новая папка 1 / 236029

В зависимости от типа изложницы (расширение кверху или книзу)

ширина слитка в верхнем сечении, м:

Аi = Аср. А , (11) Аi = 1,6 0,07 (м).

Конусность слитка по узкой грани, ед.

Кузк.г. = К5 Кш.г.	(12)
где К5 – коэффициент конусности по узкой грани, ед.
Кузк.г. = 0,6 3 = 1,8	(ед.).
Тогда:

В = Ку з.г. Н и Вi = Вср. В,

100

В = 1,8 2,31 = 0,04, 100

Вi = 0,77 0,04 (м).

Если слиток имеет квадратное поперечное сечение (сортовой слиток), то принимаем следующие значения толщины и ширины:Аср. = Вср.,

то Аi = Вi

Радиус закругления углов изложницы, м:

r = K6 D, (13)

где К6 – коэффициент закругления углов изложницы, ед. r = 0,1 1,1 = 0,11 (м).

Если сталь разливают в глуходонную изложницу с полушаровой или сфероидальной формой дна, то радиус закругления донной части слитка (м):

	Rш.г. =	Ан	или Rу.гр. =	Вн	,	(14)
		2		2

где Ан ,Вн – соответственно ширина и толщина слитка в нижней части, м

11

Rш.г. =	1,53			= 0,77 или Rу.гр. =	0,73		= 0,37 (м).
		2			2

Для расчёта размеров внутренней полости изложницы необходимо размеры слитка увеличить на коэффициент усадки стали при затвердевании, равный 2-3%.

Следует учесть, что приведённая выше схема расчёта позволяет определить только приблизительные размеры слитка. В реальных условиях размеры слитка уточняются по фактическим размерам изложницы с учетом износа её стенок. Варианты для расчетов работы по индивидуальному заданию преподавателя представлены в табл. 3.

Таблица 3

Варианты данных для расчёта слитка

	Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	Марка стали	10	17ГС	08Ю	У6А	Ст.3	15кп	08Ю	Ст.2кп	Ст.3кп	09Г2	25	10кп	У9А	35х3Н
	Назначение	лист	лист	лист	сорт	сорт	лист	лист	лист	лист	лист	сорт	лист	сорт	сорт
	слитка
	Количество
	заготовок,	2	1	3	3	3	2	1	2	3	4	5	1	2	3
	шт.
	Масса
	заготовки,	5,2	14,2	6,1	3,0	3,4	4,2	10,2	4,8	3,2	2,3	1,8	8,6	4,1	2,8

иетабли

III.Чертёж слитка в двух проекциях с указанием расчётных размеров и/или размеров основного сечения тела слитка

Чертеж слитка с учетом рассчитанных выше геометрических размеров можно выполнять от руки, в масштабе, или любой CAD-системе, например, «КОМПАС-3DV-10(14)». Последнее является наиболее приемлемым вариантом исполнения этой работы. На рис. 1 представлен чертеж кузнечного слитка из спокойной стали (расширяется кверху), выполненный в САПР «КОМПАС-3D» в масштабе 1:5.

12

Рис.1. Чертеж кузнечного слитка: главный вид и вид сверху, разрез по оси

симметрии (слева) с указанием основных размеров

13

Практическая работа №2

Расчёт и обоснование параметров разливки стали

Цель работы: овладеть методикой расчета скорости и температуры разливки стали.

Основными параметрами разливки стали являются температура расплава и скорость заполнения изложницы (кристаллизатора). От правильности их выбора зависят качество слитка, производительность разливочного пролёта, стойкость оборудования. Эти параметры тесно связаны и обуславливают друг друга: условно говоря, чем ниже температура металла в стальковше, тем выше должна быть скорость разливки и наоборот.

I. Расчёт температуры стали

Практикой установлено, что хорошие показатели качества и производительности обеспечиваются в том случае, когда температура

зеркала металла после заполнения изложницы равна температуре ликвидуса для разливаемой марки стали. Поэтому в основу расчёта оптимальной температуры выпуска металла положено определение допустимых перепадов температур на каждом технологическом этапе. Так, температура выпуска металла из сталеплавильного агрегата, °С:

Тв= Тлик. + Тков. + Тстр. + Тразл.,

(15)

где Тлик.– температура ликвидуса, °С;Тков. – перепад температур в сталеразливочном ковше, °С;

Тразл. –перепад температур при разливке, °С;

Тстр. – перепад температуры на струе, °С.

Исходными данными для расчёта являются: марка стали, способ разливки, ёмкость ковша, масса слитка, приблизительное время заполнения изложницы.

14

лик.

Температура ликвидуса:

Тлик. = 1539 - 1 C - 2 Mn - … - Х ,

(16)

где 1539 – температура плавления чистого железа, °С;

1, 2, I – снижение температуры плавления чистого железа при содержании в

нём 1% элемента, °С;

[С], [Мп], ..., [X] – содержание элемента, % (табл. 4, 5).

