CC BY
26
чрезвычайно малы, для того, чтобы возбудить какие - либо существенные физические процессы в грозовых облаках. Воздействие данных волн может быть ощутимым только лишь на высотах порядка 500 м и в условиях гористой местности.
Список литературы /References
1. Боровиков А.М., Гайворонский И.И. и др. Физика облаков. Ленинград. Гидрометеоиздат, 1961. 456 с.
2. Денис А. Изменение погоды человеком. М. Мир. 1983, 272 с.
3. СулаквелидзеГ.К. Ливневые осадки и град. Л., Гидрометеоиздат, 1967. 412 с.
4. Абшаев А.М., Абшаев М.Т., Барекова М.В., Малкарова А.М. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Нальчик. Печатный двор, 2014. 500 с.
5. Руководство по организации и проведению противоградовых работ. Нальчик. Печатный двор, 2014. 508 с.
6. Качурин Л.Г.Физические основы воздействия на атмосферные процессы. Экспериментальная физика атмосферы. Л. Гидрометеоиздат, 1990. 462 с.
7. Сулаквелидзе Г.К., Бибилашвили Н.Ш., Лапчева В.Ф. Образование осадков и воздействие на градовые процессы. Л. Гидрометеоиздат, 1965. 203 с.
8. Никифоров А.И. Термодинамика и теплопередача: Учебное пособие. Часть II. Основы газовой динамики ГТД. Университет ГА. СПб. 2014 ,158с.
9. Зельдович Я.Б. Теория ударных волн и введение в газодинамику. М. Мир, 1966. 688 с.
10. Амиранашвили А.Г., Бурнадзе А.С., Двалишвили К.С., Геловани Г.Т., Глонти Н.Я. и др. Возобновление работ по борьбе с градом в Кахетии.
11. Труды Института геофизики. Тбилиси. Т. LXVI, 2016.14-26 с.
12. Сулаквелидзе Г.К. Ливневые осадки и град. Л., Гидрометеоиздат, 1967.
РЕЖИМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ, ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ
И НАГРЕВА СЛЯБОВ НА ЛИНИИ «МАШИНА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК -
ТЕРМОСТАТ - НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ»
1 2 Смирнова Д.А. , Обушенко С.В.
Email: Smirnova657@scientifictext.ru
1Смирнова Дарья Андреевна - магистр;
2Обушенко Сергей Васильевич - магистр, кафедра электроэнергетики и электротехники, Череповецкий государственный университет, г. Череповец
Аннотация: в данной статье дано описание стального сляба, произведенного с помощью машины непрерывного литья заготовок, рассмотрена математическая модель для расчета температурного поля стального сляба на линии «Машина непрерывного литья заготовок - термостат - нагревательная печь», которая позволяет последовательно рассчитывать температурное поле сляба, а также позволяет оптимизировать режимы охлаждения, термостатирования и нагрева слябов. Также представлен рисунок, на котором графически отражены оптимальный режим охлаждения и термостатирования сляба в машине непрерывного литья заготовок, обозначена температура в центре сляба, температура поверхности сляба и температура металла перед прокаткой. Ключевые слова: сляб, машина непрерывного литья заготовок, термостат, нагревательная печь.
COOLING, THERMOSTATING AND HEATING SLABS MODES ON THE LINE "CONTINUOUS CASTING MACHINE - THERMOSTAT
- HEATING OVEN"
1 2 Smirnova D.A. , Obushenko S.V.
1Smirnova Daria Andreevna - Master;
2Obushenko Sergey Vasilievich - Master, DEPARTMENT OF ELECTRIC POWER AND ELECTRICAL ENGINEERING,
CHEREPOVETS STATE UNIVERSITY, CHEREPOVETS
Abstract: this article describes a steel slab produced by a continuous casting machine, a mathematical model for calculating the temperature field of a steel slab on the line "continuous casting machine - thermostat - heating furnace", which allows you to consistently calculate the temperature field of the slab, and also allows you to optimize the modes of cooling, thermostating and heating slabs. Also presented is a picture, which graphically reflects the optimal mode of cooling and thermostating of the slab in the continuous casting machine, the temperature in the center of the slab, the temperature of the slab surface and the temperature of the metal before rolling. Keywords: slab, continuous casting machine, thermostat, heating furnace.
