В задании указаны те размеры поперечного сечения непрерывнолитой заготовки, которые она должна иметь на выходе из МНЛЗ. Кристаллизующаяся заготовка имеет несколько большие размеры поперечного сечения, которые постепенно уменьшаются по мере ее охлаждения. Поэтому поддерживающая система МНЛЗ настраивается так, чтобы расстояние между противоположными стенками кристаллизатора и противоположными роликами системы вторичного охлаждения монотонно уменьшалось в направлении движения заготовки. Обычно ширина и толщина поперечного сечения заготовки в верхней части кристаллизатора превышает заданные размеры на 2…3 и 4…5%, а в нижней части – на 1…2 и 3…4% соответственно. Расстояние между опорными поверхностями противоположных роликов системы вторичного охлаждения уменьшаются линейно.

Расчет параметров настройки МНЛЗ заключается в определении расстояний между противоположными стенками вверху и внизу кристаллизатора и между противоположными роликами на входе и выходе каждой зоны системы вторичного охлаждения.

Расстояние между противоположными стенками вверху кристаллизатора:

A₀ = (1,04…1,05)∙A;                        

B₀ = (1,02…1,03)∙B.                        

Расстояние между противоположными стенками внизу кристаллизатора:

A₁ = (1,03…1,04)∙A;                        

B₁ = (1,01…1,02)∙B,                        

где А, В-толщина и ширина отливаемой заготовки, мм.

Получим:

А₀ = 1,04∙250 = 260 мм;

В₀ = 1,02∙1300 = 1326 мм;

А₁ = 1,03∙250 = 257,5 мм;

В₁ = 1,01∙1300 = 1313 мм.

Найдем, на сколько изменится толщина заготовки от низа кристаллизатора до конца зоны вторичного охлаждения:

ΔА = А₁ – А = 257,5 – 250 = 7,5 мм.                                                                

Общая длина зоны вторичного охлаждения:

l = 281 + 900 + 1446 + 3042 + 3841 + 3972 + 4680 = 18162 мм.                           

Рассчитаем сужение расстояния между противоположными опорными поверхностями в конце первой секции зоны вторичного охлаждения.

Длина зоны составляет 281 мм, составляем пропорцию:

,

тогда:

мм.

Расстояние между противоположными опорными поверхностями в конце первой секции зоны вторичного охлаждения:

A₂ = A₁ – ΔA = 257,5 – 0,12 = 257,4 мм.

Расстояние между противоположными опорными поверхностями для остальных секций зоны вторичного охлаждения рассчитываются аналогично.

Результаты расчетов представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Результаты расчетов параметров настройки МНЛЗ

Охлаждение кристаллизатора

Чаще всего в МНЛЗ используются сборные кристаллизаторы, в стенках которого имеется система вертикальных каналов для охлаждающей воды. Обычно каналы имеют диаметр 20 мм, а расстояние между ними 40…50 мм (принимаем 45 мм).

Основным показателем, характеризующим режим охлаждения кристаллизатора, является расход охлаждающей воды. Предварительно перед расчетом расхода воды необходимо, пользуясь вышеприведенными рекомендациями, выбрать диаметр каналов и определить их число. Расход воды на охлаждение кристаллизатора должен быть таким, чтобы выполнялись два условия:

3) температура воды на выходе из кристаллизатора не должна превышать 40…45⁰С с тем, чтобы не происходило отложение растворенных в ней солей;

3) скорость движения воды в каналах должна быть не менее 2 м/с для того, чтобы предотвратить возникновение локальных перегревов.

Расход воды, обеспечивающий выполнение первого условия, определяется следующим образом. Сначала выбором или расчетом определяются исходные данные:

– температура воды на входе в кристаллизатор (принимаем 20⁰С);

– температура воды на выходе из кристаллизатора (принимаем 42⁰С);

– перепад температур воды в кристаллизаторе ∆t_в (42–20 = 22⁰С);

– средний перепад температуры между температурой жидкого металла и температурой поверхности кристаллизующейся заготовки ∆t (принимаем 370⁰С);

– средняя толщина слоя затвердевшего металла в кристаллизаторе ξ₀:

,

где К_з – коэффициент затвердевания, мм/мин^0,5;

τ – продолжительность затвердевания, мин;

h – расстояние до середины кристаллизатора, м;

- рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин.

Принимаем величину коэффициента затвердевания К_з = 26 мм/мин^0,5.

Расчет ведем для середины кристаллизатора. Длина кристаллизатора по заданию 950 мм. Рабочая скорость вытягивания – 0,76 м/мин. Кристаллизатор заполняют не полностью. Принимаем, что уровень жидкого металла в кристаллизаторе составляет 850 мм, т.е. расстояние до середины кристаллизатора составит 425 мм.

Тогда:

 мм.

После этого вычисляется средняя плотность теплового потока от заготовки к кристаллизатору:

,

где  – средний тепловой поток, Вт/м²;

 – коэффициент теплопроводности затвердевшего металла, Вт/(м∙град).

Принимаем следующее значение коэффициента теплопроводности Вт/(м∙град).

Тогда:

 кВт/м².

Затем вычисляется расход воды, обеспечивающий принятую температуру ее на выходе из кристаллизатора:

,

где  – расход воды на кристаллизатор по рассматриваемому условию, м³/ч;

- площадь поверхности кристаллизатора, воспринимающая тепловой

поток, м²;

 – плотность воды, кг/м³;

С_В – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг∙град).

Найдем площадь поверхности кристаллизатора:

= =2,68 м².

Получим:

м³/ч.

Расход воды, обеспечивающий выполнение второго условия – заданную скорость ее движения в каналах кристаллизатора, определяется по формуле:

,

где  – расход воды на кристаллизатор, м³/ч;

 – диаметр канала, м;

 – скорость движения воды, м/с;

 – количество каналов.

Вычислим количество каналов, по которым течет вода для охлаждения кристаллизатора. Для этого найдем периметр верха кристаллизатора:

Р = 2∙(260+1326) = 3172 мм.     

Расстояние от центра одного канала до центра следующего:

45 + 20 = 65 мм.

Количество каналов:

m = 3172/65 = 49 шт.

Тогда:

 м³/ч.

После вычисления требуемого расхода воды, исходя из первого и второго условия, принимаем больший из них, т.е. 138,5 м³/ч.