Розрахунки технологічних і конструктивних параметрів МбЛЗ

Курсовий проект

Розрахунки технологічних і конструктивних параметрів МбЛЗ

Основна характеристика заданої марки сталі

Сталь 1020 відноситься до конструкційних, вуглецевих якісних сталей [1]. Поставляється у вигляді товстого або тонкого листа. Може використовуватися для деталей, що піддаються холодній штамповці, глибокій складній та особливо складній витяжці (для автомобілебудування за стандартом SAE).

Масова частка хімічних елементів, які входять до складу сталі складає: С 0,18-0,23%; Si ≤ 0,03%; Mn 0,45 - 0,60%; Al 0,03-0,06%; S ≤ 0,015%;

P ≤ 0,020%; Cr ≤ 0,6%; Ni ≤ 0,6%; Cu ≤ 0,6%.

 

Температура розливання металу на МБЛЗ

Визначення температури ліквідус та температури солідус

При безперервному розливанні сталі дуже важливо підтримка оптимального рівня температури металу, що розливається.

Точний розрахунок і підтримка температури металу при розливанні необхідний для забезпечення високої якості БЛЗ і стабільності процесу розливання.

Підвищений перегрів металу над температурою ліквідусу сприяє збільшенню тріщиночутливості заготовок, розвитку стовпчастої структури злитку і таких дефектів макроструктури, як осьова ліквація і центральна пористість. Крім того, надмірно висока температура металу, що розливається, може привести до проривів БЛЗ по тріщинах.

Необхідна температура металу в проміжному ковші розраховується виходячи з температури ліквідусу для кожної марки сталі [2,3].

Для визначення температур ліквідус () і солідус () сталей використовують два прості методи - або по діаграмі стану системи , або в наближенні адитивного впливу домішок, що містяться в сталі, на температуру плавлення чистого заліза:

 

розливання заготовка сталь охолодження

де і  - коефіцієнти, що показують, на скільки градусів змінюються температури ліквідус і солідус сталі при додаванні 1% і - го компоненту.

Значення  і для основних компонентів сталей, знайдені по діаграмах стани подвійних систем , приведені в таблиці 2.1. [4 - 6]

 

Таблиця 2.1 - Коефіцієнти  і , що характеризують зниження температури ліквідус і солідус при введенні 1% компоненту

Компонент

, K , KІнтервал застосування Примітка до визначенню

73410

[% ] 0,10

,13 [% ] 2,14Для интервала

,10 [% ] 0,13

41 К
30696[% ] 0,25-
36,5[% ] 9,5-
1219[% ] 14,4-
30173[% ] 2,8-
79[% ] 6,5-

3,56,5[% ] 3,5Для 3,5 [% ] 6,5

22 К

12[% ] 2,5Для 2,5 [% ] 2,5

25 К
36,5[% ] 10

11,5[% ] 10Для 10 [% ] 33

17,5 К
39[% ] 15-
26[% ] 10-
2018[% ] 13-
1,52[% ] 17,3-

 

Визначимо температуру ліквідус сталі 1020 складу, %: 0,205 ; 0,015 ; 0,525 ; 0,045 Al; 0,3 ; 0,3 ; 0,007 ; 0,010 ; 0,3 :

Визначаємо температуру солідус:

 

Кристалізація заготовок

 

Вибір форми технологічної осі

 

Базовий радіус МБЛЗ

розливання заготовка сталь охолодження

При використанні радіальних і криволінійних МБЛЗ при переведенні злитка в горизонтальне положення його приходиться деформувати - розгинати. При розгині чи виправленні виникаючі в злитку напруги можуть перевищити межу міцності і привести до утворення різного роду тріщин. При цьому необхідно приймати до уваги сортамент, що відливається, перетин заготовки й умови охолодження злитка, тому що всі ці параметри визначають припустиму величину деформації металу [11].

У випадку радіальної машини розгин злитка, як правило, проводиться цілком у затверділому стані в одній точці.

Одним із способів запобігання утворенню дефектів при розгині злитка є при всіх інших рівних умовах збільшення радіуса кривизни, що дозволяє знизити величину деформації і її швидкість. На підставі досвіду експлуатації радіальних МБЛЗ і дослідження впливу величини і швидкості деформації при розгині на якість безперервного злитка ВО «Уралмаш» виробило практичні рекомендації для вибору мінімального базового радіуса радіальної МБЛЗ в залежності від товщини злитка, які представлені у таблиці 5.1.

