钢锭脱模后在保温设备内的热过程计算和分析.pdf_大学文库

北京钢铁学院学报年第期口，目日月门日，‘，钢锭脱模后在保温设备内的热过程计算和分析热能系高仲龙张欣欣摘要建立了保温设备内钢锭热过程的数学模型，经实测验证，数学模型可用。举例计算并分析了保温设备对钢锭的保温和节能效果，探索了高温液芯钢锭装保温设备均热后直送初轧机轧制的可能性，讨论了保温设备的砌筑材料和壁厚对节能效果的影响。一、概述钢锭脱模后若不能马上装炉加热，放在大气中将迅速冷却降温，损失大量的热能。冷却后的钢锭再装炉时，则要延长加热时间，炉子燃耗也要增加。如果钢锭脱模后立刻装入保温箱、保温车、保温坑或保温罩等保温设备内参看图，可以减少钢锭的散热损失，钢锭的温降减慢，其节能效果显著。为了掌握钢锭在保温设备内温变过程的规律，需要建立该过程的数学模型，结合保温设备的具体情况对数学模型进行数值求解，分析计算所得数值，可以得出一些对生产实际有参考价值的结论。份 “ ” ‘ 刁叼 …产洲尸尹尸尸洲，，刀，图钢锭在保温设备内冷却简图二、数学模型一些假定假定钢锭的钢种相同，同时浇注，同时装入保温设备内，各钢锭在锭模内外，在保温设备内，其边界上的冷却条件相同，均为对称冷却，从传热角度把方型断面钢锭作为无限长圆柱体的几何条件处理，属于一维热传导问题。把扁锭作为无限长矩形断面柱体的几何条件处理，属二维热传导间题。当然方型断面亦可用二维热传导问题处理，比一维方法的计算更精确，只是计算工作量显著增多，一般工程计算用一维方法基本上可以满足需要、保温设备的壁厚比其长、宽尺寸要小得多，故可把壁内的导热作为无限大平板一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．03．005

将匕述基本方程置换为差分方程进行数值求解，参看〔〕、〔〕和〔〕。模拟钢锭浇注后模内、模外和保温设备内温变的实际过程，编制计算程序，上计算机计算，即可得到任意情况下的数值解。三、数学模型的验证用放在保温车内的硅钢板坯温变的实测数据验证计算结果〔〕。硅钢板坯的尺寸为毫米。在保温车内放置情况见图。堆成两垛，每垛四块，保温车的内部尺寸为。毫米，车的壁厚为“ 毫米，在壁的内外铁皮中衬以轻质粘土砖。硅钢板坯装车的平均温度为 ℃ 。按所建立的数学模型计算在保温车内板坯的温降，计算结果与实测数据均列入图中。由图可见，计算与实测数据吻合，其误差情况列在表中，计算与实测平均温度的最大相对误差为，说明所建立的数学模型是正确可靠的。摄度 ℃ ‘ 卜、火 ‘ 实侧结果参看图绝缘材料 ‘ 。飞‘ 从计井结果盛 ‘ 执‘ 时间附名的叮只丫‘ 图硅钢保温车简图图尽保温车测和计内硅钢板坯温降的实算结果表保温车内硅钢板坯温降的实测和计算数据一 … 一时间一、小时项目、一实测平均温度 ℃ 计算平均温度。 ℃ 相对误差四、钢锭保温设备的计算和数值分析例电炉的吨位与初轧厂的均热炉的能力不匹配，电炉冶炼三炉，浇注的钢锭才能装满一个均热炉坑。因此，前两炉炼出的钢锭要等待第三炉钢锭一起装炉，等待时间越长，钢锭温降越大，即热量损失越多，装炉后钢锭的加热时间也越长，炉子燃耗越多。由于三炉钢装均热炉的锭温不同，也给炉子操作带来不便。此外，如现场要求锭模周转快，前两批钢锭

