Теплофізична характеристика процесу безперервного розливання сталі

 

У порівнянні з класично відлитим злитком безперервнолита заготовка рухається вертикально, по дузі певного постійного або змінного радіусу чи горизонтально, причому товщина застиглого металу на виході з кристалізатора дуже мала. Визначення цієї товщини в залежності від швидкості розливання, температури металу, що розливається, його хімічного складу й умов відводу тепла в кристалізаторі дуже важливо для встановлення технології розливання. Після виходу з кристалізатора заготовка направляється за допомогою опорних валків чи водоохолоджуваних направляючих у зону вторинного охолодження, де інтенсивно охолоджується водою. Сучасною технологією безперервного розливання передбачене зниження теплового удару шляхом зменшення інтенсивності охолодження заготовки, що дозволяє запобігти виникненню тріщин. По виходу з зони водяного охолодження поверхня заготовки охолоджується шляхом випромінювання і природної конвекції. На практиці фахівців цікавить глибина рідкої фази, загальний час затвердіння заготовки і зростання кірки в зоні вторинного охолодження.

В окремих зонах МБЛЗ від заготовки відводиться наступна кількість тепла [7]: у кристалізаторі ~ 20 - 40% від загального, відданого заготовкою (менше значення - для листових заготовок великих розмірів, більше - для малих листових і квадратних заготовок); у зоні вторинного охолодження ~ 40 - 55%, потім ~ 20 - 30% до повного охолодження.

На підставі проведених раніше досліджень встановлено, що у верхній частині кристалізаторі [8,9] щільність теплового потоку складає 1,86 - 2,33 . У наслідок теплового опору в середині кристалізатора вона знижується до значень 0,7 - 0,93 , а на виході з нього на відстані 600 - 700  від меніска складає 0,23 - 0,47 . У прямокутних кристалізаторах щільність теплового потоку уздовж вузьких сторін менше, тому що тут швидше виникає зазор між злитком і кристалізатором. У верхній частині кристалізатора на вузькій стороні щільність теплового потоку дорівнює 1,39 - 1,63 , а в нижній частині 0,401 - 0,349 .

Швидкість охолодження в зоні вторинного охолодження має вирішальний вплив на структуру заготовки. Тому увесь час варто спостерігати за цим параметром безупинного розливання. Незважаючи на те, що умови тепловіддачі на цій ділянці надзвичайно складні, за допомогою розрахунку досягнуті значні успіхи.

При описі передачі тепла від твердого тіла до його рідини, що обтікає, чи газу мається через теплообмін. Кількість тепла , що переходить з поверхні тіла в навколишнє середовище, визначається по формулі Ньютона:

 

, (4.1)

 

де  - коефіцієнт тепловіддачі, ;

 - температура поверхні тіла, ^ос;

 - температура навколишнього середовища, ^ос;

 - охолоджувана площа, ;

 - час, .

Загалом можна прийняти, що для теплообміну в зоні вторинного охолодження буде дійсно відповідно до рівняння (4.1) співвідношення

 

, (4.2)

 

а з урахуванням теплового потоку

 

. (4.3)

 

Якщо відомі тепловий потік  і температура поверхні заготовки, можна розрахувати по вищевказаних рівняннях коефіцієнт теплопередачі в зоні вторинного охолодження