УДК 621.746.27.047
Рассматриваемый нами стальной сляб - это полупродукт металлургического производства, который представляет собой стальную заготовку прямоугольного сечения, ширина которой в несколько раз превосходит ее толщину. Стальные слябы имеют толщину 0,1 - 0,35 м, ширину 0,6 - 3,2 м, длину 1,2 - 18,0 м и массу до 67 т. Слябы получают непосредственно из жидкого металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Непрерывная разливка жидкой стали является прогрессивным и высокоэффективным процессом производства слябов. Подбирая соответствующим образом условия кристаллизации, на МНЛЗ можно разливать сталь всех сортов и марок, от малоуглеродистой до высоколегированной.
Выбор толщины и ширины разливаемого сляба во многом определяется возможностями прокатных станов и назначением конечной продукции. Безусловно, наиболее толстые слябы предусматриваются для прокатки толстых листов, предназначенных для получения сварных труб большого диаметра, используемых для транспортировки газа. Наиболее крупным потребителем листовой продукции является автомобильная промышленность.
Стальные слябы, выходящие из машины непрерывного литья заготовок, имеют высокую температуру, порядка 1200°С и содержат большое количество физической теплоты. При отсутствии трещин и каких-либо других поверхностных дефектов горячие слябы можно сразу загружать в нагревательные печи прокатного производства, повышая их производительность и сокращая удельный расход топлива [1].
Но в настоящее время горячий посад слябов после МНЛЗ практически не применяется, что обусловлено достаточной удаленностью цеха разливки и цеха прокатки друг от друга. Горячие слябы сначала поступают на холодный склад, где охлаждаются до температуры окружающей среды. На холодном складе также обычно производят диагностику дефектов на поверхности слябов и их зачистку. Затем, в охлажденном состоянии, слябы поступают в методические печи прокатных станов и подвергаются нагреву до температуры 1200-1250°С, которая обеспечивает необходимую пластичность металла для дальнейшего передела. Дефекты на поверхности слябов возникают при изменении технологии непрерывной разливки (в переходных режимах), когда изменяется расход жидкого металла в кристаллизаторе,
скорость разливки, расход охлаждающей воды на форсунки, расход шлакообразующей смеси и т.д. Для снижения вредного влияния в переходных режимах в работах [2, 3] представлены способы динамического управления процессами затвердевания и охлаждения стальных слябов в машинах непрерывного литья заготовок. Таким образом, появляется необходимость разработки метода сохранения и поддержания физического тепла слябов после МНЛЗ до момента попадания их на прокатный стан.
Одним из возможных решений данной инженерной задачи является термостат. Рассмотрим математическую модель, которая позволяет последовательно рассчитать затвердевание сляба в машине непрерывного литья заготовок, его охлаждение на воздухе и в термостате, а также нагрев в печи. При скорости разливки V температурное поле стального сляба сечением 2А*2В в МНЛЗ можно описать дифференциальным уравнением:
сЭф (т) ■ р ■ йТ/йт = аIV (Лэф (Т) ■ ю , (1) где Т = Т(х,уД) - температурное поле сляба; т = ^ - время, проведенное данным сечением сляба в МНЛЗ; z - координата технологической оси МНЛЗ, которая отсчитывается от мениска жидкого металла в кристаллизаторе; х, у - декартовы координаты; Сэф - эффективная теплоемкость стали; р - плотность стали; Яэф -эффективный коэффициент теплопроводности стали. Начальное условие для уравнения (1):
Т(х,у,т) | = = Т0 , 0 < x < B , 0 < у < Л, (2) где Т0(т) - температура жидкой стали в промковше. Условия адиабатности, которые заданы в центре сляба:
д Т/дх I х=о = 0; д Т/ду I у=о = 0 (3) Условия, заданные в кристаллизаторе на поверхности сляба:
- Я ■ дТ /дп |пов = т/^Т, о < т < тКр = ЬКр /V, (4) где п - координата нормали к поверхности сляба; а - эмпирический коэффициент; Ькр - рабочая длина кристаллизатора.