 

Таблиця 5.1 - Рекомендовані ВО «Уралмаш» значення базового радіусу радіальних МБЛЗ в залежності від товщини злитка

Товщина злитка £150£200£250£315£350£400
Базовий радіус 568101214

 

Дослідження механічних властивостей сталі при 1300-1450 ⁰С дозволили одержати рівняння для оцінки припустимого базового радіуса технологічної осі МБЛЗ із розгином в одній точці в залежності від марки сталі, що розливається, і інтенсивності охолодження:

 (5.1)

 

де  - товщина злитка, ;

 - швидкість витягування злитка, ;

 - коефіцієнт кристалізації;

 - величина припустимої деформації слоїв металу в температурному інтервалі крихкості [для маловуглецевого, дрібнозернистого металу можна прийняти ; для средньовуглецевого і легованого металу  та для високовуглецевого і складнолегованого ];

 - коефіцієнт, що враховує інтенсивність охолодження злитка в ЗВО (; менше значення відноситься до помірної інтенсивності, більше до високої).

Визначимо базовий радіус та виберемо тип МБЛЗ для розливання маловуглецевого, дрібнозернистого металу у заготовки перетином .

Приймаємо для даного сортаменту наступні вихідні дані: припустима деформація внутрішніх слоїв у температурному інтервалі крихкості ; інтенсивність охолодження - помірна, ; швидкість витягання злитка ; коефіцієнт кристалізації .

Базовий радіус:

 

.

При базовому радіусі МБЛЗ  ділянка затвердіння (металургійна довжина) машини складе:

 

 

Повний час кристалізації заготовки перетином  складе:

 

.

 

Необхідна мінімальна металургійна довжина при швидкості витягання злитка  складе:

 

 

Для забезпечення запасу довжини для можливого збільшення часу кристалізації для слябової заготовки металургійна довжина, розрахована по базовому радіусу, повинна бути не менш ніж на 10% більше металургійної довжини, розрахованої по часу повної кристалізації злитка, . Тобто має виконуватись наступне визначення:

 

.

 

Отже, необхідно чи збільшити радіус машини чи зменшити швидкість витягання злитка [2,3]. Зберігаючи швидкість витягання злитка , оскільки вона визначає продуктивність МБЛЗ, базовий радіус установки має бути:

.

 

При цьому радіусі  складе , що забезпечить запас довжини для можливого збільшення часу кристалізації більш ніж на 10%. Але у відповідності з таблицею 5.1 для товщини заготовки 250 мм рекомендується радіальна МБЛЗ з базовим радіусом до 5 м. Тому вибираємо не радіальну, а криволінійну МБЛЗ з металургійною довжиною , базовим радіусом 8,5 м та декількома точками правки.

 

Результати розрахунку

 

Результати розрахунків технологічних та конструкційних параметрів процесу безперервного розливання заготовки перетином  зведені у таблиці 8.1.

 

Таблиця 8.1 - Результати розрахунків технологічних та конструкційних параметрів процесу безперервного розливання заготовки перетином

