Способ измерения скорости течения расплавленного металла в жидкой фазе слитка при непрерывной разливке в зоне установки электромагнитного перемешивания

 

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для измерения скорости течения расплавленного металла в слитке при электромагнитном перемешивании металла в слитке . Цель изобретения - повьппение точности измерения. Существо изобретения заключается в том, что вводят через мениск жидкого металла 3 в слиток пары электродов 6 и после захвата их кристаллизующимся металлом пропускают со скоростью вытягивания слитка через зону действия магнитного поля. Производят в точках сечения слитка измерение разности потенциалов между электродами, и среднюю по сечению слитка скорость течения металла определяют по математическому выражению. 3 з.п. ф-лы. 9 ил. К ЯДЙЙу У У i сл САЭ 9д

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4072194/23-02 (22) 28.05.86 (46) 07.02.88. Бюл. )) 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (72) Ю.А. Самойлович, Э.P. Шифман, З.К. Кабаков, И.М. Дистергефт, В.М. Брыксин и А.Г. Подорванов (53) 621,746.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1036440, кл. В 22 D 11/04, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА В ЖИДКОЙ

ФАЗЕ СЛИТКА ПРИ НЕПРЕРЬВНОЙ РАЗЛИВКЕ

В ЗОНЕ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПЕРЕМЕШИВАНИЯ (51)4 В 22Р 11 16 СО P 08 (57) Изобретение относится к области металлургии и предназначено для измерения скорости течения расплавленного металла в слитке при электромагнитном перемешивании металла в слитке. Цель изобретения — повышение точности измерения. Существо изобретения заключается в том, что вводят через мениск лждкого металла 3 в слиток пары электродов 6 и после захвата их кристаллизукицимся металлом пропускают со скоростью вытягивания слитка через зону действия магнитного поля. Производят в точках сечения слитка измерение разности потенциалов между электродами, и среднюю по сечению слитка скорость течения металла определяют по математическому выра кению. 3 з.п. ф-лы. 9 ил.

13717

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к непрерывному литью металла с применением кондукционного электромагнитного пе5 ремешивания, и предназначено для измерения средней по сечению непрерывного слитка скорости течения расплава в районе перемешивакнцего устройства.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 и 2 изображен непрерывный слиток, горизонтальное и вертикальное сечения соответственно; на фиг. 3 — пары электродов, вмороженные в твердую корку; на фиг.4 — блок измерительных элементов, вмороженный в непрерывный слиток; на фиг.5 узел I на фиг. 4; на фиг.6 и 7 — уст- 20 ройство кондукционного перемешивания жидкого металла непрерывного слитка — сляба; на фиг. 8 и 9 — измерение скорости с помощью трубки ПитоПрандтля и предлагаемым способом со- 25 ответственно.

На фиг. 1-9 даны магнитная система 1 кондукционного электромагнитного переиешивающего устройства, пары точек 2, в которые помещают пары З0 электродов, жидкий металл 3, двухфазная зона 4, твердая корка 5 непрерывного слитка, электроды 6, изолированная часть 7 пары электродов, термопара 8, измерительный элемент 9,. блок 10 измерительных элементов, не35 прерывный слиток 11, токоподводящне ролики 12, катушки 13, ванна 14,. сплав 15 галлия, сердечники 16, магнитное ярмо 17, трубочка 18 ПитоПрандтля, отверстие 19, точки 20 измерения скорости, щуп 21, состоящий иэ двух электродов, точки 22 и 23 из- мерения разности потенциалов.

В области действия электромагнит45 ного перемешивающего устройства производят измерение скорости течения расплава, осредненной по сечению жидкого ядра непрерывного слитка. Для этого в зоне действия постоянного

50 магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1 (фиг. 1 и 2) электромагнитного перемешивающего устройства в плоскости, параллельной вектору магнитной индукции и вектору измеря55 емой скорости в парах точек 2, помещают большое число пар электродов, раэмешая их в жидком металле 3, двух— фаэной зоне 4 и твердой корке 5 таДля того, чтобы провести измерение разностей потенциалов в точках рассматриваемого сечения, которое может находиться на большом расстоянии от мениска жидкого металла, пары электродов 6 (фиг.3) вводят через мениск жидкого металла 3 и фиксируют относительно твердой корки 5 непрерывного слитка путем вмораживания изолированной части 7 электродов в твердую корку. Вмороженные таким образом пары электродов движутся со скоростью вытягивания вместе со слитком, пересекая в некоторые моменты времени указанное сечение, где и производят измерения разности потенциалов между электродами каждой пары.

