|
Курсовая работа: Расчет технологических, теплотехнических и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовокОпределим температуру ликвидус заданной марки стали, приняв следующий химический состав, %: 0,50 С, 1,8 Si, 0,8 Мn, 0,3 Cr, 0,4 Ni, 0,02 S, 0,02 P. Расчет температуры ликвидус стали, производится по формуле: Тл =1534–tсн (1.1) где tсн – снижение температуры плавления железа из-за присутствия в нем примесей которое определяется по формуле: tсн =К1´[C, %]+К2´[Mn,%+Si,%+ Cr,%+ Ni,%+P,%+S,%] 0С, (1.2) где К1 и К2–коэффициенты для различных химических элементов в стали; [C,%; Mn,%; Si,%; Cr,%, Ni,%, P,%; S,% ] – содержание химических элементов в стали (Заданные значения коэффициентов для различных химических элемен-тов в стали для расчета температуры ликвидус представлены в таблицах 1-2 [1]). Таблица 1 – Коэффициент К1 при заданном содержании углерода в стали для расчета температуры ликвидус
Таблица 2 – Коэффициенты К2 различных химических элементов в стали для расчета температуры ликвидуса
Расчетная температура ликвидус составит: tсн =К1´[C, %]+К2´[Mn,%+Si,%+ Cr,%+ Ni,%+P,%+S,%]= 86´0,56+5´0,75+8´1,75+ 1,5 ´0,3+ 0,4 ´4+0,02 ´30+0,02 ´25=73 оС, Тл =1534–tсн =1534 – 73=1461 оС. Рекомендуемая величина перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидуса во время разливки на МНЛЗ для низко – и среднеуглеродистых марок стали составляет 30 ¸ 35 ºС. Предполагаемые потери температуры металла в ходе разливки: - в промковше за время разливки одной плавки – 5 ¸ 10 ºС; - при переливе металла из сталеразливочного в промежуточный ковш – 30 ¸ 40 ºС (в зависимости от типа футеровки промковша и номера плавки в серии). Рекомендуемое превышение температуры металла в сталеразливочном ковше перед разливкой на МНЛЗ должно составлять: 65÷85 ° С – для низко – и среднеуглеродистых марок стали; Определим температуру солидус стали, содержащей, %: 0,56 С, 0,75 Mn и 1,8 Si. Влиянием фосфора и серы с концентрациями до 0,025 % можем пренебречь. Рассмотрим уравнения, аппроксимирующие в данной области линию солидуса соответствующей бинарной диаграммы. В интервале (0,15¸0,8) С действительно выражение: (1.3) Для марганца Л.Кухарем [2] было выведено подобное соотношение: (1.4) а для кремния им же предложена формула (1.5) где NC, NMn, NSi – концентрация, % (ат.), указанных элементов. Процентные (по массе) содержания элементов пересчитаем на атомне (1.6) где – относительная масса элемента. По этому отношению 0,56 % С º2,5541 % (ат.), 0,75 Mnº0,7615 % (ат.), 1,8 % Siº3,5272% (ат.). Теперь подставим концентрации NC, NMn и NSi в уравнения (1.3) – (1.4) и рассчитаем снижения температуры солидус: DtC = -97,49 oC, DtMn = -5,77 oC, DtSi = -35,31 oC. Суммарное снижение температуры солидус DtS = -138,56 oC, а температура солидус tS = 1534-139=1395 oC. 2. Скорость непрерывной разливки При определении скорости разливки металла на машинах полунепрерывного (МПНЛЗ) и непрерывного (МНЛЗ) литья заготовок исходят из того, что в кристаллизаторе должна получаться корочка такой толщины, чтобы по выходе из кристаллизатора она бы не порвалась под действием жидкого металла [3]. Скорость разливки зависит от целого ряда факторов: сечение, марка, тип УНРС и влияет на производительность, качество, массу оборудования – стоимость МНЛЗ. Предварительная оценка скорости может быть произведена также по формуле: (2.1) k – коэффициент, зависящий от марки стали и назначения готовой продукции; при отливке квадратных заготовок k=0,11-0,14. При отливке блюмов из стали обыкновенного качества следует выбирать максимальное значение коэффициента. После подстановки соответствующих значений в уравнение (2.5) получим скорость разливки: wmin=0,11*(1+0,8/0,8)/0,8=2,75 wmax=0,14*(1+0,8/0,8)/0,8=3,5 wcp=0,125*(1+0,8/0,8)/0,8=3,13 ГИПРОМЕЗОМ рекомендуются следующие скорости