе:

kabakov10.wmf

перегрев жидкой стали:

kabakov11.wmf

эффективная теплота кристаллизации:

kabakov12.wmf

коэффициент температуропроводности стали:

kabakov13.wmf

критерий и коэффициент затвердевания заготовки в кристаллизаторе (i = 1) и в ЗВО (i = 2), соответственно:

kabakov14.wmf

kabakov15.wmf

толщина корки на выходе из кристаллизатора:

kabakov16.wmf

продолжительность затвердевания заготовки:

kabakov17.wmf

глубина жидкой фазы в затвердевающей заготовке:

kabakov18.wmf

коэффициент теплоотдачи излучением от поверхности заготовки:

kabakov19.wmf

коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции воздуха:

kabakov20.wmf

критическое значение α* (или коэффициент теплоотдачи в конце ЗВО):

kabakov21.wmf

толщина корки заготовки на выходе из ЗВО:

kabakov22.wmf

момент времени, соответствующий выходу заготовки из ЗВО:

kabakov23.wmf

расстояние от мениска до выхода из ЗВО:

kabakov24.wmf

если kabakov25.wmf то kabakov26.wmf

длина ЗВО:

kabakov27.wmf

Количество теплоты, ушедшее от заготовки в кристаллизаторе:

kabakov28.wmf

Количество теплоты, ушедшей в ЗВО:

kabakov29.wmf

Статьи баланса теплоты, отводимой от заготовки в разных зонах МНЛЗ

Участки охлаждения заготовки

Скорость разливки

0,8 м/мин

1,2 м/мин

Расчет по модели

Инженерная методика

Расчет по модели

Инженерная методика

Q, МВт

Доля, %

Q, МВт

Доля, %

Q, МВт

Доля, %

Q, МВт

Доля, %

Кристаллизатор

2,78

7

2,7

6,67

3,00

5,1

3,3

5,4

ЗВО

11

28

11,7

28,9

20,00

33,9

19,5

31,5

На воздухе

25,99

65

26,1

64,43

36,00

61

39,2

63,1

Итого

100

100

100

100

Количество поступившей в заготовку теплоты и доли теплоты определяются по вышеприведенным формулам. Здесь: λ – теплопроводность стали; Тп1, Тп2 – температуры поверхности в районе кристаллизатора и ЗВО, соответственно; Нa – длина активной части кристаллизатора (от мениска до нижнего края кристаллизатора); НЗВО – длина ЗВО.

Математическую модель и инженерную методику расчета использовали для определения долей теплоты, отводимых от слябовых заготовок в разных зонах МНЛЗ для различных скоростей разливки. Моделирование и расчеты выполнены для размеров сляба 1,2×0,25 м и при скоростях разливки 0,8 м/мин и 1,2 м/мин. Результаты расчета статей баланса представлены в таблице.

Как следует из таблицы, доли тепла, отводимого в кристаллизаторе и зоне охлаждения на воздухе, уменьшаются при увеличении скорости вытягивания. Доля тепла в ЗВО при увеличении скорости, наоборот, увеличивается. Различие результатов прогноза статей баланса по инженерной методике по сравнению с точной методикой не превысила 3 %. Полученные данные хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований [2].

Таким образом, разработанные методики расчета баланса позволяют оценить максимальное количество теплоты заготовки, поступающей на холодный склад сталеплавильного производства, и экономическую эффективность разработки способов энергосбережения на складе.


Библиографическая ссылка

Кабаков З.К., Грибкова Ю.В., Габелая Д.И. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТАТЕЙ БАЛАНСА ТЕПЛОТЫ В ЗАГОТОВКЕ, ОТЛИВАЕМОЙ НА МНЛЗ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 1-2. – С. 132-134;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=8335 (дата обращения: 28.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074