* di * Hi; (4)
а загальна довжина струменя:
(5)
де G - маса разливаемой плавки; ?- Густина рідкої сталі.
Таким чином отримуємо,
(6)
Тривалість t, контакту рухомій струменя металу з повітрям залежить від відстані Hi, між нижнім зрізом колектора (стакана-дозатора) і місцем входу струменя в метал, а також від лінійної швидкістю струменя? i:
. (7)
Лінійна швидкість (8)
Де m - масова швидкість розливання.
Підставляючи рівняння (5) в рівняння (6), отримуємо:
. (9)
Масова швидкість розливання металу визначається за формулою:
. (10)
Тут?- Коефіцієнт витрати струменя металу, прийнятий рівним одиниці; g - прискорення вільного падіння; H - висота металу в ковші.
Ступінь окислювання елементарних об'ємів металу залежить від тривалості їх контакту з атмосферою, а тривалість контакту, у свою чергу, - від швидкості циркулюючих потоків.
При розливання зверху метал на поверхні переміщується від стінок посудини (проміжного ковша, кристалізатора) до середини. Швидкість циркулюючого потоку можна визначити з умови його нерозривності:
, (11)
або, (12)
де? max - максимальна швидкість підйому циркулюючих обсягів металу уздовж стінок ковша (кристалізатора); S - площа дзеркала металу.
Згідно з експериментальними даними різних дослідників,
, (13)
де d - діаметр струменя, що входить в метал. Тоді
. (14)
Тривалість контакту з атмосферою 1 см2 дзеркала металу в проміжному ковші розраховується за виразом:
(15)
Результати розрахунку площі поверхні і тривалості контакту рідкого металу з атмосферою в конкретних умовах розливання наведено в табл. 13.
Таким чином, розрахунки показали, що більш тривалий контакт з повітрям припадає на дзеркало металу в проміжному ковші і кристалізаторі. Це призводить не тільки до окислення, але і до значного охолодження локальних обсягів металу.
Таблиця 13. Умови контакту металу з атмосферою і дифузійне поглинання кисню металом при безупинному лиття заготовок
Область контактаВремя, мінУдельная поверхню контакту, м2/тПоглощено кисню,% * 10-5Струя між сталерозливних і проміжним ковшамі0,002838.8889Зеркало металу в проміжному ковше0.140002.47384Струя між проміжним доовшом і крісталлізатором0.0033013,33190Зеркало металу в крісталлізаторе0.078004,46254Ітого- - 917Прім .: - Розрахункові концентрації кисню, що знаходяться в рав-ги з Al, Si і Mn становлять відповідно 163,456 і 851% 10-5
Струмені металу в ході технологічних переливів мають більш розвинену поверхню контакту з атмосферою, але меншу його тривалість. Слід, однак, пам'ятати, що при русі струменя поверхня її контакту з повітрям може збільшуватися у багато разів за рахунок розбризкування та деформацій геометричної форми. В цілому ж всі ділянки контакту металу з атмосферою потребують обов'язковому захисту від вторинного окислення (мал.37):
стик між колектором і погружной трубою на ділянці «сталерозливних ківш - проміжний ківш»;
дзеркало металу в проміжному ковші;
стик між склянкою-дозатором і занурювальним склянкою на ділянці «проміжний ківш - кристалізатор»:
дзеркало металу в кристалізаторі.
Рис. 37. Загальна схема переміщення стали при розливанні на МБЛЗ і способи її захисту від вторинного окислення: 1 - колектор; 2 - захисна труба; 3 - стопор; 4 - проміжний ківш; 5 - склянка-дозатор; 6 - погружной стакан; 7 - кристалізатор; 8 - розподільне кільце для подачі аргону; 9 - теплоізолююча суміш; 10 - шлакоутворюючих суміш; 11 - кільце для подачі аргону.
Примірну кількісну оцінку поглинання кисню повітря рідкої сталлю можна зробити, використовуючи закони дифузії в газових турбулентних потоках. Кількість речовини, що пройшов через поверхню розділу в метал з газу, можна визначити з відомого рівняння:
=? диф (Сс - Сf) F, (16)
Де? диф - швидкість переходу речовини в поверхневий шар потоку шляхом дифузії: СC, Сf - середня концентрація речовини відповідно в потоці і на поверхні розділу; F - площа поверхні потоку.
Значення? диф розраховується наступним чином:
? диф=D /?, (17)
Тут D - коефіцієнт дифузного речовини:?- Товщина дифузного шару.
Оскільки значення? невідома, то швидкість? диф можна приблизно визначити, виходячи з подібності законів дифузії і теплопередачі конвекцією:
(18)
Тоді рівняння...
