Для теплотехнічного розрахунку ЗВО задаються: V - швидкістю розливання і геометричними розмірами кожної зони охолодження (- довжина зони).
За заданими V і довжинах зон охолодження () визначають час входу злитку в зону охолодження () і час виходу з неї, де i - порядковий номер зони охолодження.
За законом кореня квадратного або за величинами тепловідведення (Qотв) визначають товщину скоринки на виході з кристалізатора.
За рівняння (15) розраховують на виході з даної секції ЗВО.
Для визначення поверхні зрошення вводять поняття ступеня зрошення, є відношенням зрошуваної поверхні () до загальної поверхні зони охолодження ( F ):
В
Коефіцієнт при відомій довжині зони охолодження визначають як відношення середньої ширини рідкої лунки в зоні охолодження до ширини злитку:
(20)
де - середня товщина скоринки в зоні охолодження, м.
За рівняння (16) знаходимо величину.
За рівняння (14) знаходимо коефіцієнти тепловіддачі a для відрізка часу і.
Далі виходячи з припущення про квазілінійного зміни a від часу визначимо усереднене значення:
В
Величина залежить від щільності зрошення за рівнянням:
(21)
де - щільність зрошення поверхні злитка, м3/м2 В· з
- початкове значення коеф. тепловіддачі, Вт/(м2 В· К)
- досвідчений коефіцієнт, (Вт В· с)/(м3 В· К).
За досвідченим даними = 120-160 Вт/(м2 В· К).
= 35-40 (Вт В· с)/(м3 В· К) - для МБЛЗ з вигнутою технологічної віссю.
= 60-100 (Вт В· с)/(м3 В· К) - для вертикальних МБЛЗ.
З рівняння (18) з урахуванням знайденої раніше знаходять среднеінтегрірованную щільність зрошення в даній секції.
Прийнявши Кі = 1, тобто ступінь використання води для охолодження заготовки рівної 100%, запишемо рівняння:
(22)
де - витрата води на секцію, м3/с
- щільність зрошення, м3/м2
- площа зрошення, м2.
З цього рівняння знаючи, і Ки = 1 визначаємо - витрата води на охолодження в даній секції, м3/с.
Розрахунок кількості форсунок в секції
Схема розташування форсунок в ЗВО обумовлена ​​конструкцією секції роликової підтримуючої системи.
Число горизонтальних рядів форсунок (М) зазвичай вибирається рівним числу межролікових проміжків в даній секції.
Число форсунок (N1) в одному горизонтальному ряду залежить від середньої ширини зрошуваної поверхні даної зони охолодження і визначається з умови, коли факели форсунок охоплюють всю необхідну ширину зони зрошування. Для верхніх секцій ЗВО, яким відповідає велика ширина зони охолодження, на практиці застосовують установку 2 х або 3 х форсунок в горизонтальному ряду, в нижніх секціях ЗВО встановлюють по одній форсунці в ряду .
Загальне число форсунок в секції ЗВО кратно числу межролікових проміжків:
N = N1 В· M
З іншого боку величина N пов'язана з пропускною здатністю однієї форсунки і загальною витратою води на зону охолодження:
G = Gф В· N (23)
З рівняння (23) визначаємо витрату води, що припадає на одну форсунку:
Gф = G/N
Для розбризкування охолоджуючої води використовують два види форсунок: плоскофакельние і крупнофакельние.
Пропускна здатність форсунки (Gф) пов'язана з тиском води перед форсункою залежністю
Gф = К0
гдеК0 - постійний коефіцієнт, що залежить від типу форсунки, м3/(с В· МПа0, 5).
Робочий діапазон зміни тиску становить 0,05-0,6 МПа.
По певному витраті води на одну форсунку і заданому коефіцієнту К0 знаходять - тиск води перед форсункою.
Зона повітряного охолодження
Наприкінці ЗВО після закінчення затвердіння заготівлі припиняється примусове водяне охолодження. Заготівля вступає в зону вільного охолодження на повітрі, за рахунок тепловіддачі випромінюванням і вільної конвекції, причому більша частина тепла передається випромінюванням. p> Щільність теплового потоку (Вт/м2) при охолодженні на повітрі описується рівнянням:
(24)
де - ступінь чорноти металу (0,9)
- ступінь Стефана-Больцмана = 5,67 '10-12 Дж В· см-2 В· сек-1 В· град-4
Тп і Тв - температура поверхні злитка і навколишнього повітря, В° К
AК - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м2К).
Рівняння (24) можна записати в узагальненому вигляді:
(25)
де - сумарний коефіцієнт тепловіддачі.
У разі вільної конвекції величина залежить від температури поверхні злитка:
tп В° С50070080090010001100
, Вт/(м2К) 38577297120150
У разі вимушеної конвекції коефіцієнт тепловіддачі можна визначити за емпіричними залежностями:
ак = 6,16 +4,18 при ВЈ 5 м/с
ак = 7,52 при> ...