Таблица 4

Температурные коэффициенты различных элементов

Элемент

С

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

Al

V

Mo

Сумма

газов

Коэффи-

циент

70

5

12

25

30

1,5

4

0

2

2

2-10

, 0С/%

i

Таблица 5

Среднее содержание элементов в стали марки 10

Элемент

С

Mn

Si

S

P

Содержание

в стали, %

0,1

0,3

0,03

0,03

0,025

масс.

Расчетная температура начала кристаллизации стали составит:

Т = 1539 – 70×0,1 – 5×0,3 – 12×0,03 – 25×0,03 – 30×0,025 = 1529°С

Суммарное снижение температуры металла в сталеразливочном ковше зависит от удельной поверхности теплопередачи (т.е. ёмкости ковша), температуры и толщины футеровки ковша, температуры и количества присаживаемых в ковш ферросплавов, длительности выпуска металла из агрегата и нахождения его в ковше, температуры металла, толщины слоя шлака на зеркале металла в ковше и пр. Учесть все факторы, влияющие на перепад температуры металла в сталеразливочном ковше, сложно.

По данным [2] принимают перепады температур в ковше ( Тков.,°С) с

учётом режима теплопередачи в нём: нестационарный, Т1, когда тепло

15

интенсивно аккумулируется футеровкой (первые 5-15 мин нахождения металла

в ковше), и стационарный, Т2:
Тков. = Т1 + Т2,	(17)
где: Т1– перепад температур при нестационарном режиме: 45-60°С	для

ковша ёмкостью 110-130 т и 25-40°С для ковша ёмкостью от 250 т соответственно.

Для стальковша емкостью 300 т: Т1 = 25-40°С; принимаем: Т1 = 25°С. Перепад температур при стационарном режиме Т2:

Т2 = i×( выд. + тран. + 0,5 разл.),

где: а – снижение температуры порядка 1°С/мин в ковше ёмкостью100-120 т и 0,5°С/мин в ковшах ёмкостью от 250 т;

а = 0,4°С/мин

– продолжительность выдержки металла в ковше, транспортирования на разливочную площадку, разливки в изложницы, мин

Ориентировочно можно принять длительность выдержки выд. = 10-15

мин, длительность транспортирования тран. = 5-15 мин, длительность заполнения изложницы (разливки) разл. = 10 n мин (n– количество слитков, шт., 10 – длительность заполнения одной изложницы и одного переезда с изложницы на изложницу, мин).

По условиям примера расчета: разливка сверху, 12 слитков из одного стальковша емкостью 300 т (с учетом сливов 5-7%), способ разливки – сверху. Принимаем: n = 12 шт.; выд. = 12 мин.; тран. = 10 мин. Тогда получим:

разл. = 10×12 = 120 мин,Т2 = 0,4×(12 + 10 + 0,5×120) = 33°С,

Тков. = 25 + 33 = 58°С.

Перепад температур металла на струе Тстр. составляет 5-15°С [2]. Принимаем:

Тстр. = 10°С.

Диапазон снижения температуры металла при заполнении изложницы

Тразл. поданным [2] приведено в табл. 6.

16

Таблица 6

Диапазон снижения температуры расплава при различных условиях разливки

Масса слитка, т	12,8	9,6	8,6	6,1
Тразл.при разливке сверху, °С	25-32	20-27	17-25	15-22
Т при разливке сифоном, °С	50-65	40-55	35-50	30-40
разл.

По условиям примера: Тразл. = 25-32°С; тогда получим: Тразл. = 25°С.

Необходимо учитывать, что при сифонной разливке снижение температуры металла в литниковой проводке составляет 10-15°С. Расчёт температуры выпуска металла из сталеплавильного агрегата осуществляется по формуле (15), и в примере составляет:

Тв = 1529 + 58 + 10 + 25 = 1622°С.

II. Расчёт скорости разливки

В реальных производственных условиях показателями скорости разливки являются диаметр разливочного стакана, длительность заполнения изложницы,

состояние «зеркала» металла в изложнице. Причём скорость разливки изменяется: нижнюю и верхнюю часть изложницы заполняют с меньшей скоростью для предотвращения разбрызгивания металла от удара струи о дно изложницы и уменьшения протяжённости усадочной раковины. Верхний предел скорости разливки ограничивается образованием трещин на поверхности слитка при разливке спокойных марок стали и образованием определённой толщины «плотной» корочки при разливке кипящей стали. Нижний предел скорости ограничивается образованием заворотов корки. Учесть все факторы, влияющие на образование трещин, толщины «плотной» корочки и заворотов корки очень сложно.

