Способ управления режимом работы кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов. Целью изобретения является повышение качества металла и выхода годного. Способ включает измерение температуры рабочей стенки кристаллизатора и подачу в зависимости от температуры в зону контакта слитка с кристаллизатором газожидкостной эмульсии, причем при повышении температуры рабочей стенки расход подаваемой газожидкостной эмульсии уменьшают, а при снижении - увеличивают. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 22 В 11 16 г

1lA °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ в зону контакта слитка 9 с рабочей стенкой 2, причем второй вход перво"

ro блока 3 сравнения соединен с выходом задатчика расхода гаэожидкостной эмульсии, а его выход соединен с вторым входом второго блока 5 сравнения, выход дросселя соединен с от верстиями 10 в рабочей стенке, выполненными на одном уровне (фиг.l) или с отверстиями 11-14, расположенными на разных уровнях кристаллизатора (фиг.2).

В качестве измерителя температуры используется термометр сопротивления типа ТСМ-Х. В качестве измерителя расхода газожидкостной эмульсии применяется ротаметр типа РЭ, оснащенный дифференциально-трансформаторным датчиком. В качестве блоков сравнения и эадатчиков значений применяются сеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fKHT СССР

1 (21) 4354283/23-02 (22) 11. 11. 87 (46) 07.12,89. Бюл. 4" 45 (71) Череповецкий филиал Вологодского политехнического института и Череповецкий металлургический комбинат им. 50-летия СССР (72) Н.И.Шестаков, A.Ï.Ùåãoëåâ, И.В.Вологжанинов и Б.Г.Кузнецов (53) 621.746.047 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1320010, кл. В 22 D ll/16. 1985.

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов.

Целью изобретения является улучшение качества металла и повышение выхода годного.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - схема соединения выхода дросселя с отверстиями в рабочей стенке кристаллизатора.

Устройство содержит последовательно соединенные измеритель 1 температуры рабочей стенки 2 и первый блок 3 сравнения, последовательно соединенные измеритель 4 расхода газожидкостной эмульсии. BToDQH блок 5 сравнения, регулятор 6 расхода газожидкостной эмульсии и дроссель 4, а также задатчик 8 расхода газожидкостной эмульсии

„„Я0„„1526894 А1

2 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ

КРИСТАЛЛИЗАТОРА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО

ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной разливке металлов. Целью изобретения является повышение качества металла и выхода годного. Способ включает измерение температуры рабочей стенки кристаллизатора и подачу в зависимости от температуры в зону контакта слитка с кристаллизатором газожидкостной эмульсии. причем при повышении температуры рабочей стенки расход подаваемой газожидкостной эмуль- с ф сии уменьшают, а при снижении - увеличивают. 2 с. и 5 э.п. ф-лы, 2 ил.

1526894

При постоянстве температуры рабочей стенки 2 кристаллизатора измеритель 1 температуры вырабатывает сигнал, не изменяющийся во времени.

55 рийно выпускаемые приборы соответствующего функционального назначения из приборного комплекса АКЭСР.

Устройство работает следующим об5 разом.

Измеритель 1 температуры рабочей стенки 2 вырабатывает сигнал, пропорциональный измеренному значению температуры, и передает его первый вход первого блока 3 соавнения, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 8 расхода газожидкостной эмульсии.

Как показали исследования, для 15 нержавеющей стали наименьшая пораженность металла поверхностными трещинами имеет место при содержании масла в эмульсии 0,2-0,4Ф, для стали, стабилизированной алюминием, - при содержании масла 54, для низкоуглеродистой стали — при содержании масла

50-601. Во всех случаях при полном отсутствии масла в эмульсии пораженность металла трещинами резко возрас- 25 тает. Таким образом, рекомендуемое содержание масла в эмульсии находит- ся в диапазоне от 0,2 до 604.

Термин "стабилизация в диапазоне от 0,2 до 604" означает, что содержание масла в эмульсии стабилизируют относительно конкретного постоянного числового значения, выбираемого из указанного диапазона, с учетом марки разливаемого металла.

В блоке 8 указанные сигналы сравниваются и на его выходах формируется сигнал, пропорциональный разности этих сигналов. Измеритель 4 расхода газожидкостной эмульсии вырабатывает ." сигнал, пропорциональный расходу га40 зожидкостной эмульсии, подаваемой по каналам 10-14 в зону контакта слитка

9 с рабочей стенкой 2. Этот сигнал поступает на первый вход второго блока 5 сравнения, на второй вход которо-4 го поступает сигнал с выхода первого блока 3 сравнения, В блоке 5 сравнения поступившие сигналы приводятся к общему масштабу и сравниваются. На вымоде блока 5 сравнения формируется сигнал, который поступает на регулятор

6 расхода газожидкостной эмульсии.

