ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СЛЯБОВ

Теплофизические особенности затвердевания непрерывных слитков в кристаллизаторах определяют производительность установок и качество металла. Их исследования важны для совершенствования конструкции кристаллизаторов и технологии разливки, а также в связи с внедрением автоматизированных систем управления качеством металла и освоением совмещенных процессов.

В результате промышленных экспериментов были измерены температуры на двух уровнях по толщине стенки кристаллизатора слябовой криволинейной установки Новолипецкого металлургического комбината. Для восстановления температуры на поверхности слитка'и получения тепловых потоков была решена обратная задача теплопроводности для стенки. Определенные таким образом граничные условия использовали для расчета температурных полей в непрерывнолитом слитке с помощью математической модели, построенной в рамках теории квазиравновесной двухфазной зоны и реализованной по неявной схеме ко нечноразностного метода. Затем, используя полученную информацию, определяли толщину оболочки слитка и термические сопротивления. В качестве критериев оптимальности использовали функционалы температурного поля, коррелирующие с показателями качества металла.

Анализ полученных в результате исследований теплофизических характеристик первичного охлаждения позволил установить некоторые закономерности, инвариантные по отношению к изменениям технологических параметров.

Распределение плотности теплового потока по площади половины широкой грани кристаллизатора представляет собой многоэкстремальную функцию с глобальным максимумом несколько ниже (10—15 мм) уровня металла примерно на расстоянии четверти ширины грани от угла. Глобальный минимум этой функции наблюдается вблизи центра грани на выходе из кристаллизатора. Локальные же экстремумы функции наиболее выражены на вертикальном участке шириной примерно 0,2 м вблизи центра грани. Следует отметить, что в области локальных максимумов влияние скорости разливки наибольшее и возрастает с увеличением расстояния от мениска. На рис. 1 приведен пример такой функции, полученной при разливке автолистовой стали со скоростью 0,7м/мин.

Особенности распределения температуры рабочей поверхности стенки из меди М1Р по ее площади соответствуют характеру распределения плотности теплового потока. Максимальные значения температуры (280—310 °С) наблюдаются вблизи мениска, а на выходе из кристаллизатора температура поверхности

Изменение среднеинтегральной величины термического сопротивления зоны контакта по ширине грани имеет характер, противоположный изменению термического сопротивления оболочки слитка (рис. 3). Это объясняется совместным рассмотрением сил усадки, ферро статического давления и деформацией оболочки.

В результате решения задачи оптимизации первичного охлаждения была определена оптимальная активная длина кристаллизатора и максимально допустимая скорость разливки, а также оптимальный режим первичного охлаждения, характеризующийся существенным выравниванием распределения плотности теплового потока по высоте кристаллизатора и повышением среднего теплоотвода в кристаллизаторе на 16—22 %. Технически эти рекомендации возможно осуществить снижением теплоотвода в верхьей части кристаллизатора и увеличением в нижней.

Комплексные исследования теплофизических характеристик слябовых кристаллизаторов позволили выявить основные закономерности первичного охлаждения и определить оптимальный его режим.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994