Среднюю по сечению жидкого ядра скорость течения расплава определяют через измеренные в описанном сечении разности потенциалов кх у

В 5» » л где4х, ау расстояние между парами электродов в рассматриваемом сечении; расстояние и разность потенциалов между электродами, объединенными в пару; число пар электродов (точек измерения в укаэанном сечении ; электропроводность в

i-й измерительной точке, различная для твердой и жидкой фаэ, двухфазной зоны; индукция магнитного поля, создаваемого магнитной системой перемешива4z, ьЧ,—

64 2 ким образом, что линия, соединяющая электроды в пару, перпендикулярна указанной плоскости, а электроды, объединенные в пару, равноудалены от плоскости, Далее под сечением непрерывного слитка, имеется ввиду опи- . санное сечение, в котором определяют среднюю скорость.

Между электродами каждой пары измеряют разность потенциалов, возникающую в результате течения расплава в магнитном поле.

50

137176 ющего устройства в рассматриваемом сечении>

I — полный ток через указанное сечение, равный току, пропускаемому через слиток при электромагнитном перемешивании;

S+- площадь жидкого ядра в укаэанном сечении; электропроводность расплава.

Измеренные в сечении разности потенциалов ó суммируют с весом, зависящим от электропроводности среды (жидкой фазы, двухфазной зоны или твердой фазы), в которой находится соответствующая пара электродов в момент прохождения рассматриваемого сечения. Значение электропроводности

Д, в измерительных точках сечения определяют по температурной зависимости электропроводности изучаемого сплава и по известному распределению температуры в рассматриваемом сечении. По распределению температуры в сечении определяют также площадь жидкого ядра S, входящую в формулу. м

Полный ток I и магнитная индукция

В являются. известными параметрами электромагнитного перемешивания.

Распределение температуры по сечению непрерывного слитка зависит от температуры разливки, химического состава разливаемого сплава, скорос-, ти вытягивания и условий охлаждения слитка. Указанные условия литья меняются от разливки к разливке и вместе с ними меняется распределение температуры в непрерывном слитке. По40 этому для повышения точности измерения скорости температурные измерения проводят одновременно с измерением разности потенциалов и в тех же точках сечения слитка. С этой целью каж45 дую пару электродов 6 (фиг ° 4) объединяют с термопарой 8 в один измерительный элемент 9. Измеренные в точках сечения значения температуры используют в формуле суммирования для определения электропроводности в измерительных точках и для вычисления площади жидкого ядра в сечении.

С целью повышения точности и уменьшения времени измерения измерительные элементы 9 (фиг.4) объединяют в один

55 измерительный блок 10 (фиг.5), позволяющий ввести в непрерывный слиток

11 все измерительные элементы одно4

4 временно. Положение каждого измерительного элемента в блоке жестко зафиксировано, поэтому они располага— ются в нужных точках сечения и пересекают сечение непрерывного литка одновременно. Сокращение времени проведения эксперимента по измерению скорости происходит за счет того, что операция вмораживания производится один раз для всего блока, а не для каждого измерительного элемента отдельно.

Пример. Способ опробован на физической модели процесса перемешивания жидкого ядра непрерывного слитка. Схема модели представлена на фиг. 7.

Устройство кондукционного перемешивания жидкого металла непрерывного слитка — сляба (фиг.6) реализует способ кондукционного перемешивания, причем электрический ток к непрерывному слитку 11 подводится через токоподводящие ролики 12, а магнитное поле создается электромагнитом, образованным роликами

МНЛЗ с надетыми на них катушками 13.