Граничное условие, заданное на широкой грани сляба в зоне вторичного охлаждения (ЗВО):
дТ
-Я ■ ^-= кгЯ1 + Црош, ткр < т < тм = Ьм /V, (5)
ох |х= + в
где дI - удельный расход воды из охлаждающих форсунок в 1-й секции зоны вторичного охлаждения; Lм - длина МНЛЗ, включая зону вторичного охлаждения с кристаллизатором; к1 - эмпирические коэффициенты; qроЛ1 - плотность теплового потока, отводимого роликами в 1-ой секции. Теплообмен, происходящий при охлаждении на воздухе можно описать выражением:
-ЯдТ/дп I о = £„р ■ с0 ((%ов/ 1 0 0)4 - (То.с/ 1 0 о )4 ) , тм < z < тм + тв , (6) где епр - приведенная степень черноты; с0 = 5,67 Вт/(м2-К4); Тпов - абсолютная температура поверхности сляба; То.с - абсолютная температура охлаждающей среды; тв = Lв/V - длительность охлаждения на воздухе; Ьв - длина зоны воздушного охлаждения.
Задаем условие на поверхности сляба в термостате:
- Я дТ /дп I пов = Чтерм , тм + тв < z < Тм + Тв +Тт , (7) где Чтерм - удельные потери теплоты в термостате (в идеальном термостате Чтерм = 0); ТТ - длительность нахождения в термостате.
В термостате происходит выравнивание температуры по сечению сляба, и в нагревательную печь слябы поступают со среднемассовой температурой Тм0. В случае, когда Тм0 = Тм (Тм - температура металла, требуемая перед прокаткой), нагрев слябов в печи не требуется. Если Тм0 < Тм, то тогда необходим нагрев сляба в печи. В печи температура в рабочем пространстве изменяется согласно зависимостям: 7п(Т)=Гш +(7п2-7ш )• Т/Тш, 0 < Т < Тш; (8)
Тп(Т)= Тш, Тн1 < Т < Тн = Тн1 + Тн2,
где Т - время, проведенное слябом в печи; Тн = Тш+Тш - полная длительность нагрева; Тш - длительности нахождения сляба в методической зоне; Тш -длительности нахождения сляба в сварочной зоне; Тш - температура газов при посаде сляба в печь; ТП - температура в сварочной зоне.
Температурное поле сляба в печи можно описать следующим уравнением:
С( Т) ■ р ■ ^ = д/ дх (Я(Т) ■ дТ/ дх) , (9)
от
где Т(х, т) - температурное поле сляба в печи; т - время, проведенное слябом в печи.
В методической и сварочной зонах теплообмен на обеих поверхностях сляба описываем при помощи выражения:
ш/ах I х=+в = с ■ ( (т„ (Г) / i о о) 4 - (тиов/ i о о) 4 ) ,
(10)
где СПр - приведенный коэффициент излучения от греющих газов и кладки к нагреваемому металлу (различен для разных зон печи); Тп - абсолютная температура в печи; Тпов - абсолютная температура на поверхности сляба.
В томильной зоне печи теплообмен описываем следующим выражением:
дТ/ дх | ^ = 0 (11) Выражения (1) - (11) составляют математическую модель затвердевания, охлаждения, термостатирования, нагрева и томления сляба, которая позволяет последовательно рассчитать температурное поле сляба на линии «Машина непрерывного литья заготовок - термостат - нагревательная печь».
На рис. 1 можно увидеть изменение температур на поверхности и в центре сляба при разливке сляба толщиной 0,25 м со скоростью 1,08 м/мин при оптимальном режиме охлаждения и термостатирования сляба после машины непрерывного литья заготовок, когда нагрев в печи не требуется.
Рис. 1. Оптимальный режим охлаждения и термостатирования сляба в машине непрерывного литья заготовок; 1 — температура в центре сляба; 2 — температура на поверхности сляба; 3 — температура металла перед прокаткой
Список литературы / References
1. Лукин С.В., Кибардин А.Н. Оптимальное использование физической теплоты слябов после МНЛЗ // Метеллург, 2016. № 7. С. 38-43.
2. Калягин Ю.А., Лукин С.В., Синицын А.А. Разработка энергоэффективного управления технологическим процессом охлаждения и затвердевания непрерывнолитого сляба // Металлург, 2013. № 12. С. 53-57.
3. Гофман А.В., Попов В.Г., Лукин С.В. Затвердевание слитка в машине непрерывного литья заготовок при динамических режимах разливки // Металлург, 2013. № 12. С. 50-52.
