Пример расчета ЗВО

Техническое задание: рассчитать ЗВО радиальной МНЛЗ при R=12м для разливки стали ЗСП в слитки сечением - 250´1550 мм. При V=0,6 м/мин. Зона вторичного охлаждения разделена на 5 секций. Заданы основные размеры конструктивных элементов для каждой секции ЗВО, на основании которых определена степень экранирования.

Конструктивные данные по секциям роликовой поддерживающей системы приведены ниже:

Секция 1 2 3 4 5

М 6 4 4 10 10

, м 0,97 1,03 1,03 3,0 3,8

, м 0,14 0,21 0,21 0,25 0,31

, м 0,029 0,050 0,050 0,050 0,065

0,21 0,24 0,24 0,20 0,21

- степень экранирования:

= где - зазор между роликами, м

- диаметр ролика, м.

Степень экранирования определяет величину К_и - коэффициент использования воды ( =1,0).

Для данной конструкции роликовой поддерживающей системы положение трех вертикальных секций можно считать вертикальными, а с четвертой начинается искривленный участок.

1 Этап расчета. В каждой зоне охлаждения определяем , , и . По опытным данным предварительно задаем: толщину корочки на выходе из кристаллизатора. Расчет ее ведем по экспериментальному уравнению:

=(0,25-0,35)´ а где а - половина толщины слитка, м, т.е. в нашем случае =0,3а=0,3´0,125=0,375м. Коэффициент затвердевания принимаем равным К_з=0,0025мс^-0,5, коэффициенты в уравнении (16) принимаем: В=40 (Вт·с)/(м³·К) и =160 Вт/(м²·К).

Проведем расчет в указанной ранее последовательности, результаты расчетов даны ниже:

Зона охлаждения
, мин		1,6	3,33	5,05	10,05
, мин	1,6	3,33	5,05	10,05	16,4
, Вт/(м2·К)
, Вт/(м2·К)
, Вт/(м2·К)
, м	0,062	0,073	0,081	0,099	0,116
, м	0,053	0,067	0,077	0,090	0,108
	0,93	0,91	0,90	0,88	0,86
, м2	1,40	1,46	1,44	4,11	5,07
, м3/(м2·ч)	4,75	3,50	2,50	1,875	1,375

Далее расчеты проводятся последовательно для каждой зоны.

1 зона охлаждения. При К_и=1 расход воды на зону составит: =(1,4´4,75)/1,0=6,65 м³/ч. Число межроликовых промежутков в первой секции М=6. Предусматриваем установку двух форсунок в ряд, т.е. N₁=2, общее число форсунок в зоне тогда равно: N=N1·М=2´6=12, расход воды на одну форсунку составит: =6,65/12=0,55 м³/ч.

Если использовать форсунку с расходным коэффициентом К₀=3,7´10^-4 м³/(с·МПа^0,5)=1,33 м³/(ч·МПа^0,5), тогда =(0,55/1,33)²=0,17 МПа.

2 зона охлаждения. При К_и=1, G=(1,46´3,5)/1,0=5,1 м³/ч. При установке двух форсунок в ряд (N₁=2) и для М=4, N=2´4=8, =5,1/8=0,64 м³/ч.

Для обеспечения монотонности характера изменения температуры поверхности слитка при переходе от одной секции к другой необходимо, чтобы расходы воды через форсунки отличались не более, чем на 20-30%, т.е.

0,20-0,30 (26)

Сравним расходы воды на одну форсунку для первой и второй зон:

=(0,64-0,55)/0,64=0,14, что удовлетворяет условию (20)

3 зона охлаждения. При К_и=1, G=(1,44´2,5)/1,0=3,6 м³/ч. Примем установку двух форсунок в ряд (N₁=2), тогда при М=4; N=2´4=8; g_ф=3,6/8=0,45 м³/ч, и тогда (g_ф3-g_ф2)/g_ф3=(0,45-0,64)/0,45=0,42, что превышает значение 0,3 и условие (20) не соблюдается. Поэтому установим в данной секции по одной форсунке (N₁=1), тогда М=4 и N=M·N₁=4´1=4 и величине g_ф=3,6/4=0,9 м³/ч. В результате получим: (g_ф3-g_ф2)/g_ф3=(0,9-0,64)/0,9=0,29, т.е. условие (20) выполняется.

4 зона охлаждения. Криволинейный участок. При К_и=1 расход воды со стороны внешнего радиуса R составит:

G_R=(1,875´4,11)/1,0=7,7 м³/ч.

М=10; N₁=1, следовательно, N=10 и g_фR=7,7/10=0,77 м³/ч. При этом (gф4-gф3)/gф4=(0,77-0,9)/0,77=0,17, т.е. условие (20) выполняется.

На стороне внутреннего радиуса r расход воды определим:

G_г=0,8G_R=0,8´7,7=6,16 м³/ч; g_ф=6,16/10=0,616 м³/ч.

5 зона охлаждения. При К_и=1, расход воды со стороны внешнего радиуса составит: G_R=(1,375´5,07)/1,0=6,97 м³/ч. M=10, N₁=1, следовательно, N=10 и g_ф=6,97/10=0,697 м³/ч. При этом (g_ф5-g_ф4)/g_5ф=(0,697-0,77)/0,697=0,114, т.е. условие (20) выполняется.

На стороне внутреннего радиуса r расход воды определяем:

G_г=0,8G_R=0,8´6,97=5,575 м³/ч и g_ф=5,575/10=0,557 м³/ч.

Во всех зонах условно принимаем значение К_и=1,0.