Поэтому при расчётах скорости разливки используют косвенные показатели. По данным [3] склонность слитка к образованию трещин и

17

«заворотов» характеризуется количеством тепла перегрева стали, которое подводится к 1 м2 боковой поверхности затвердевающей оболочки слитка при заполнении изложницы жидкой сталью (qразл., кДж/м2 мин). Оптимальное значение qразл. = 9500-11000 кДж/м2 мин. При «высоком» qразл. могут образовываться трещины, так как скорость нарастания ферростатического

давления превысит допустимую скорость нарастания твёрдой оболочки

слитка (оболочка будет «тонкой» при полностью заполненной изложнице). При «низком» qразл. могут образовываться «завороты корки», так как «зеркало» металла в изложнице будет относительно «холодным», что повышает количество твердожидких металлошлаковых включений, увлекаемых восходящими потоками расплава в пристеночную зону «поверхность слитка – изложница». Тепловой поток перегрева стали (Qразл., кДж/мин), удельный тепловой поток, площадь внутренней полости изложницы (м2) и линейная скорость разливки (V, м/мин) связаны следующей последовательностью

линейных уравнений:

Qразл. = Сж. ж. Sп.с. V Тразл.,

S = П Н,

				qразл. =		Qразл. ,
						S
	V = qразл.		П Н		,		(18)
			Sп.с. Сж. ж.
				Тразл.
где q	разл.	= 9500-11000 кДж/м2 мин. (принимаем:q					= 10000 кДж/м2 мин);
						разл.
П –периметр слитка, м;
Н – высота слитка, м (в примере: Н = 2,31 м);
Qразл. – тепловой поток перегрева стали, кДж/мин;
S – площадь внутренней полости изложницы, м2,
Sп.с.		–площадь поперечного сечения слитка, м2 (размеры слитка принимают
из п. II «Расчёт геометрических размеров слитка» в практической работе №1);
Сж.		–теплоёмкость жидкой стали, кДж/кг К (можно принять Сж. 0,84
				18

Тразл.

кДж/кг К);

ж. – плотность жидкой стали, кг/м3 (можно принять ж. 7000 кг/м3);

– снижение температуры металла при заполнении изложницы, C

(данные берутся из табл. 6 практической работы №2). Соответственно в примере расчета получим

П = 1,67×2 + 0,81×2 = 4,96 м,

S= 4,96×2,31 = 11,46 м2, Sп.с. = 1,6×0,77 = 1,23 м2.

Используя результаты предыдущих расчётов, проводят определение скорости разливки по формуле (18). При сифонной разливке оптимальная

величина qразл. ближе к нижнему пределу, при разливке сверху – к верхнему. То есть скорость разливки сифоном должна быть ниже, чем при разливке сверху, так как вероятность образования трещин на поверхности слитка в первом случае больше. В примере расчета получим следующие значения теплофизических параметров процесса:

V = 10000	4,96 2,31	= 0,63 м/с,
	1,23 0,84 7000 25

Qразл. = 0,84×7000×1,23×0,63×25 = 113910 кДж/мин,

и для проверки точности расчета:

qразл. = 11391011,46 = 9940 кДж/м2 мин.

Разница между полученным и принятым значением удельного теплового потока составляет 10000 – 9940 = 640 или 6,4%, что вполне приемлемо.

Таблица 7

Варианты данных для расчёта разливки

	Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	Марка	10	17ГС	0 8 Ю	У6А	Ст.З	15кп	08Ю	Ст.2кп	Ст.3кп	09Г2	25	10кп	У9А	35хЗН
	стали
	Емкость	200	350	300	250	200	250	300	250	200	180	150	100	90	150
	ковша, т
	Способ	сверху	сверху	сверху	сверху	сифон	сифон	сифон	сифон	сифон	сверху	сверху	сверху	сверху	сверху
	разливки
	Масса слитка, ширина, толщина и высота слитка принимаются согласно данным из практической работы №1

19

Следует отметить, что площадь внутренней полости изложницы рассчитывается автоматически по размерам 3d-модели слитка в САПР «Компас

3D». В ином случае необходимо строить развертку поверхностей слитка для подсчета его периметра. И в первом, и во втором случае линейной разницей размеров тела слитка и изложницы (0,9-1,1%) пренебрегаем. Правильность расчёта температуры металла на выпуске из сталеплавильного агрегата и скорости заполнения изложницы проверяется практикой разливки. Главным показателем оптимальности параметров разливки является получение бездефектного слитка.

Общие требования к содержанию отчетов по практическим работам

1.Номер, название и цель работы (формулируется самостоятельно).

2.Краткое описание сущности работы, используемых методик расчета, построения, компьютерного моделирования.

3.Если работа содержит расчеты по стандартным формулам, то сначала записывается формула в общем виде, затем после знака «равно» (=) указываются численные значения параметров уравнения.

4.Письменное оформление выводов по работе (факультативно).

Библиографический список

1.Бигеев, А.М. Металлургия стали / А.М. Бигеев. – М.: Металлургия,

1987. – 237 с.

2.Шварцмайер, В. Непрерывная разливка / В. Шварцмайер, пер. с нем. - М.: Металлургия, 1962 – 257 с.

3.Byrne, C. Mechanical soft reduction in billet casting / C. Byrne, C. Tercelli

//Steel Times Int. - 2002. - No.10. – P.17-19.

4.Гуляев, А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. –

458 с.

20