Регулятор 6 управляет работой дросселя 7.

Для повышения достоверности информации от интенсивности.:теплообмена в зоне контакта слитка с кристаллизатором температуру рабочей стенки следует измерять на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,020,25 его высоты. Этот диапазон установлен экспериментально.

В табл.l показано влияние расхода газожидкостной эмульсии в зоне контакта слитка с кристаллизатором на изменение температуры рабочей стенки на различных уровнях.

Т а б л и ц а 1

Диапазон изменения температуры рабочей стенки при изменении расхода газожидкостной эмульсии на 253 (инертный газ — аргон, техническое масло - рапсовое) К

Расстояние от нижнего торца кристаллизатора доля его высоты

0,006

0,010

0,015

0,020

0,030

О, 100

0,200

0,250

0,260

8

12

23

22

Таким образом, постоянный сигнал будет поступать и на вход второго блока 5 сравнения. В этом случае рассматриваемое устройство будет работать в режиме стабилизации расхода газожидкостной эмульсии. Если температура рабочей стенки 2 изменится (возрастет), то измеритель 1 температуры будет вырабатывать больший по величине сигнал, что приведет к возрастанию сигнала и на втором входе второго блока 5 сравнения. Следствием этого будет возрастание управляющего сигнала, вырабатываемого регулятором 6 расхода газожидкостной. эмульсии, что в свою очередь приведет к уменьшению расхода эмульсии. При постоянстве температуры рабочей стенки кристаллизатора на новом более высоком уровне расход гахожидкостной эмульсии застабилизируется также на новом, но более низком уровне.

1526894

Как следует из табл.1, при расI стоянии от нижнего торца кристаллизатора, меньшем 0,02 его высоты, диапазон изменения температуры рабочей стенки пои изменении расхоаа газожиакостной эмульсии на 254 не превышает

20 К. С учетом того, что погрешность замера температуры составляет 1,52 К, точность регулирования расхода газожидкостной эмульсии будет невысокой.

Небольшой диапазон измерения температуры в нижней части кристаллизатора связан с тем, что.существенное влияние на результат замера оказывает вторичное охлаждение, интенсивность которого от расхода газожидкостной эмульсии не зависит. При расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, 20 большем 0,25 его высоты, корочка слитка под действием ферростатического давления жидкого металла достаточно плотно прижимается к рабочей стенке в широком диапазоне изменения расхо- 2д да газожидкостной эмульсии, поэтому температура стенки изменяется незначительно.

Эксперименты по замеру температуры рабочей стенки кристаллизатора на различных уровнях показали, что в верхней части кристаллизатора теплоТабл и ца 2

Отношение термического сопротивления в данной точке к термическому сопротивлению на линии начала резкого его повышения, R/R

Низкоуглеродистая сталь ем

1,3-1,4

1,6-1,7

2, 1-2,2

2,5-2,6

3,1-3,3

3,5-3,6

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,0-1, 1

1,2-1,3

1,5-1,6

1,8-1,9

2,2-2,3

2,6-2,7

1,2-1,3

1,4-1,6

1,8-2,0

2,1-2,2

2,6-2,7

3,1-3,3

Данные, отраженные в табл.2, можно представить аналитически в виде соотношения

R 1

--=К ехр—

Rî 1о где коэффциент К для низкоуглеродистой стали равен 1,0-1,1, для стали, стабиОтношение расстояния от рассматриваемой точки до линии начала резкого повышения термического сопротивления к расстоянию от этой линии до нижнего торца кристаллизатора, 1/1 обмен в /-10 раз выше среднего значения по всему кристаллизатору. На участке,лежащем между нижним торцом кристаллизатора и линией, удаленной от нижнего. торца на расстояние, равное 0,5-0,8 высоты кристаллизатора, интенсивность теплообмена существенно снижается причем меньшее значение (0,5) из указанного диапазона соответствует большей скорости вытягивания слитка, а большее (0,8) соответствует меньшей скорости вытягивания. Для интенсификации теплообмена в зоне контакта слитка с кристаллизатором газожидкостную эмульсию следует подавать на этом участке.

Для задания закона изменения..расхода газожидкостной эмульсии по высоте участка ее подачи путем численного решения обратной задачи Стефана определили закон изменения термического сопротивления зоны контакта слитка с кристаллизатором, при этом в качестве граничных условий использовали результаты натурных замеров.