还要早脱模，空冷待装，锭温的下降就更快，热量损失也更多。针对这个生产实际问题，设计一个保温箱，钢锭在保温箱内的放置情况参看图1。计算中一些参数选取如下：保温箱的内部尺寸：3.2×2.0×2.0米影保温箱的壁厚：轻质粘土砖116毫米+石棉板20毫米，装入保温箱内的钢锭数：12根影钢锭尺寸：50×450×1280毫米， 550×550 锭重：3吨；钢种，45#，钢的凝固潜热：64千卡/公斤：钢的凝固温度范围：1460~1500℃，钢锭的浇注温度：1570℃，环境温度：20℃，钢锭和箱壁材料的热物理参数取自〔5〕。为了研究保温箱的节能效果，计算了几种不同的工艺方案，各种方案温度心的计算结果列入表2内。由表2可知， 1500 钢锭保温箱与空冷相比，可以使钢锭纲锭断面温度少降低95~380℃，钢锭热量少损 1400 失(0.059~0.248)×10千卡，而且 1800 装保温箱时间越早，节能效果越显著， 1200 即上述数值越趋近上限值。为了形象地观察保温箱的作用，将其中三种方 1100 案的钢锭温变曲线绘在图4中。 1000 由表2还可以看出，如果钢锭在 900 模内的冷却时间超过4小时，则保温箱的作用就不十分明显了，这时，钢 800 锭就没有必要再装箱保温了。 700 模内冷却（方案1）下 b点一空气中净却（方案3A0 由计算得知，这种钢锭在模内的 600 一·一保遍设备中（方素3B) 全凝时间为90分钟。冷却例2高温液芯沸腾钢钢锭装炉 500 加热和轧制，将大幅度地提高均热炉 400 全凝时刻产量和降低燃料消耗〔6〕，这是因为 300 60 120 180 240 300 液芯凝固时释放出来的大量潜热，可 0 时间，分以均热钢锭自身。如果装炉钢锭温度图4不同冷却方案的钢锭温变曲线过高，即液芯率过大，则要在炉内拖延足够的时间，使钢锭液芯率降到规定限额（一般为6%左右）时才能出炉轧制，为此存在一个最佳的钢锭装炉条件；即通常所说的钢锭在最佳传搁时间条件下装炉，而实际生产中不可能完全控制在最佳条件。如果现场备有钢锭保温设备用来缓冲钢锭的装炉时刻，争取最佳 37

还要早脱模，空冷待装，锭温的下降就更快，热量损失也更多。针对这个生产实际问题，设计一个保温箱，钢锭在保温箱内的放置情况参看图。计算中一些参数选取如下保温箱的内部尺寸米多保温箱的壁厚轻质粘土砖毫米石棉板毫米，装入保温箱内的钢锭数根，钢锭尺寸毫米锭重吨钢种井钢的凝固潜热千卡公斤钢的凝固温度范围 ℃，钢锭的浇注温度 ℃ 环境温度 ℃ 钢锭和箱壁材料的热物理参数取自〔〕。为了研究保温箱的节能效果，计算了几种不同的工艺方案，各种方案温度的计算结果列入表内。由表可知，钢锭保温箱与空冷相比，可以使钢锭温度少降低一 ℃ ，钢锭热量少损失 “ 千卡，而且装保温箱时间越早，节能效果越显著，即上述数值越趋近上限值。为了形象地观察保温箱的作用，将其中三种方案的钢锭温变曲线绘在图中。由表还可以看出，如果钢锭在模内的冷却时间超过小时，则保温箱的作用就不十分明显了，这时，钢锭就没有必要再装箱保温了。由计算得知，这种钢锭在模内的全凝时间为分钟。例高温液芯沸腾钢钢锭装炉加热和轧制，将大幅度地提高均热炉产量和降低燃料消耗〕，这是因为液芯凝固时释放出来的大量潜热，可以均热钢锭自身。如果装炉钢锭温度过高，即液芯率过大，则要在炉内拖七心上份吸介压八﹄曰八甘︸八甘山 ‘ 全凝时刻。。右于间，分图不同冷却方案的钢锭温变曲线延足够的时间，使钢锭液芯率降到规定限额一般为左右时才能出炉轧制，为此存在一个最佳的钢锭装炉条件，即通常所说的钢锭在最佳传搁时间条件下装护，而实际生产中不可能完全控制在最佳条件。如果现场备有钢锭保温设备用来缓冲钢锭的装炉时刻，争取最佳