разливки: для заданного сечения заготовки а´в, мм2 80´80 w, м/мин 2,75-3,5 Однако эти скорости могут быть рекомендованы для случая, когда разливка плавок на МНЛЗ производится одиночными плавками. В случае серийной разливки методом плавка на плавку время разливки на МНЛЗ необходимо согласовывать с продолжительностью плавки в сталеплавильном агрегате и ритмом подачи ковшей с металлом в отделение непрерывной разливки. Для дальнейших расчетов выбираем скорость разливки 3,13 м/мин. 3. Расчет охлаждения заготовки 3.1 Определение толщины закристаллизовавшегося слоя и температуры на выходе из кристаллизатораАнализ процесса затвердевания заготовки в кристаллизаторе провел Хилс [5]. Расчет теплового поля заготовки ведет к полиному, константы которого рассчитывают с учетом поверхностных условий. Уравнения и результаты даны в безразмерных параметрах, что позволяет легко применять их для произвольных исходных данных и размеров заготовки. Расчетом установлены толщина застывшей корки в зависимости от расстояния от уровня металла, температура на поверхности заготовки и тепло, отведенное кристаллизатором. Для определения толщины корки в кристаллизаторе , температуры поверхности заготовки и количества отведенного тепла В.Д. Хилс [5] установил ряд упрощенных соотношений, которые в системе СИ имеют вид: (3.1) (3.2) (3.3) Безразмерное расстояние от уровня стали в кристаллизаторе , (3.4) где х - реальное расстояние, м; - время нахождения заготовки на глубине х в кристаллизаторе, с; v - скорость заливки, м*с-1; - коэффициент теплоотдачи от поверхности заготовки к охлаждающей воде, Вт*м-2 *K-1: (3.5) где d - толщина зазора между заготовкой и стенкой кристаллизатора; - коэффициент теплопроводности жидкого вещества в зазоре; - толщина медной стенки кристаллизатора; - коэффициент теплопроводности меди; - коэффициент теплоотдачи от внешней стороны медной стенки кристаллизатора к охлаждающей воде (определяют по критериальным соотношениям). Хилс использовал уравнение Nu = 0,023 (Re)0,8 (Pr)0,33 и параметры: Y- эффективная длина кристаллизатора, м (соответствует уровню стали в кристаллизаторе); - безразмерная длина кристаллизатора; - безразмерная толщина застывшей стали; - реальная толщина застывшей корки, м; - безразмерная температура поверхности заготовки; - реальная температура поверхности заготовки, °С; -температура солидуса; Н' = L1/(ctS) - безразмерное общее тепло затвердевания; L1 - реальная скрытая теплота затвердевания (включая теплоту перегрева) (здесь t1 - температура разливаемой стали); - безразмерное тепло, отведенное от части заготовки длиной х, приходящееся на единицу окружности кристаллизатора; - реальное тепло, отведенное из части заготовки длиной х, приходящееся на единицу окружности кристаллизатора за единицу времени. Для расчета температуры застывшей корки в кристаллизаторе К. Фекете [6] разработал примерные упрощенные методы. Он исходит из рассуждений, что кристаллизатор в МНЛЗ является теплообменником, работающим противоточно, так что можно считать, что разливаемая сталь охлаждается проточной водой. Им получено соотношение: , (3.6) где -разность температур между жидкой сталью и охлаждающей кристалли-затор водой; -разность температур обоих веществ при входе в кристаллиза-тор; -коэффициент теплоотдачи, Вт* м-2 *К-1; -охлаждающая внутренняя поверхность кристаллизатора, м2; - энтальпия стали; - энтальпия воды, равная ; -внутреннее сечение кристаллизатора, м; v-скорость вытягивания, м*с -1; - плотность застывшей стали, кг*м -3; с - теплоемкость ста-ли, Дж * кг –1* К-1. На основании известных результатов изучения отвода тепла, проведен-ного X. Крайнером и Б. Тарманном [7], а также И. Саважем и В.