Физическая модель представляет собой закрытую ванну 14 размерами 300 200 20 мм, выполненную из органического стекла и заполненную сплавом галлия 15 (Ga 827, Zn 127, Sn

67). Модельный сплав имеет точку плавления 17 С и остается жидким при комнатной температуре. С торцов в ванну помещены токоподводы 6, предназначенные для подвода постоянного электрического тока. На расплавленный металл в ванне действует магнитное поле, которое создает электромагнит, состоящий из четырех катушек 13,двух сердечников 16, замыкаемых магнитными ярмами 17. Сердечники 16 моделируют электромагнитные ролики МНЛЗ (фиг.7), а ванна с расплавом является моделью жидкого ядра слитка.

Скорость течения модельного сплава под магнитным роликом определяют двумя способами. С помощью трубочки

18 Пито-Прандтля, (фиг. 8 и 9), которую помещали в жидкость через специальные отверстия 19, измеряли значения скорости течения модельного сплава в точках 20 рассматриваемого сечения. С помощью щупа 21, состоящего из двух электродов 6, измеряли разность потенциалов в точках 23 рас15

5 13717 сматриваемого сечения. Далее по формуле определяли среднюю по данному сечению скорость течения модельного сплава.

Результаты измерений для эксперимента при токе ванны I 80 А (в формуле величина тока берется со знаком минус), магнитной индукции

В 0,136 Тл и электропроводности

Т о 0,318 ° 10 1/Ом м приведены в . таблице. Среднее значение скорости в сечении по результатам измерения с помощью трубки Пито-Прандтля составляет 0,16 м/с, а по результатам измерения разностей потенциалов в 18 точках сечения парами электродов с расстоянием g L 23 мм и с применением формулы — 0,135 м/с. Различие результатов составляет 167 и может быть отнесено как sa счет погрешности измерения скорости трубкой ПитоПрандтля, так и за счет погрешности описанного метода.

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает снижение затрат на экспериментальные работы в процессе освоения электромагнитного перемешивания жидкого ядра непрерывного слитка, так как позволяет провести измерение основного параметра перемешивания, отвечающего эа качество литого металла — скорости течения расплава относительно фронта кристаллизации, сравнить измеренную скорость с рекомендуемой и, изменив необходимым образом параметры электромагнитного воздействия (ток через слиток и индукцию магнитного поля), привести скорость течения расплава в соответствие с рекомендуемым диапазоном скоростей. и а + Т вЂ” аг ж ж расстояние между парами электродов в сечении непрерывного слитка; число пар электродов в сечении; электропроводность в х-й измерительной точке; расстояние и разность потенциалов между электродами, объединенными в 1.-ю пару; полный ток проходящий через сечение слитка при электромагнитном перемешивании; индукция внешнего магнитного поля в сечении гдето х, ау

N аг, Ьч

В. слитка;

S — площадь жидкого ядра в сечении;

Q — электропроводность жидкой фазы.

64

6 нитном поле и измерение с поМощью электродов разности потенциалов электрического поля между парами электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, пары электродов вводят через мениск жидкого металла и после захвата их кристаллиэующимся металлом пропускают со скоростью вытягивания слитка через зону действия магнитного поля, производят в точках сечения слитка измерение разности потенциалов и среднюю по сечению слитка скорость течения металла определяют по формуле

50

Формула изобретения

1. Способ измерения скорости течения расплавленного металла в жидкой фазе слитка при непрерывной разливке в зоне установки электромагнитного перемешивания, включающий индуцирование в расплаве электродвижущей силы при движении его в маг1

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что одновременно с измерением разности потенциалов в тех же точках сечения слитка производят измерение температуры.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что измерительные элементы объединяют в один блок для ввода их в слиток одновременно.

1371764

Разность потенциалов, мВ х мм у = -5 мм у 5 мм у-0

-150,0

-112,5

-75,0

-37,5

0,0

0,0

37,5

75,0

112,5

150,0

0,0

Скорость течения расплава, м/с

+0,15

+О, 24

+0,26

+О, 25

+0,24

+0,19

+0,11

+0,26

+0,42

+0,61

+0,68

+0,68

+0,65

+0,58

+0,45

+О, 25

+О, 26

+0,40

+0,59

+0,67

+0,67

+0,63

+0,56

+0 43

+О;23

1371764

1371764

Фиг. В

N никройяьтнетру N ликронанолетру

Риг. У