Теорiя розливання та кристалiзацii сталi

 Dt_с.р.. = ( Q_в.р.  + Q_к.р.)/(С_м × М_з)                                 (27)

Dt_с.р.. = ( 2687,4  + 172,8_.)/(0,836 × 11000) = 0,3 ^оС

      Втрати  тепла дзеркалом металу у виливниці  під час її наповнення:

Q_в.дз.р.. = 20,5 × 0,85 × 0,8 × 0,6 × 0,0247 × 0,7 (18,238⁴ – 3,03⁴) = 15987,7 кДж

      Q_к.дз.р. = 9,2 × 0,85 × 0,8 × 0,0247  × 0,7 (1823,8 – 303)^1,25 = 2289 кДж

      Тепло, відведене від рідкого ядра зливка оцінюється як різниця між теплом, переданим виливниці Q_вил. і теплом, яке утворилося в наслідок кристалізації та охолодження затверділої під час наповнення виливниці скоринки зливка Q_кр.:

          DQ_я = ( Q_вил. - Q_к.р.)                                           (28)

      Тепло, передане виливниці оцінюється за формулою:

      Q_вил. = [a · b · q_ср.д.+ 0,5( a + b) · h_з · q_ср.с.] · τ_р.з.                             (29)

де q_ср.д і q_ср.с. – середній тепловий потік через днище і стінки виливниці, кВт/м²; a, b і h_з – параметри зливка, м; τ_р.з. – тривалість відливання зливка, с.

      Під час наповнення виливниці в перші 1,5 хв. тепловий потік від зливка до виливниці змінюється від 2000 до 1000 кВт/м² [1].

Q_вил. = [0,85 · 0,8 · 1500_.+ 0,5(0,85 + 0,8) · 2,95 · 1750_.] · 1,48 · 60 = 468780,8 кДж

      Виділене  тепло кристалізації та охолодження  затверділої частини зливка під  час наповнення виливниці обчислюється за формулою:

                        Q_кр. = М_зз [L + 0,5 · C_т.м.(t_s - t_п.з)]                                (30)

де М_зз – маса затверділої частини зливка під час наповнення виливниці, кг;

L –  теплота кристалізації, кДж/кг;  C_т.м.= 0,7 кДж/(кг.К) – теплоємність твердої сталі;  t_s – температура солідус, ^оС;  t_п.з – температура поверхні зливка на початку його кристалізації ^оС.

      Масу  затверділого зливка оцінюємо за формулою:

                        (31)

де К = 0,025 м/хв^0,5 – коефіцієнт твердіння; = 7800 кг/м³ – щільність твердого металу.

1316,02 кг

      Теплота кристалізації змінюється від 327 кДж/кг при вмісті в сталі 0,16% вуглецю  до 252 кДж/кг при 0,5 % вуглецю. Для сталі  з 0,19% вуглецю вона складає 320 кДж/кг.

      Температура кінця кристалізації обчислюється за формулою:

t_s = 1534 - Δt_s(C) - Δt_s(Mn) ) - Δt_s(Si)                            (32)

де зниження температури солідус за рахунок  присутніх елементів обчислюється за формулами:

Δt_s(C) = 1,0689 · С_а² – 40,9015 · С_а                          (33)

Δt_s(Mn) =  0,0937 · Mn²_а – 7,643                                (34)

Δt_s(Si) = -0,0525 · Si²_а – 9,8242 · Si _а                             (35)

де С_а, Mn_а і Si_а – атомні долі елементів в сталі, які розраховуються за формулою типу:

С_а = С : А_м : [0,01 · C : A_м +(1 – 0,01 · С : 55,85]                            (36)

де А_м  - атомна маса елемента; С – вміст елемента в сталі, %.

С_а = 0,19 : 12 : [0,01 · 0,19 : 12 +(1 – 0,01 · 0,19) : 55,85] = 0,878

Mn_а = 0,85 : 54,9 : [0,01 · 0,85 : 54,9 +(1 – 0,01 · 0,85) : 55,85] = 0,865

Si_а = 0,3 : 28,1 : [0,01 · 0,3 : 28,1 +(1 – 0,01 · 0,3) : 55,85] = 0,595

Δt_s(C) = 1,0689 · 0,878² – 40,9015 · 0,878=-35,1 ^оС

Δt_s(Mn) =  0,0937 · 0,865² – 7,643 = -7,6 ^оС

Δt_s(Si) = -0,0525 · 0,595² – 9,8242 · 0,595 = -5,9 ^оС

      t_s = 1534 – 35,1 – 7,6 - 5,9 = 1485,4 ^оС

      Температура поверхні зливка в перші 1,5 хв. знаходиться  в межах 

t_п.з. =1500 – 1250  ^оС.

Q_кр. = 1316,02 [260 + 0,5 · 0,7(1485,4 - 1375)] = 393016,2 кДж

ΔQ_я. = 468780,8–393016,2= 75764,5 кДж

      Зниження  температури рідкої сталі у виливниці  під час її наповнення обчислюється за формулою:

Δt_вил. = (ΔQ_я + Q_в.дз.р.+ Q_к.дз.р.) / (С_м · М_я)                               (37) 

де М_я – маса рідкої сталі в кінці наповнення виливниці, кг

М_я  = М_з – М_зз = 11000 – 1312,02 = 9683,98 кг                      (38)  

Δt_вил.= (75764,5 + 15987,7 + 2289)/(0,836 · 9683,98) = 11,6 ^оС

      Загальне  зниження температури металу в струмені і виливниці складає

Δt_с.р. + Δt_вил = 0,3 + 11,6 = 11,9 ^оС

      За  формулою (1) розрахункова температура  металу перед випуском сталі складає:

t_вип.= 1512 + 25,6 + 0,39 + 10,3 + 0,9 +11,9 +11,9 = 1573 ^оС 

Висновок

      Розрахована температура металу перед випуском плавки менш ніж на 17^оС відрізняється від раніше прийнятої, тому перерахунки не потрібні. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДУЄМОЇ ЛІТЕРАТУРИ 

1. Розливання  і кристалізація сталі: навчальний посібник        /В.І.Баптізманський, Л.С.Рудой, Є.І.Ісаєв, Ю.М.Яковлєв, Г.М.Ковальов, В.П.Шевченко. – К.: Вища школа, 1993. – 267 с.
2. Повышение эффективности производства стальных слитков. Баптизманский В.И., Поживанов А.М., Исаев Е.И., Огурцов А.П., М.: Металлургия, 1992. – 223 с.