Зона вторичного охлаждения располагается на отрезке технологической линии от кристаллизатора до тянущих валков. В редких случаях допускается продолжение ЗВО за тянущими валками. За зоной вторичного охлаждения располагается зона охлаждения слитка на воздухе.
Назначение ЗВО — дальнейшее затвердевание непрерывного слитка после выхода его из кристаллизатора. В пределах этой зоны необходимо решить две основные задачи: обеспечить отвод тепла из внутренней жидкой зоны слитка; сохранить форму слитка.
В соответствии с этим в ЗВО предусмотрена система охлаждения слитка (например, форсуночная), а также поддерживающая система (роликовая и др.). Из всего количества тепла, отводимого от непрерывного слитка в пределах МНЛЗ, на долю зоны вторичного охлаждения приходится до 50 %. Охлаждение слитка в ЗВО может проводиться водой или другими теплоносителями. Наибольшее распространение получило водяное охлаждение, так как по сравнению с другими веществами вода обладает рядом преимуществ: дешевизной, доступностью, нейтральностью, хорошими теплотехническими свойствами, в частности, высоким значением теплоемкости. Кроме того, при перекачивании воды значительно меньше энергетические затраты по сравнению с газообразными веществами. Недостатком водяного охлаждения является трудность регулирования на малых расходах. Кроме воды находят применение водяной пар, воздух и различные смеси.
По принципу действия и устройству различают две принципиально разные конструкции ЗВО: открытого и закрытого типов.
В первом из них происходит подача охлаждающей воды или другого теплоносителя непосредственно на поверхность слитка с помощью специальных разбрызгивающих устройств (например, форсунок).
Во втором случае охлаждение осуществляется в закрытых водоохлаждаемых экранах или путем непосредственного соприкосновения слитка с поверхностью водоохлаждаемого элемента.
До настоящего времени более широкое распространение получили ЗВО открытого типа с ролико-форсуночным охлаждением непрерывно литой заготовки.
По мере развития способа непрерывной разливки стали применялись различные методы водяного охлаждения: струйное, форсуночное, ролико-форсуночное, форсуночно-брусьевое, роликовое (бесфорсуночное), панельное.
Знание основных теплотехнических закономерностей работы ЗВО позволяет совершенствовать работу действующих установок, а также прогнозировать изменение основных параметров при проектировании новых машин.
Для изучения работы ЗВО применяются методы промышленных экспериментов на действующих установках, проводятся лабораторные исследования на специальных стендах и физических моделях, широко используются расчетно-теоретические исследования, в том числе на основе метода математического моделирования с применением ЭВМ.
Наиболее эффективно применение комплексных экспериментально-теоретических исследований условий охлаждения непрерывного слитка. При проведении теплотехнических исследований ЗВО необходимо решать следующие практические задачи:
—определение основных теплотехнических и технологических пара метров ЗВО: общего теплосъема, коэффициентов теплоотдачи, расходов воды по секциям, количества и типа форсунок, схемы их расстановки и др.;
—установление зависимости основных режимных параметров (рас¬ходов воды, длины и ширины форсуночного охлаждения и др.) от скорости разливки марки стали, сортамента заготовок и т.д.;
—определение зависимости интенсивности охлаждения от расхода охлаждающей воды, рекомендации по совершенствованию режимов охлаждения с целью уменьшения вероятности образования трещин и других дефектов непрерывного слитка.
Работы многих авторов посвящены изучению температурного поля непрерывного слитка, определению величины тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи, разработке тепловых режимов охлаждения слитков. Известны несколько методов определения
1)M.С. Бойченко и В.С. Рутес применяли косвенную методику, основанную на сопоставлении экспериментально измеренных температур поверхности слитка с расчетными при постоянных значениях коэффициента теплоотдачи до их совпадения.
2)А. А. Скворцов и А. Д. Акименко определяли а по тепловому балансу в ЗВО. Некоторые авторы определяли среднее по зоне значение коэф¬фициента теплоотдачи в условиях действующих вертикальных MHJI3.
Во ВНИИМТе для определения а по секциям ЗВО использован принципиально новый подход, основанный на совмещенном (комплексном) использовании экспериментальных исследований температурного поля во внутренних точках непрерывного слитка и результатов восстановления граничных условий с помощью расчетов на ЭЦВМ. Сопоставление удельных расходов воды и восстановленного коэффициента теплоотдачи в каждой секции ЗВО позволяет получить обобщенную зависимость интенсивности теплообмена от режимных параметров, характерную для данной конструкции МНЛЗ. Многие авторы определяли коэффициент теплоотдачи экспериментальным путем на специальных лабораторных стендах, которые имитировали условия теплообмена на поверхности слитка при форсуночном охлаждении.
Наиболее точные данные по теплообмену в ЗВО получаются на основании измерений температуры в условиях действующих МНЛЗ. Непосредственное измерение температурного поля в непрерывном слитке позволяет получить весьма ценную информацию о его тепловом состоянии, сделать выводы о качестве режимов охлаждения и на этом основании разработать практические рекомендации по совершенствованию конструкции и режимов работы ЗВО. Однако высокая температура расплав ленной стали, ее высокая агрессивность, усадка при затвердевании, а также перемещение слитка в процессе разливки создают серьезные трудности при проведении подобных экспериментов. В связи с этим в литературе имеется сравнительно мало данных по температурным измерениям в непрерывном слитке.
По методике, применяемой в ЦНИИЧМ им. И.П. Бардина, платиновые термопары в защитных чехлах вводили в слиток через затравку снизу и измеряли температуру в 2 — 3 точках слитка на расстоянии 0,5-0,7 м от затравки. В этом случае на результаты измерений оказывал влияние концевой эффект, который трудно учесть и оценить.
В работах О.В.Мартынова и др. использована новая методика с введением блока термопар сверху через кристаллизатор. Однако низкая стойкость применяемых в этих опытах кварцевых наконечников и незначительное удаление рабочих спаев термопар от блока (30 мм) ограничивают длительность измерений и могут также приводить к искажению результатов измерений из-за теплового влияния блока.
Более надежная методика разработана во ВНИИМТ и подробно изложена в работах Ю. А. Самойловича и др. В данной методике применены вольфрам-рениевые термоэлектроды, имеющие стабильную характеристику и высокие значения термо-э.д.с. в широком диапазоне температур (до 1600°С), что позволяет проводить измерения температур с большей точностью. Горячие спаи удалялись на расстояние 100-120 мм от блока, и, следовательно, уменьшалось его тепловое влияние на показания термопар. Вывод свободных концов термопар осуществлялся через специальную штангу, покрытую огнеупорной обмазкой, длиной 1,7- 2,5 м что обеспечивало надежное удаление холодных спаев термопар от мениска жидкого металла и, тем самым, позволяло уменьшить влияние концевого эффекта.
Однако в настоящее время теплообмен в зоне вторичного охлаждения изучен еще недостаточно. В имеющихся литературных источниках по исследованию вторичного охлаждения рекомендациипо оптимальным режимам охлаждения формулируются, в основном, исходя из общих условий предотвращения появления внутренних трещин. Эти режимы не учитывают локальную неравномерность отвода тепла, присущую форсуночному охлаждению. До настоящего времени недостаточно изучены осо¬бенности охлаждения поверхностного слоя непрерывного слитка. Мало данных по измерениям температурного поля в криволинейных слитках по тепловым характеристикам форсунок и т.д.