Х. Притчардом [2], К. Фекете составил уравнение для отвода тепла кристаллизатором: . (3.7) Для определения средней плотности теплового потока от кристаллиза-тора на данном расстоянии х от уровня стали в кристаллизаторе необходимо проинтегрировать предыдущее соотношение: ; (3.8) , (3.9) где - время, с. При описании передачи тепла от твердого тела к обтекающей его жидко-сти или газу имеется в виду теплообмен. Количество тепла Q, Дж, переходящее с поверхности тела в окружающую среду, определяют по формуле Ньютона: (3.10) где - коэффициент теплоотдачи, Вт м-2 К-1; tп – температура поверхности тела, 0С; tср – температура окружающей среды, 0С; S – охлаждаемая площадь, м2; - время, с. Согласно уравнению Ньютона получим: (3.11) где , К - среднелогарифмическая разность температур в кристаллиза-торе между сталью и охлаждающей водой: (3.12) Здесь (индекс 1 относится к стали, 2 - к воде; р - для температуры входа; к - выхода). Из теории расчета теплового обмена известно, что среднелогарифмическую разность можно заменить среднеарифметической, если По-видимому, эти условия при разливке стали на МНЛЗ будут всегда выполняться: (3.13) (3.14) При этом упрощении коэффициент теплоотдачи из уравнения (3.11) будет выражен следующим образом: (3.15) Теперь подставим соотношение под уравнением (3.11) и (3.15) в уравнение (3.6) и одновременно заменим по предполагаемым температурным разностям и выражения: , (3.16) (3.17) В результате получим из уравнения (3.6): (3.18) В уравнение (3.17) следует еще подставить выражение, которое определяет количество общего тепла затвердевания в зависимости от времени. Если толщина корки (3.19) Общий объем застывшей корки на расстоянии х от уровня стали, то: (3.20) Количество освободившегося общего тепла , , которое должны отвести за время через единицу поверхности , выражают как плотность теплового потока: (3.21) Получим окончательный вид уравнения для расчета средней температуры застывшего слоя металла в кристаллизаторе, который будет иметь вид: , (3.22) Где Градиент температуры в застывшей корке стали определим графически с помощью двух точек в координатах: , (3.23) соответствующих границе зоны кристаллизации с температурой , и (3.24) Рассчитаем температуру поверхности заготовки в кристаллизаторе размером а = 0,175 м; b = 0,175 м через 6,5 с после начала разливки и далее через каждые 5 с до выхода заготовки из кристаллизатора. Для расчета принимаем: S=0,63 ; =7055 ; с= 545 ; ; высота кристаллизатора h = 0,9 м. Время движения заготовки в кристаллизаторе =41,5 с. За первые 6,5 с заготовка пройдет путь 0,021667*6,5 = 0,141 м, а соответствующая площадь кристаллизатора = 0,63*(6,5/41,5)=0,099 . По уравнению (3.21) определим: По уравнению (3.9) рассчитаем : Температуру определим последовательным приближением (итерацией). В калькулятор вводим оцениваемую величину и после вычисления с помощью уравнений (3.22) добавляем в уточненное значение, чем достигаем желаемой точнoсти результатов. 1. Оценочная =1460, (расчетная)=1481,7. 2. Оценочная =1481,7, (расчетная)=1481,9.Таким образом, =1482°С. Аналогично при определении примерной температуры затвердевшего слоя заготовки на выходе из кристаллизатора (т.е через 41,5 с) получим: После подстановки в уравнение (3.22) определим температуру с помощью итерации. 1. Оценочная =1400, (расчетная)=1332,7; 2. Оценочная =1332,7 (расчетная)=1328,7; 3. Оценочная =1328,7 (расчетная)=1328,5. =1329°С. Граничные и промежуточные данные расчетов представлены в таблице 3. Таким образом, средняя температура затвердевшего слоя стали в кристаллизаторе через 6,5 с после начала разливки составляет 1482°С, через 41,5 с (на выходе из кристаллизатора) она равна 1329°С. Таблица 3. Результаты расчета температуры закристаллизовавшегося слоя и толщины корки по ходу движения слитка в кристаллизаторе
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое. |
||
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна. |