Розрахунковий параметр	Значення
Температура ліквідус, ^0С	1518
Температура солідус, ^0С	1486
Температура у кристалізаторі, ^0С	1530
Температура у проміжному ковші, ^0С	1560
Температура у сталерозливному ковші, ^0С	1590
Мінімальна швидкість розливання, м/хв.	0,83
Максимальна швидкість розливання, м/хв.	1,38
Середня швидкість розливання, м/хв.	1,11
Час руху заготовки у кристалізаторі, с	48,65
Температура поверхні заготовки на виході з кристалізатора, ^0С	1086
Товщина кірки сталі на виході з кристалізатора, мм	24,27
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 1050^0С, хв.	0,57
Товщина кірки при температурі 1050^0С, мм	31,11
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 1050^0С, м	0,633
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 1050^0С, хв.	0,57
Товщина кірки при температурі 1050^0С, мм	31,11
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 1050^0С, м	0,633
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні1010^0С, хв.	1,52
Товщина кірки при температурі 1010^0С, мм	40,743
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 1010^0С, м	1,687
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 970^0С, хв.	2,822
Товщина кірки при температурі 970^0С, мм	54,836
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 970^0С, м	3,132
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 890 ^0С, хв.	7,374
Товщина кірки при температурі 890 ^0С, мм	82,489
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 890 ^0С, м	8,185
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 850 ^0С, хв.	11,198
Товщина кірки при температурі 850 ^0С, мм	102,575
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 850 ^0С, м	12,43
Час за який заготовка буде мати температуру поверхні 810 ^0С, хв.	16,074
Товщина кірки при температурі 810 ^0С, мм	125
Відстань від низу кристалізатора до ділянки з температурою поверхні 810 ^0С, м	17,842
Довжина першої секції ЗВО, м	0,6
Витрати води на першу секцію ЗВО, м^3/год.	15,608
Витрати води на першу секцію ЗВО, м^3/т	0,08
Довжина другої секції ЗВО, м	1,5
Витрати води на другу секцію ЗВО, м^3/год.	16,925
Витрати води на другу секцію ЗВО, м^3/т	0,087
Довжина третьої секції ЗВО, м	1,5
Витрати води на третю секцію ЗВО, м^3/год.	15,491
Витрати води на третю секцію ЗВО, м^3/т	0,079
Довжина четвертої секції ЗВО, м	4
Витрати води на четверту секцію ЗВО, м^3/год.	29,433
Витрати води на четверту секцію ЗВО, м^3/т	0,151
Базовий радіус, м	4
Металургійна довжина машини по базовому радіусу, м	18,269
Час повної кристалізації, хв.	0,094
Металургійна довжина машини по часу повної кристалізації, м	23,791
Кількість обраних точок правки, шт.	6
Радіус першої точки правки, м	10
Координата х1, м	5,5
Координата у1, м	- 0,193
Радіус другої точки правки, м	12,226
Координата х2, м	6,1
Координата у2, м	- 0,425
Радіус третьої точки правки, м	15,659
Координата х3, м	6,7
Координата у3, м	- 0,584
Радіус четвертої точки правки, м	21,771
Координата х4, м	7,3
Координата у4, м	- 0,698
Ритм подачі ковшів, хв.	21
Продуктивність конвертерного цеху, т	7509000
Розрахункова кількість струмків МБЛЗ, шт.	0,79
Вибрана кількість струмків МБЛЗ, шт.	1
Розрахунковий час розливання, хв.	102,72
Вибраний час розливання, хв.	105
Уточнена швидкість розливання, м/хв.	1,13
Пропускна спроможність МБЛЗ, т	1121455
Кількість працюючих МБЛЗ, шт.	6
Кількість резервних МБЛЗ, шт.	1
Продуктивність встановленої МБЛЗ, т	1072714

Перелік посилань

розливання заготовка сталь охолодження

1. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр./А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. Под общ. ред. А.С. Зубченко - М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.

. Расчеты технологических и конструкционных параметров МНЛЗ: Учебн. пособ./ Куберский С.В., Семирягин С.В., Федотов О.В. - Алчевск: ДонГТУ, 2006. - 148 с.

. Куберський С.В., Кузнецов Д.Ю. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Безперервне розливання сталі». Алчевськ: ДонДТУ, 2009 - 98 с.

. Dubowick, W.: Thermal Arrest Measurements and Their Application in the Investment Casting. 2. svĕtovэ slйvбrenskэ kongres, Dьsseldorf 1960.

. Aymard, J.P. - Dйtrez, P., Fonderie 330, 1974, Janvier, s. 11-24.

. Roecser, W. - Wensel, H.T., Stahl u. Eisen, 1951, и. 8, s. 399.

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

. Рутес В.С. и др. Теория непрерывной разливки. - М.: Металлургиздат, 1971.

. Краснов В.И. Оптимальное управление режимами непрерывной разливки стали. - М.: Металлургия, 1975.

. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. Емельянов В.А. Учебн.пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1988, - 143 с.

. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. /Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е.: Учебник для вузов.-М.:МИСИС. 1995. С. 416-506.

. Якобше Р.Я. и др. Повышение однородности осевой зоны непрерывнолитых слябов методами внешних воздействий. / Р.Я. Якобше, Ю.Я. Скок, В.Н. Баранова, В.Л. Найдек, О.В. Носоченко, Н.Ф. Наконечный, З.Л. Козлова, О.Б. Исаев. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - №10. - С. 143 - 146.

. Горяінова Т.В., Табія А.А., Федоров Р.М., Пащенко А.В., Куберський С.В. Дослідження причин виникнення деформаційних тріщин при виробництві безперервно литих слябів. Науковий портал Донбасу. №2, 2007.

Курсовий проект

Розрахунки технологічних і конструктивних параметрів МбЛЗ