В табл. 2 показано влияние марки разливаемого металла на характер изменения термического сопротивления зоны контакта слитка с кристаллизатором.

Сталь, ста- Нержавеюбилизирован- щая сталь ная алюминилизированной алюминием, К = 1,2-1,3, для нержавеющей стали - К = 1,3-1,4.

Для интенсификации теплообмена в зону контакта слитка с кристаллизатором на рассматриваемом участке следует подавать газожидкостную эмульсию, причем расход эмульсии необхо1526894

Ц вЂ” К ехр— (2)

1о расход газожидкостной эмульсии в данной точке; расход газожидкостной эмульсии через отверстие диаметром д„ назначаемым по измеренной температуре рабочей стенки; коэффициент, зависящий от 35 марки разлив.емого металла, К = 1,0-1,4; расстояние от точки подачи газожидкостной эмульсии с расходом q, до точки ее пода- 40 чи с расходом q; высота участка рабочей стенки, на котором подают газожидкостную эмульсию (составляет

0,5-0,8 высоты кристаллизато- 45 ра). где а—

1 о

Исследования показали, что при скорости разливки 0,5 м/мин резкое снижение теплового потока имеет место

О на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,5 его высоты, при скорости 1,5 м/мин резкое снижение имеет место на расстоянии от нижнего торца равном 0,8 высоты кристаллиза1

55 тора. Поэтому в зависимости от скорости разливки газожидкостную эмульсию следует подавать на участке, расположенном на расстоянии от нижнего димо выдерживать также по экспоненциальной зависимости, назначая коэффициент ври экспоненте из диапазона от

1,0 до 1,4, По отверстиям в рабочей стенке кристаллизатора расход газожидкостной эмульсии распределяется пропорционально площади их поперечного сечения.

Поскольку площадь поперечного сечения 10 отверстия пропорциональна квадрату его диаметра, то и расход газожидкостной эмульсии пропорционален квадрату диаметра отверстия, т.е. (1) 15

1О о где ц. — расход газожидкостной эмуль1 сии через отверстие диаметром

d1%е

- расход газожидкостной эмуль- 20 о сии через отверстие диаметром 1о э

При этом расход подаваемой газожидкостной эмульсии регулируется в соответствии с соотношением 25 торца кристаллиэатора 0,5-0,8 его высоты. Подача эмульсии прлведет к интенсификации теплообмена.

Из (1) с учетом (2) получаем формулу (3), описывающую связь размера отверстия с его расположением.

Ь

1о Ь, K ехр— (3) где d — - диаметр данного отверстия;

d<, — диаметр наименьшепо отверстия;

К вЂ” коэффициент, зависящий от марки раэливаемого металла, К = 1,0-1,4;

Ь вЂ” расстояние от оси отверстия диаметром d ao оси отверстия диаметром d „ измеренное вдоль технологической оси;

b — расстояние между осями наиболее взаимно удаленных отверстий, измеренное вдоль технологической оси.

Расстояние Ь, определяется выражением

Ь, = p1. +,, где, у- эмпирические коэффициенты, р= 0,998, у= 1,6;

1, — высота участка рабочей стенки, на котором подают газожидкостную эмульсию;

do — наименьший диаметр отверстия.

Наименьший диаметр отверстия d выбирают из диапазона (1,4-8,5) 10-з м.

При диаметре, меньшем 1,4 «10 -э м, значительно возрастает аэродинамическое сопротивление движению газожидкостной эмульсии, вызванное действием капиллярных сил. При диаметре. большем 8.5 ° 10 -з м. резко снижается качество металла. что связано с локальным переохлаждением поверхности слитка.

Расчет показывает. что b, < 1, Слео о довательно, расстояние Ьо между осями наиболее удаленных отверстий равно

0,5-0,6 высоты кристаллизатора.

Пример. На машине непрерывного литья заготовок в кристаллизатор сечением 1290<250 мм и высотой

1200 мм.разливают низкоуглеродистую сталь. Температуру рабочей стенки кристаллизатора измеряют в точке, расположенной на расстоянии 120 мм от нижнего его торца. В зону контакта слитка с кристаллиэатором с регулируемым расходом подают газожидкостную эмульсию, содержащую 753

l0 ного литья заготовок, включающий из мерение температуры рабочей стенки кристаллизатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества металла и повышения выхода годного, в зону контакта слитка с кристаллизатором с регулируемым расходом подают газожидкостную эмульсию через отверстия, выполненные в стенках кристаллизатора. причем пои повышении температуры рабочей стенки расход подаваемой газожидкостной эмульсии уменьшают, а при снижении увеличивают.