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几种方案的计算结果列入表3中。图5是钢锭在保温箱内的温变情况，温度（℃）图6反映了不同的保温材料和不同的1500 A耐火纤维 200mm 壁厚对钢锭表面温度的影响。由表3、1400 B耐火纤维 100mm C耐火纤维 60 mm 图5和图6所反映的结果可以看出： 1.如果钢锭浇注后到装入保温 1300 轻质粘土砖116mm 石箱板20血m 设备之前这段时间在40~70分钟以120叶内，再经保温设备保温30~100分钟 1100 后，钢锭就具备直送初轧机轧制的条 1000 件，可以完全节约均热炉的燃料消耗，获得巨大的节能效果。 900 2.使用轻质粘土砖+石棉板与 0 20406080100120140160180200 时间（分）使用陶瓷纤维的效果差别很大，在相同的冷却条件下后者可使钢锭表面温图6不同保温材料和壁厚对保温箱内钢锭表度比前者提高150℃以上。面温度的影响 3。计算初步表明，使用耐火纤维时，壁厚在60~200毫米之间其节能效果差别较小，钢锭表面温度相差在30℃以内，因此，陶瓷纤维厚以60~100毫米为宜。以所建立的数学模型为基础，考虑到设计投资和平时操作可以得出保温设备的最佳结构。五、结论 1.所建立的钢锭保温设备数学模型经实测验证表明是正确可靠的。 2.钢锭保温设备的节能效果是肯定的，对于均热炉配装的情况尤为明显，装入保温设备的时间越早，节能效果愈显著。 3.钢锭传搁过程控制得当，高温液芯钢锭装保温设备均热后，有可能实现不装均热炉加热，而直送初轧机轧制。 4.用陶瓷纤维做保温设备的材料比其它材料效果明显，壁厚没有必要超过100毫米，因为再加厚其节能效果并无明显改善。参考文献〔1〕钢锭凝固和冷却过程的计算，北京钢铁学院学报，1980年，第4期。〔2)扁锭凝固和冷却过程的计算，北京钢铁学院学报，1982年，第1期。〔3)钢锭加热过程的计算，北京钢铁学院学报，1983年，第1期。〔4)关于硅钢缓冷温度测定总结，武钢钢铁研究所，1982年4月。〔5)钢铁厂工业炉设计参考资料，冶金工业出版社，1979年。〔6)液芯钢锭热状态计算和数值分析，北京钢铁学院学报，1982年，第3期。〔7)工业炉最佳炉墙厚度，哈尔滨松江电炉厂工业炉设计研究所，1983年10月。 40

退度 ℃ 人耐火纤维耐火纤维耐火纤维爪爪一吞一枉质拈土砖石摄板协巨，叫耐 ‘ 耐呵科词碱几种方案的计算结果列入表中。图是铆锭在保温箱内的温变情况，图反映了不同的保温材料和不同的壁厚对钢锭表面温度的影响。由表、图和图所反映的结果可以看出如果钢锭浇注后到装入保温设备之前这段时间在分钟以内，再经保温设备保温分钟后，钢锭就具备直送初轧机轧制的条件，可以完全节约均热炉的燃料消耗，获得巨大的节能效果。使用轻质粘土砖石棉板与使用陶瓷纤维的效果差别很大，在相同的冷却条件下后者可使钢锭表面温度比前者提高。 ℃ 以上。时间分图不同保温材洲面温度的形唯计算初步表明，使用耐火纤维时，壁厚在毫米之间其节能效果差别较小，钢锭表面温度相差在 ℃ 以内，因此，陶瓷纤维厚以毫米为宜。以所建立的数学模型为基础，考虑到设计投资和平时操作可以得出保温设备的最佳结构。五、结论所建立的钢锭保温设备数学模型经实测验证表明是正确可靠的。钢锭保温设备的节能效果是肯定的，对于均热炉配装的情况尤为明显，装入保温设备的时间越早，节能效果愈显著。钢锭传搁过程控制得当，高温液芯钢锭装保温设备均热后，有可能实现不装均热炉加热，而直送初轧机轧制。用陶瓷纤维做保温设备的材料比其它材料效果明显，壁厚没有必要超过毫米，因为再加厚其节能效果并无明显改善。，考文做〔〕钢锭凝固和冷却过程的计算，北京钢铁学院学报，。年，第期。〔扁锭凝固和冷却过程的计算，北京钢铁学院学报，年，第期。〕钢锭加热过程的计算，北京钢铁学院学报，年，第期。〔〕关于硅钢缓冷温度测定总结，武钢钢铁研究所，年月。〔〕钢铁厂工业炉设计参考资料，冶金工业出版社，年。〕液芯钢锭热状态计算和数值分析，北京钢铁学院学报，年，第期。〕工业炉最佳炉墙厚度，哈尔滨松江电护厂工业炉设计研究所，年月