Совершенствование тепловой работы кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок с защитными покрытиями рабочих стенок

• Автор: Зайцев, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О ТЕБЛООБМЕНЕ В ш КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ МЫЛЗ С НАНЕСННЫМИ ЗАЩИТНЫМИ

ПОКРЫТИЯМИ.

1.1. Конструкции кристаллизаторов и способы организации их охлаждения

1.2. Теплотехнические процессы в кристаллизаторе

1.3. Методы исследований теплообмена в кристаллизаторе.

1.4. Механические характеристики работы кристаллизатора

1.5. Общие положения по износу.

1.6. Влияние конструктивных параметров и материала рабочих

стенок на тепловой режим работы кристаллизатора

щ. 1.7. Выводы ио главе и постановка задачи.
2. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КРИСТАЛЛИЗАТОРА,
ОСНАЩЕННОГО КАНАЛАМИ ЩЕЛЕВОГО ТИПА
2.1. Общие положения.
2.2. Математическая модель для исследования тепловых процессов
в рабочих стенках кристаллизатора.
2.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности каналов кристаллизатора к охлаждающей воде.
2.4. Решение уравнения теплопроводности методом конечных разностей
2.5. Нахождение общего вида температурных полей стенки
ф кристаллизатора с защитным покрытием.
2.6. Выводы по главе.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЩЕЛЕВОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ РАБОЧИХ СТЕНОК
3.1. Общие положения.
3.2. Оценка влияния коэффициента теплопроводности покрытий на
температурные поля стенки кристаллизатора
3.3. Оценка влияния толщины покрытий на температурные поля
стенки кристаллизатора.
3.4. Исследование влияния защитных покрытий на плотность теплового потока
3.5. Влияние плотности тепловог о потока на разность температур
поверхности покрытия и медной стенки.
3.6. Оценка влияния режима охлаждения и конструктивных характеристик на температурные поля стенки кристаллизатора
3.7. Выводы по главе.
4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ
ПУТМ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ.
4.1. Методика определения степени износостойкости покрытий
4.2. Оценка погрешности измерений
4.3. Износостойкость хромовых покрытий
4.4. Износостойкость никелевых покрытий.
4.5. Тепловое расширение покрытий
4.6. Рекомендации по нанесению защитных покрытий рабочих
стенок кристаллизаторов.
4.7. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В стенках достаточно просто можно изготовить каналы охлаждения любой формы, например трапециевидной [], Т-образной, Г-образной или их сочетания с прямоугольной формой [], что позволяет совершенствовать теплоотвод в кристаллизаторе и повышать стойкость рабочих стенок. Для получения требуемой толщины оболочки на выходе из кристаллизатора методики их теплового расчета непрерывно совершенствуются. Достаточно подробно эти вопросы рассмотрены в [], [], [], [], [], [], []. Гидравлические характеристики кристаллизаторов приведены в работах [], [], [], [4]. Сборные кристаллизаторы со сверлеными каналами обычно изготавливают из четырех отдельных стенок, жестко соединяемых со стальным корпусом. С увеличением скорости разливки возрастает искажение профиля слитка. Однако на опыте установлено, что кристаллизаторы с толстыми медными стенками, жестко скрепленными со стальным корпусом, обеспечивают наименьшую деформацию рабочей полости. Основным недостатком толстостенных кристаллизаторов является повышенный расход меди, а также истирание углов и нарушение сплошности стыков в углах []. В зависимости от конструкций MHJT3 различают прямолинейный (в основном для вертикальных МНЛЗ) или радиальный (для радиальных и криволинейных машин) кристаллизаторы. Первичное охлаждение осуществляется в кристаллизаторе МНЛЗ, где образовавшаяся оболочка слитка контактирует с водоохлаждасмыми стенками. В верхней части кристаллизатора происходит более полный контакт между слитком и стенкой, и передача тепла осуществляется интенсивнее, чем в нижней части, где вследствие отхода затвердевшей оболочки от стенки величина теплопередачи резко снижается. Величина теплоотвода в кристаллизаторе зависит от скорости разливки. Возможности увеличения теплоотвода практически ограничиваются поверхностью охлаждения слитка в кристаллизаторе. В кристаллизаторе необходимо отвести такое количество тепла, которое обеспечило бы образование твердой оболочки слитка определенной толщины для выдержки ферростатического давления жидкого металла в процессе разливки и вытягивания заготовки из кристаллизатора. Процессы теплообмена в кристаллизаторе влияют на начало формирования твердой оболочки непрерывного слитка в кристаллизаторе, на возможность возникновения различных дефектов в слитке и стенке кристаллизатора. Исследование тепловых режимов работы кристаллизатора позволяет выявить основные закономерности теплообмена. Актуальной задачей является дальнейшее совершенствование процессов охлаждения заготовки в зоне кристаллизатора, направленных на выявление безопасных режимов для стенок кристаллизатора, а также интенсификацию кристаллизации. Кристаллизатор должен обеспечивать высокий теплоотвод и условия непрерывного формирования твердой оболочки слитка. Тепловой режим кристаллизатора организуется так, чтобы на выходе твердая оболочка слитка была достаточной по толщине и прочности для предотвращения прорыва металла. Распределение интенсивности теплоотвода по периметру и длине слитка должно обеспечивать отсутствие опасных напряжений, которые могли бы привести к появлению трещин. Толщина оболочки слитка % на выходе из кристаллизатора зависит от скорости разливки, физических свойств стали и размеров слитка. При повышении скорости разливки толщина оболочки слитка на выходе из кристаллизатора уменьшается, а тепловой поток при этом возрастает. В кристаллизаторе происходит процесс передачи тепла от жидкого металла к охлаждающей воде, протекающей в каналах рабочих стенок кристаллизатора. При постоянной скорости вытягивания непрерывного слитка и неизменности других технологических параметров разливки во времени передачу тепла от жидкого металла к охлаждающей воде можно рассматривать как теплопередачу при стационарном режиме. Подробно этот вопрос рассмотрен в [], [0], [1]. На основании экспериментальных и расчетных исследований многих авторов выявлены особенности теплообмена между слитком и стенками кристаллизатора. Если рассматривать теплоотвод в кристаллизаторе как функцию расстояния от мениска, то можно отметить ряд закономерностей для широкого диапазона скоростей вытягивания. По данным [], распределение плотности теплового потока по высоте слябового радиального кристаллизатора характеризуется несколькими экстремумами.