1526894 инертного газа (аргона) и 254 рапсового масла ° Эмульсию подают через отверстия в рабочей стенке кристаллизатора, расположенные равномерно по периметру слитка. Отверстия выполнены на участке от нижнего торца . кристаллизатора до линии, удаленной на 7 50 ым от этого торца. Шаг расположения отверстий вдоль технологической оси постоянный и равен 50 мм.

Диаметр верхних отверстий равен 8 мм.

Диаметры нижерасположенных отверстий увеличиваются в соответствии с соотношением

d, 2 ь

1 05 ехр-- у 750 откуда получаем

d =82ехр- —— ь;

1500 где b = 750 - х (х — расстояние от

1 оси отверстия до нижнего торца кристаллизатора).

Наиболее нижележащие отверстия расположены на расстоянии х = 50 мм от нижнего торца кристаллизатора, поэтому их диаметр d „ равен

750 - 50

8,2 ехр- — — — — = 13 мм, и 1500

Измеренное значение температуры рабочей стенки составляет 160 C. Этому значению температуры соответствует расход газожидкостной эмульсии

2,5 кг/мин. Устройство для управления режимом работы кристаллизатора стабилизирует расход газожидкостной эмульсии относительно указанной величины.

8 другой момент времени температура рабочей стенки возрастает до о

185 С, тогда устройство уменьшает расхор газожидкостной эмульсиии ло

2,2 кг/мин и будет его стабилизировать относительно этой величины, Техническое преимущество изобретения заключается в повышении равномерности охлаждения слитка в кристаллизаторе по его периметру и создании наиболее рациональных условий охлаждения слитка по его высоте, вследствие чего улучшается качество металла и повышается выход годного. Ожидается снижение брака по причине пораженности поверхностными трещинами на 0,153.

Формула изобретения

1. Способ управления режимом работы кристаллизатора машины непрерыв2 Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве газожидкостной эмульсии используют смесь

20 инертного газа и технического масла, причем содержание масла в эмульсии составляет 0,2-60 ь.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что температуру рабочей стенки кристаллизатора измеряют на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,02-0,25 его высоты.

4. Способ по п.1, отличаюЗ<> шийся тем, что газожидкостную эмульсию подают на участке, расположенном между нижним торцом кристаллизатора и линией, удаленной от нижнего торца кристаллизатора на расстояние, равное 0,5-0,8 высоты кристалли35 затора.

5. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что расход газожидкостной эмульсии изменяют в соответствии с соотношением

К ехр—

«1о о где q — расход газожидкостной эмульсии в данной точке ;

4 q, - расход газожидкостной эмульсии через диаметр наименьшего отверстия;

К вЂ” коэффициент, завиясящий от марки разливаемого металла, 50 К = 1,0-1,4;

1 — расстояние от точки подачи газожидкостной эмульсии с расходом q, до точки ее подачи с расходом q;

1 — высота участка рабочей стенки, на котором подают газожидкостную эмульсию.

6. Устройство для управления режимом работы кристаллизатора машины

152 непрерывного литья заготовок, содержащее последовательно соединенные измеритель температуры рабочей стенки кристаллиэатора и блок сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества металла и повышения выхода годного, оно дополнительно содержит последовательно соединенные измеритель расхода газожидкостной эмульсии, второй блок сравнения, регулятор расхода гаэожидкостной эмульсии и дроссель, а также задатчик расхода гаэожидкостной эмульсии, причем второй вход первого блока сравнения соединен с выходом задатчика расхода гаэожидкостной эмульсии, а его выход соединен с вторым входом второго блока сравнения.

7. устройство по п.6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что выход дросселя параллельно соединен с отверс 2 Ь

dо2

-2 К ехр—

Ь диаметр данного отверстия „ диаметр наименьшего отверСтия; коэффициент, зависящий от марки разливаемого металла, К 1,0-1,4; расстояние от оси отверстия диаметром.d до оси отверстия диаметром d измеренное вдоль технологической оси; расстояние между осями наиболее взаимно удаленных отверстий, измеренное вдоль технологической оси. где d —lO d

ЬЬ о

6894

12 тиями в рабочей стенке кристаллиэатора, причем шаг расположения отверстий по высоте кристаллизатора постоянный, а диаметры отверстий изменяются в соответствии с соотношением

1526894

Составитель А.Абросимов

Техред И.Верес

Редактор С.Пекарь

Корректор С.Черни

Заказ 7447/16 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 111