Моделирование и разработка методов расчета процессов теплопередачи в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок

• Автор: Шестаков, Григорий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Математическое моделирование процесса затвердевания слитка
1.2. Теплообмен в жидком ядре слитка
1.3. Моделирование теплообмена слитка с кристаллизатором
1.4. Усадка слитка в кристаллизаторе
1.5. Термическое сопротивление рабочей стенки
1.6. Выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОХЛАЖДЕНИЯ И ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СЛИТКА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ
2.1. Математическая модель теплообмена слитка с рабочей стенкой
2.2. Определение эффективного коэффициента теплопроводности слитка
2.3. Конечно-разностная схема затвердевания слитка
2.4. Проверка адекватности математической модели
2.5. Выводы по главе
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В РАБОЧЕЙ СТЕНКЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРА И В СЛОЕ ЗАЩИТНОГО ШЛАКА
3.1. Методика расчета температурного поля рабочей стенки
щелевого кристаллизатора
3.2. Определение эффективного коэффициента теплоотдачи
от рабочей стенки к охлаждающей воде
3.3. Изменение тепловых потоков по высоте рабочей стенки
3.4. Теплообмен в слое защитного шлака
3.5. Выводы по главе
4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ СЛИТКА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ
4.1. Влияние свойств смазки на охлаждение
и затвердевание слитка в кристаллизаторе
4.2. Влияние свойств металла на охлаждение
и затвердевание слитка в кристаллизаторе
4.3. Выбор рационального теплового профиля
рабочей стенки кристаллизатора
4.4. Выбор рациональных размеров каналов рабочей стенки щелевого кристаллизатора
4.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Кристаллизатор является важнейшим узлом ины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), эффективность работы которого во многом определяет качество разливаемых на МНЛЗ заготовок, р изводительность МНЛЗ и себестоимость разлитого металла. Важнейшим р цессом, протекающем в кристаллизаторе, является процесс теплопередачи от затвердевающего слитка к охлаждающей воде. От того, насколько рационально организован данный процесс, зависит толщина и рочность оболочки слитка на выходе из кристаллизатора, вероятность явления трещин в оболочке, срок службы рабочей стенки кристаллизатора. Вопросы, связанные с теплопередачей в кристаллизаторе МНЛЗ, рассмотрены в трудах А.Д. Акименко, Д.П. Евтеева, Е.М: Китаева, В.И. Дождикова, В.А. Емельянова, В.М. Паршина, B.C. Рутеса, Л.С. Рудого, Ю.А. Самойловича, Н.И. Шестакова, Д.А. Дюдкииа, А.П. Гиря, П.Е. Ефремова, Р.Т. Сладкоштеева, Б.Т. Борисова, В.А. Журавлева; А.И. Цаплина, ЗЖ..
Кабакова, А.Л. Кузьминова; Ю.А-Калягина, G.B: Лукина-и др.
Несмотря на большое количество проведенных исследований; процесс лопередачи от слитка к охлаждающей воде в кристаллизаторе описан недостаточно полно и адекватно, и кроме того, организован недостаточно совершенно. Так, в настоящее время отсутствуют математические модели плообмена слитка с кристаллизатором, позволяющие рассчитывать чину зазора между слитком и рабочей стенкой кристаллизатора, представляющего наибольшее термическое сопротивление от слитка к охлаждающей воде. В результате, практически отсутствуют способы эффективного управления теплопередачей от слитка к кристаллизатору. Отсутствуют математические модели, в которых процессы охлаждения, твердевания и усадки слитка являются взаимосвязанными, в результате отсутствуют надежные методики расчета рационального теплового р филя рабочей стенки кристаллизатора, при котором обеспечивается сокая интенсивность теплопередачи и исключается деформация оболочки

2 b(l-a)
(b + cf . f 1-аЛ с3 . f 1-а
- — arcsin ------------- arcsin і
3 b+c) 3 ^ с
{^-aib + c) ^ + cy _ Jj _ Qy _ (/-a)c _ gy

{1-а)
+- — ln

(b + c) + ^{b + cf -(/ - a)~
(l-af

(l - af b + с)^(b + с)2 - {l-af (l - afyjc2 - (/ - a)

(6 + c) + yj(b + c)2 -(l-af
+b£llta

у]с2-(1-а f
Рассмотренные методики разработаны в предположении одномерности температурного поля в рабочей стенке и в ребрах (промежутках между каналами), тогда как на самом деле температурное поле является двухмерным, что может вносить существенную погрешность в расчет термического сопротивления стенки по этим методикам.
1.6. Выводы по главе
Анализ литературных источников показал, что процессы теплообмена, протекающие в кристаллизаторе, в значительной степени влияют на эффективность работы МНЛЗ. Несмотря на большое количество проведенных исследований, нерешенным остается ряд важных задач, а именно:
1. Отсутствуют математические модели теплообмена слитка с кристаллизатором, позволяющие рассчитывать величину зазора между слитком и рабочей стенкой, представляющего наибольшее термическое сопротивление теплопередачи от слитка к воде.
2. Отсутствуют методики расчета усадки слитка и выбора рационального профиля рабочих стенок с учетом взаимосвязанности процессов охлаждения, затвердевания и усадки слитка в кристаллизаторе.
3. Отсутствуют инженерные методики расчета эффективного коэффициента теплопроводности жидкого ядра с учетом геометрических размеров слитка,