Ульянов В.В., Кошелев М.М., Коновалов М.А., Харчук С.Е.
– ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: +7 (484) 399-80-14; e-mail:
.
– младший научный сотрудник.
В рамках поиска новых направлений применения жидкометаллических теплоносителей предложено их использование для охлаждения кристаллизаторов стали машин непрерывного литья заготовок вместо воды. Это позволит за счет осуществления паросилового цикла с получением электрической энергии сократить энергетические затраты при производстве стали до 40 %. Предлагаемая замена требуется проведения комплекса исследований, включающих в себя выбор жидкометаллического теплоносителя, моделирование охлаждения жидкометаллическим теплоносителем каналов кристаллизатора различной формы. Выбор жидкометаллического теплоносителя для использования его при отводе тепла от кристаллизатора стали должен проводиться на основании следующих критериев: цена, теплопроводность, теплоемкость, давление насыщенных паров, температура плавления, температура кипения, коррозионное взаимодействие с конструкционными материалами, токсичность и др. Установлено, что наилучшим образом при охлаждении кристаллизуемой стали в машинах непрерывного литья заготовок подходит эвтектический сплав свинца с висмутом, успешно использовавшийся в качестве теплоносителя судовых реакторов в Советском Союзе. В статье представлены результаты анализа охлаждения затвердевающей жидкой стали в канале кристаллизатора круглого сечения Pb-Bi (водой). Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность перехода от охлаждения водой кристаллизатора к жидкометаллическому охлаждению с термодинамическими параметрами теплоносителя на выходе из кристаллизатора достаточными для реализации паросилового цикла. Целесообразно продолжение исследований для выбора материала стенки и определения оптимальной формы охлаждающих каналов кристаллизатора для максимальной интенсификации теплообмена между застывающей сталью и Pb-Bi.
1. Кириллов П.Л., Ушаков П.А. Теплообмен жидких металлов: особенности, методы исследований и основные зависимости. Теплоэнергетика, 2001, № 1, c. 49–56.
2. Кириллов П.Л., Бобков В.П., Жуков А.В., Юрьев Ю.С. Справочник по теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. Том 1. Теплогидравлические процессы в ЯЭУ. М.: ИздАТ, 2010. 771 с.
3. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках: учебное пособие для вузов; 2-е изд., перераб. М.: ИздАТ, 2008. 256 с.
4. Ульянов В.В., Кошелев М.М., Харчук С.Е., Гулевский В.А., Тимочкин А.В. Исследование закономерностей пиролиза твердых органических полимеров при их нагреве расплавом металла. Нефтехимия, 2018, том 58, № 1, c. 72–79.
5. Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Грачев Н.С., Гулевский В.А., Иванов К.Д., Орлов Ю.И., Ягодкин И.В. Теплоносители свинец-висмут и свинец в новой технологии переработки жидкостей и газов. Атомная энергия, 2004, том 97, № 2, c. 108–115.
6. Кошелев М.М., Ульянов В.В., Гулевский В.А., Коновалов М.А., Харчук С.Е. О возможности применения свинецсодержащих расплавов для нефтеперерабатывающей и сталелитейной отраслей промышленности. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2018, № 5, c. 155–159.
7. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Современная технология производства стали. Москва: Теплотехник, 2007. 528 с.
8. Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. М.: Металлургия, 1990. 296 с.
9. Кудрин В. А. Металлургия стали. Учебник для вузов. Москва: Металлургия, 1989. 560 с.
10. Черномас В.В., Дербеткин А.А., Макаров С.С. и др. Повышение надежности и эффективности работы кристаллизатора установки литейно-ковочного модуля за счет совершенствования системы
его охлаждения. Заготовительные производства в машиностроении, 2009, № 4, c. 38–40.
11. Стулов В.В. Охлаждение кристаллизатора при получении непрерывнолитых цилиндрических стальных заготовок. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2017, № 1, c. 67–72.
12. Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей (справочные таблицы и соотношения). М.: ЦНИИатоминформ, 2000. 42 с.
13. Skomorokhova S.N., Nikolaev A.N., Askhadullin R.Sh., Trifanova E.M., Sitnikov I.V. The immobilization of the ash residue produced as a result of processing radioactive ion-exchange resins in a lead melt. Asian journal of microbiology, biotechnology and environmental sciences, 2016, vol. 18, no. 4, pp. 1063–1069.
14. Субботин В.И. Арнольдов М.Н., Козлов Ф.А., Шимкевич А.Л. Жидкометаллические теплоносители для ядерной энергетики. Атомная энергия, 2002, т. 92, вып. 1, с. 31–42.
15. Замуков В.В. История создания АПЛ с ЖМТ в АО «СПМБМ «Малахит». Труды международной конференции «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2018)». Обнинск, 2019, с. 1–5.
16. Козырев Н.А., Гизатулин Р.А. Машины и процессы непрерывного литья заготовок. Новокузнецк: СибГИУ, 2011. 357 с.
17. Буланов Л.В., Корзунин Л.Г. и др. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет. Екатеринбург: Уралмаш – Металлургическое оборудование, 2004. 349 с.
18. Акименко А.Д. Тепловой расчет установок непрерывной разливки стали. Пособие по проектированию. Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1965. 60 с.
19. Comparing CFD Software Доступно на: https://www.resolvedanalytics.com/theflux/comparing-cfdsoftware (дата обращения 10.06.2020).
20. Lee W.Ch. Filmwise condensation on a horizontal tube in the presence of forced. Dr. Phil. Sci. Diss. London, 1982. 341 p.
21. Lee W.H. A Pressure Iteration Scheme for Two-Phase Modeling. Technical Report LA-UR 79-975. Los Alamos, New Mexico, Los Alamos Scientific Laboratory, 1979.
22. Королькова Л.Н., Петрова Л.П. Моделирование изменения температуры слитка при разливке стали на МНЛЗ. Образование, Наука, Производство И Управление, 2011, том. 1, с. 34–38.
23. Chawla T.C., Graff D.L., Borg R.C., Bordner G.L., Weber D P., Miller D. Thermophysical properties of mixed oxide fuel and stainless steel type 316 for use in transition phase analysis. Nuclear Engineering and Design, 1981, vol. 67, pp. 57–74.
24. Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermal-hydraulics and Technologies. OECD/NEA Nuclear Science Committee, 2007. ISBN 978-92-64-99002-9. 693 p.
25. Петров И.Е., Позин А.Е., Вдовин К.Н. Расчет теплового баланса и замена сверленых каналов водяного охлаждения на щелевые в широкой медной стенке МНЛЗ. Теория И Технология Металлургического Производства, 2011, № 11, c. 73–78.
