Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 4.5

Оценка эффективности снижения тепловых потерь в промковше при использовании теплоизолирующей смеси на основе золы рисовой шелухи

Для поддержания стабильности процесса литья весьма важным является поддержание температуры стали в промковше в течение разливки с учетом замены сталеразливочных ковшей. Одним из основных источников потерь тепла сталью в промковше является зеркало металла, имеющее развитую поверхность. Поэтому для снижения потерь тепла зеркало металла утепляется специальными теплоизолирующими смесями (ТИС). Выбор ТИС является многофункциональной задачей, в процессе решения которой следует учитывать ее химическое взаимодействие с футеровкой промковша (то есть, повышенный износ футеровки в зоне шлакового пояса), удельный расход, теплоизолирующие свойства, поведение ТИС во времени (по ходу разливки), технологические свойства (ТИС не должна быть источником неметаллических включений, попадающих в сталь, а также предотвращать вторичное окисление стали), воздействие на окружающую среду и пр.

На практике установлено, что при использовании золы рисовой шелухи потери тепла в промковше сокращаются в 1,5-2 раза в сравнении с использованием синтетических шлакообразующих смесей. Существуют различные версии композиционного состава теплоизолирующих смесей на основе золы рисовой шелухи (ТИС-ЗРШ), которые отличаются незначительными добавками других растительных отходов (например, зола подсолнечниковой лузги и т.п.). Однако наилучшие результаты, как правило, обеспечивает чистая зола рисовой шелухи. По ходу разливки она практически не расходуется, сохраняя свои свойства, в том числе и низкую насыпную плотность. Ее физические характеристики практически не меняются в результате ассимиляции всплывающих неметаллических включений, попадания шлака из сталеразливочного ковша и разрушения футеровки.

При контакте с жидкой сталью она быстро формирует жидкую пленку толщиной 5-7 мм, которая резко уменьшает поглощение кислорода и азота сталью. В то же время это покрытие поглощает неметаллические включения, находящиеся в жидкой стали, препятствуя образованию настылей в промежуточных ковшах. При этом нерасплавившаяся часть ТИС-ЗРШ располагается на поверхности в виде рыхлой субстанции, что обеспечивает эффект максимальной теплоизоляции.

Между тем, как показали наблюдения, выполненные авторами, технологические и эксплуатационные свойства ТИС-ЗРШ могут значительно колебаться в зависимости от поставщика этого продукта. Вероятно, это следует рассматривать как следствие использования для получения золы продукции (рисовой шелухи) из различных регионов мира и применения различных технологий термической обработки. При этом основной экспорт рисовой шелухи осуществляется из США, стран Юго-Восточной Азии и Индии.

Как правило, поставщики ТИС-ЗРШ не предоставляют покупателю информации о теплофизических свойствах продукта, ограничиваясь только общей информацией об основных эксплуатационных показателях, что в принципе затрудняет для потребителей идентификацию используемого материала. Соответственно, целью настоящей работы было сравнение показателя температуропроводности ТИС на основе золы рисовой шелухи, которые используются различными поставщиками.

Изменение температуры металла в промковше при использовании ТИС-ЗРШ и синтетической ТИС отечественного происхождения выполнено для сортовой высокоскоростной шестиручьевой МНЛЗ. Разливка осуществлялась открытой струей без применения защитной трубы, что следует рассматривать как наиболее дискомфортные условия для работы ТИС вследствие ее перемешивания падающей струей. Среднее падение температуры стали за плавку при разливке под ТИС-ЗРШ составило 2,5 oС, а при разливке под синтетической ТИС – 5 0С [354]. Обращает на себя внимание и тот факт, что ТИС-ЗРШ сохраняет свои теплоизолирующие свойства в течение всей серии разливки. Судя по визуальным наблюдениям, это объясняется тем фактом, что верхний слой золы рисовой шелухи практически полностью сохраняет свои изначальные кондиции (низкая плотность и сыпучесть) по ходу разливки. В то же время синтетическая ТИС постепенно проплавляется и смешивается со шлаком, попадающим из сталеразливочных ковшей, теряя при этом свои эксплуатационные свойства.

