Расчет теплообмена между непрерывнолитым слитком и теплоизолирующим устройством с помощью математического моделирования

Abstract

Описывается энергосберегающая технология, позволяющая повысить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов при непрерывной разливке стали. Предлагается использовать теплоту расплава непрерывнолитого слитка, что позволит уменьшить или исключить его нагрев перед прокаткой. Для этого разработана математическая модель рационального охлаждения непрерывнолитого слитка в машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) с применением теплоизолирования в зоне воздушного охлаждения. Описываются материалы теплоизолирующего устройства и его конструктивное применение в технологической схеме МНЛЗ. Для расчета теплообмена между слитком и теплоизоляционным устройством совместно решены задачи охлаждения слитка и разогрева теплоизоляционной конструкции. Составлен тепловой баланс зоны теплоизолирования. Проанализировано взаимодействие тепловых потоков между слитком и теплоизолирующим устройством с помощью математического моделирования. По результатам моделирования можно сделать вывод о том, что при использовании зоны теплоизолирования затвердевание слитка происходит при скоростях до 1,3 м/мин. При более высоких скоростях вытягивания для полного затвердевания слитка перед порезкой необходимо увеличить интенсивность охлаждения в зоне вторичного охлаждения (ЗВО). Среднемассовая температура возрастает на 160–260 °С. По полученным данным можно сделать вывод: при использовании теплоизоляции происходит термостатирование слитка, разность температур между поверхностью и центром уменьшается на 100–220 °С по сравнению с воздушным охлаждением, т. е. экономия теплоты составляет около 30 %. The article describes energy saving technology, which allows to increase the efficiency of fuel and energy resources use in the continuous casting of steel. It is proposed to use the heat of the melt of a continuously cast ingot, which will reduce or eliminate its heating before rolling. For this purpose, a mathematical model of rational cooling of a continuously cast casting in a continuous casting machine with the use of heat insulation in the air cooling zone was developed. Materials of a heatinsulating device and its constructive application in the technological scheme of CCM are described. To calculate the heat transfer between the ingot and the heat insulating device, the problems of cooling the ingot and heating the heat-insulating structure are solved together. The thermal balance of the heat insulation zone was compiled. The interaction of heat flows between the ingot and the heat insulating device is analyzed using mathematical modeling. Based on the simulation results, it can be concluded that when using the thermal insulation zone, the ingot solidification occurs at speeds up to 1.3 m / min. At higher drawing speeds, to fully solidify the ingot before cutting, it is necessary to increase the cooling intensity in the secondary cooling zone (SCZ). The average mass temperature increases by 160–260 °С. According to the data obtained, it can be concluded that when the thermal insulation is used, the ingot is thermostatted, the temperature difference between the surface and the center is reduced by 100–220 °С compared to air cooling, that is, the heat saving is about 30%.