COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS FOR CALCULATING THE HEAT TRANSFERCOEFFICIENT THROUGH THE COPPER WALL OF THE MNLZ CRYSTALLIZER

Authors

  • I. M. YACHIKOV South Ural State University (National Research University), Russia, Chelyabinsk Author
  • T. I. SHAFIKOV South Ural State University (National Research University), Russia, Chelyabinsk Author
  • D. V. BELYKH Novotroitsk Branch of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “National Research Technological University “MISIS”, Russia, Novotroitsk Author

DOI:

https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-5-32-41

Keywords:

crystallizer, continuous casting machine, heat flow, copper walls, coefficient of heat transfer, heat transfer coefficient, mathematical model

Abstract

The crystallizer of a continuous casting machine (CCM) is the most critical component of the system, as it is where the solid shell of the cast strand is formed. The crystallizer walls are made of copper-containing material, which exhibits high thermal conductivity, enabling the removal of up to 25% of the heat generated during metal solidification to the cooling water. Research and development of reliable methods for calculating heat transfer processes in slab crystallizers remain an urgent challenge. When analyzing the thermal performance of the crystallizer, knowledge of the heat transfer coefficient between its working surface and the cooling water is crucial. This coefficient allows for the selection of optimal water cooling regimes under varying metal casting parameters and prevents overheating of the copper-containing wall’s working surface beyond its weakening temperature.The aim of this work is to perform a comparative analysis of existing analytical and numerical methods for calculating the heat transfer coefficient through the copper wall of a CCM crystallizer with slotted channels to the cooling water. Three primary analytical algorithms for determining the heat transfer coefficient through the copper wall of the CCM crystallizer are examined. A mathematical model for calculating the thermal state of the crystallizer wall with slotted channels was developed, along with a computer program to determine the heat transfer coefficient through the copper wall.A comparative analysis of all methods for calculating the heat transfer coefficient for narrow and wide copper walls of a slab crystallizer revealed that, within the practical water velocity range of 4–9 m/s in the channels, the heat transfer coefficients obtained by different methods differ by an average of no more than 12–13%. It was also established that a wear-resistant Co–Ni coating with a thickness of 0.67–2 mm on the copper crystallizer walls increases thermal resistance, thereby reducing the heat transfer coefficient by 7–23%.

Author Biographies

  • I. M. YACHIKOV, South Ural State University (National Research University), Russia, Chelyabinsk

    HD (Tech.), Professor of the Department of Information and Measurement Technology

  • T. I. SHAFIKOV, South Ural State University (National Research University), Russia, Chelyabinsk

    Postgraduate Student of the Department of Information and Measurement Technology

  • D. V. BELYKH, Novotroitsk Branch of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “National Research Technological University “MISIS”, Russia, Novotroitsk

    Senior Lecturer

References

Столяров А. М., Великий А. Б., Юречко Д. В. Повышение эффективности разливки стали на высокопроизво-дительных сортовых МНЛЗ: монография. — Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2009. — 126 с.

Вдовин К. Н., Точилкин В. В., Ячиков И. М. Непрерывная разливка сталей: монография. — СПб.: Лань, 2023. —732 с.

Паршин В. М., Буланов Л. В. Непрерывная разливка стали. — Липецк: ОАО «НЛМК», 2011. — 221 с.

Акименко А. Д., Китаев Е. М., Скворцов А. А. Тепловой расчет машин непрерывного литья стальных заго-товок: учебное пособие.—Горький: ГПИ, 1979. — 85 с.

Китаев Е. М. Исследование теплопередачи и затвердевания при непрерывной разливке стальных слитков круглого сечения: дис. … к-та тех. наук. — Горький, 1970. — 189 с.

Кузьминов А. Л. Теория и технология контроля процессов формирования слитка и состояния оборудования при непрерывной разливке стали: дис. …д-ра тех. наук. — Череповец, 1999. — 297 с.

Калягин Ю. А. Тепловые процессы при непрерывной разливке стали в оборудовании машин непрерывного литья заготовок: автореф. дис. … д-ра тех. наук. — Череповец, 2005. — 32 с.

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2024687070. Расчет теплового состояния стенки кристаллизатора с каналами различного сечения/И. М. Ячиков, Т. И. Шафиков, А. Д. Дрозин // 14.11.2024. Заявл.30.10.2024.

Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энергия, 1975. —486 с.

Лукин С.В.,Шестаков Г. Н., Мухин В. В. Расчет температурного поля в слое защитного шлака // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. №1. С. 64.

Сорокин С.В., Лукин С. В., Шестаков Г. Н. Расчет теплообмена в слябовой заготовке при непрерывной раз-ливке стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2007. № 11.С. 66, 67.

Лукин С.В., Мухин В. В., Осипов Е. Б.и др. Исследование теплообмена слитка с кристаллизатором сорто-вой машины непрерывного литья заготовок // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. № 5. С. 31–35.

Ячиков И.М., Кадошников В.И., Бахметьев В.В. Расчет теплопередачи в стенке кристаллизатора МНЛЗ с цилиндрическими и щелевыми каналами // Математика. Приложение математики в экономических, техни-ческих и педагогических исследованиях. —Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 149–155.

Шестаков Н.И., Калягин Ю. А., Манько О. В., Лукин С. В. Теплообмен в рабочей стенке щелевого кристал-лизатора машинынепрерывного литья заготовок // Проблемы машиностроения и надежностима-шин.2004.№3.С. 78–81.

Ермолюк Т. Д., Лях А.П., Целиков А.А. Повышение эксплуатационной стойкости кристаллизатора МНЛЗ // Сталь. 1985. №6. С. 33–36.

Published

2026-06-09

Issue

Section

Сталеплавильное производство

How to Cite

COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS FOR CALCULATING THE HEAT TRANSFERCOEFFICIENT THROUGH THE COPPER WALL OF THE MNLZ CRYSTALLIZER. (2026). Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific , Technical and Economic Information, 81(5), 32-41. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2025-5-32-41