Для оценки свойств теплоизолирующих смесей на основе золы рисовой шелухи были отобраны 3 различных продукта, используемых на металлургических заводах Украины, и одна синтетическая ТИС (таблица 4.1). В качестве основного критерия тепловой работы ТИС-ЗРШ был принят показатель температуропроводности.

Для определения температуропроводности исследуемых материалов использовали известный лабораторный метод [355, 356], который основан на решении дифференциального уравнения теплопроводности для цилиндра бесконечной длины при симметричном нагреве относительно его оси

Таблица 4.1 – Некоторые физические свойства и химический состав исследованных теплоизолирующих смесей

Некоторые физические свойства и химический состав исследованных теплоизолирующих смесей

Аналитическое решение уравнения (4.1) имеет вид

Для определения коэффициента температуропроводности термограмму, полученную описанным ниже экспериментальным методом, разбивали на m участков с интервалом 10 oС (по оси температуры). Скорость нагрева на каждом участке считали постоянной. Уравнение (4.3) в этом случае принимает вид

Скорость нагрева на k-том участке определяли следующим образом

Таким образом, для расчета коэффициента температуропроводности в зависимости от температуры необходимо обладать данными по скорости изменения температуры на оси и поверхности цилиндра. Для получения такой информации выполнен ряд лабораторных экспериментов, заключающихся в следующем. Тонкостенный алундовый тигель диаметром 40 мм и высотой 150 мм заполняли исследуемым материалом. Затем в тигель помещали две термопары ВР 5/20: одну – в центре на оси цилиндра, а другую – на периферии (рисунок 4.21).

Схема реализации метода исследования температуропроводности теплоизолирующего материала

Рисунок 4.21 – Схема реализации метода исследования температуропроводности теплоизолирующего материала: 1 – термопара на оси цилиндра; 2 – термопара на поверхности цилиндра; 3 – графитовая пробка; 4 – алундовый тигель с исследуемым веществом; 5 – печь Таммана; 6 – термопара, контролирующая температуру в печи

После чего тигель устанавливали в разогретую до температуры 1500 oС печь Таммана и производили непрерывную регистрацию показаний термопар до тех пор, пока не произойдет выравнивание температур на оси и поверхности тигля. Точность выполненных измерений оценивается на уровне ±5%. Полученные экспериментальные данные использовались в уравнениях (4.4) и (4.5) и обрабатывались на компьютере. Основные результаты расчетов представлены на рисунке 4.22.

Установлено, что все испытанные ТИС имеют достаточно низкие значения температуропроводности. Однако эти низкие значения обеспечиваются в различных температурных диапазонах. Так, наименьший температурный диапазон, в котором значение температуропроводности составляет менее 0,1x10-6 м2/с, наблюдается для Nermat AF (650-920 oС) и синтетической ТИС (550-1100 oС). В то же время ТИС Feuromat S35 и Feuromat S20 обладают наименьшими значениями температуропроводности в интервале температур 400-1200 oС, что позволяет считать, что эти ТИС имеют наиболее высокие эксплуатационные свойства во всем рабочем диапазоне.

Зависимость температуропроводности золы рисовой шелухи и теплоизолирующей смеси от температуры

Рисунок 4.22 – Зависимость температуропроводности золы рисовой шелухи и теплоизолирующей смеси от температуры

Таким образом, результаты измерений коэффициентов температуропроводности для трех различных композиций золы рисовой шелухи и одной синтетической теплоизолирующей смеси показали, что в целом определенные марки ТИС-ЗРШ могут обеспечить крайне высокие эксплуатационные свойства, превосходящие синтетические аналоги. Соответственно такие ТИС-ЗРШ представляются наиболее привлекательными с точки зрения разливки стали длинными и сверхдлинными сериями.

  Раздел 4.5
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