После выхода заготовки из роликовой проводки МНЛЗ осуществляется её порезка на слябы мерной длины. Слябы с каждого ручья складываются в пачку из двух слябов и подаются на рольганг-тележку. Затем слябы передаются на приемно-транспортный рольганг склада слябов. Перед контролем качества поверхности слябов, отлитых на машинах непрерывного литья, слябы охлаждаются в штабелях. При этом теряется значительное количество тепла. Для разработки мероприятий по утилизации теплоты на холодном складе необходимо выполнить расчет баланса теплоты на технологической линии МНЛЗ. С этой целью в данной работе использовали математическую модель затвердевания и охлаждения заготовки [1]. Эту модель дополнили расчетом величин Q0, Qкр, QЗВО – количеств тепла, поступившего в заготовку и ушедшего с поверхности в районе кристаллизатора и ЗВО, соответственно, по формулам:
(1)
(2)
(3)
Уравнение баланса теплоты в заготовке 
имеет вид:
Это уравнение можно использовать для определения количества тепла, ушедшего от сляба при охлаждении на воздухе, Qвозд:
Обозначим доли приведенных статей баланса следующим образом:
В формулах (1)–(3) приняты обозначения: T0 – температура металла, поступающего в кристаллизатор; v – скорость разливки; ρ – плотность стали; с – теплоемкость стали; А, В – ширина и толщина сляба; Тср – температура среды; qу, qш – удельные количества тепла с узкой и широкой граней слитка; L – теплота кристаллизации стали.
В данной работе на основе приближенного аналитического решения задачи затвердевания слябовой заготовки [1] разработали также инженерную методику расчета статей баланса теплоты в заготовке.
Методика включает последовательное определение следующих величин:
время пребывания сечения заготовки в кристаллизаторе:
перегрев жидкой стали:
эффективная теплота кристаллизации:
коэффициент температуропроводности стали:
критерий и коэффициент затвердевания заготовки в кристаллизаторе (i = 1) и в ЗВО (i = 2), соответственно:
толщина корки на выходе из кристаллизатора:
продолжительность затвердевания заготовки:
глубина жидкой фазы в затвердевающей заготовке:
коэффициент теплоотдачи излучением от поверхности заготовки:
коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции воздуха:
критическое значение α* (или коэффициент теплоотдачи в конце ЗВО):
толщина корки заготовки на выходе из ЗВО:
момент времени, соответствующий выходу заготовки из ЗВО:
расстояние от мениска до выхода из ЗВО:
если 
то 
длина ЗВО:
Количество теплоты, ушедшее от заготовки в кристаллизаторе:
Количество теплоты, ушедшей в ЗВО:
Статьи баланса теплоты, отводимой от заготовки в разных зонах МНЛЗ
|
Участки охлаждения заготовки |
Скорость разливки |
|||||||
|
0,8 м/мин |
1,2 м/мин |
|||||||
|
Расчет по модели |
Инженерная методика |
Расчет по модели |
Инженерная методика |
|||||
|
Q, МВт |
Доля, % |
Q, МВт |
Доля, % |
Q, МВт |
Доля, % |
Q, МВт |
Доля, % |
|
|
Кристаллизатор |
2,78 |
7 |
2,7 |
6,67 |
3,00 |
5,1 |
3,3 |
5,4 |
|
ЗВО |
11 |
28 |
11,7 |
28,9 |
20,00 |
33,9 |
19,5 |
31,5 |
|
На воздухе |
25,99 |
65 |
26,1 |
64,43 |
36,00 |
61 |
39,2 |
63,1 |
|
Итого |
100 |
100 |
100 |
100 |
||||
Количество поступившей в заготовку теплоты и доли теплоты определяются по вышеприведенным формулам. Здесь: λ – теплопроводность стали; Тп1, Тп2 – температуры поверхности в районе кристаллизатора и ЗВО, соответственно; Нa – длина активной части кристаллизатора (от мениска до нижнего края кристаллизатора); НЗВО – длина ЗВО.
Математическую модель и инженерную методику расчета использовали для определения долей теплоты, отводимых от слябовых заготовок в разных зонах МНЛЗ для различных скоростей разливки. Моделирование и расчеты выполнены для размеров сляба 1,2×0,25 м и при скоростях разливки 0,8 м/мин и 1,2 м/мин. Результаты расчета статей баланса представлены в таблице.
Как следует из таблицы, доли тепла, отводимого в кристаллизаторе и зоне охлаждения на воздухе, уменьшаются при увеличении скорости вытягивания. Доля тепла в ЗВО при увеличении скорости, наоборот, увеличивается. Различие результатов прогноза статей баланса по инженерной методике по сравнению с точной методикой не превысила 3 %. Полученные данные хорошо согласуются с результатами экспериментальных исследований [2].
Таким образом, разработанные методики расчета баланса позволяют оценить максимальное количество теплоты заготовки, поступающей на холодный склад сталеплавильного производства, и экономическую эффективность разработки способов энергосбережения на складе.