Технічні науки / Металургія

Усенко Ю.И.,.Иванов В.И, Сапов В.Ф., Грицай В.П.,

Моисейко Ю.В., Болюк С.В.

Национальная металлургическая академия Украины, г.Днепропетровск

Запорожская государственная инженерная академия

К расчету на ЭВМ замедленного охлаждения слитков в НЕОТАПЛИВАЕМЫХ КОЛОДЦАХ

Повышение требований к качественным показателям массивных слитков сталей специального назначения вызывает необходимость их замедленного охлаждения в рабочем пространстве неотапливаемых колодцев после выгрузки из кристаллизаторов печей ЭШП.

Однако значительная длительность операции замедленного охлаждения требует изыскания путей более производительного охлаждения металла в неотапливаемых колодцах, что обусловливает целесообразность детального исследования на ЭВМ нестационарных полей температуры в охлаждаемых слитках.

При разработке методики расчета полагали:

- равномерное распределение температуры в рабочем пространстве неотапливаемых колодцев;

- отсутствие теплообмена между теплоизолированным подом колодца и нижней гранью слитков, а также между отдельными слитками;

- наличие теплоотдачи излучением между поверхностью остальных граней слитков и кладкой рабочего пространства колодца, а также теплоотдачи конвекцией между поверхностью указанных граней слитков и средой рабочего пространства колодцев.

Задача о распределении температуры в замедленно охлаждаемых слитках прямоугольного сечения сводилась к решению двумерного уравнения теплопроводности с нелинейными коэффициентами

(1)

при начальном условии

(2)

и граничных условиях третьего рода:

- для слитков, размещаемых в центральной зоне рабочего пространства неотапливаемых колодцев

; (3)

; (4)

; (5)

- для слитков, располагаемых в периферийных зонах рабочего пространства неотапливаемых колодцев

; (6)

; (7)

, (8)

где c = c(T) - удельная теплоемкость стали, Дж/(кг×К); r = r(Т) - плотность стали, кг/м³; l = l(Т) - теплопроводность стали, Вт/(м×К);: x, y, t - пространственные и временная переменные, м, м, с; 2A, 2B - геометрические размеры слитков, м; a_изл,i, a_к,i - соответственно коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией, Вт/(м²×К); Т_м, Т_кл, Т_с - температура поверхности слитка, кладки рабочего пространства колодца и окружающей среды соответственно, К; ; ; Т_пов,0, Т_реб,0, Т_ос,0 - начальная температура поверхности, ребра и на оси слитка соответственно, К.

Значения параметров в краевых условиях (2)-(8) задавали в соответствии с технологическими режимами замедленного охлаждения слитков в колодцах.

После конечно-разностной аппроксимации задачу (1)-(8) решали методом прогонки при помощи одной из неявных схем расщепления.

Результаты расчетов на ЭВМ позволили получить поля температуры в слитках массой 10,6…11,5 т, подвергаемых замедленному охлаждению в различных областях рабочего пространства колодцев, для различных моментов времени.

Последующие эксперименты в производственных условиях показали, что предложенная расчетная схема позволяет с достаточной степенью точности (количественно и качественно) оценивать распределение температуры в замедленно охлаждаемых слитках.

Результаты расчетно-теоретического анализа теплового состояния замедленно охлаждаемых слитков использовали для изучения их термонапряженного состояния. С использованием известной методики Н.Ю.Тайца [1] по величине перепада температуры в различных сечениях слитков рассчитывали максимальные значения термических напряжений и определяли предельно допустимую скорость охлаждения металла.

Установлено, что при фактической интенсивности охлаждения металла величина термических напряжений, возникающих в слитках, значительно ниже предела прочности исследуемых сталей и практически не является фактором, ограничивающим скорость их охлаждения.

Литература

1. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. – М.: Металлургия, 1962. – 259 с.