Способ диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла. Способ включает измерение температуры поверхности сляба с помощью встроенных в стенки кристаллизатора первой группы термоэлементов области погружного стакана и второй группы в области, удаленной от погружного стакана, определение разницы показаний термоэлементов первой и второй группы, диагностирование продольных трещин по превышению упомянутой разницы показаний установленного порогового значения. Предварительно выполняют химический анализ стали разливаемой плавки и на основе статистических данных по трещинообразованию разлитых ранее плавок определяют параметр, характеризующий склонность разливаемой стали к образованию продольных трещин. Для плавки стали, склонной к трещинообразованию, корректируют пороговое значение разницы показаний термоэлементов в сторону уменьшения, а для плавки стали, не склонной к трещинообразованию, корректируют в сторону увеличения. Повышается достоверность диагностирования продольных трещин. 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к непрерывной разливке металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Наличие дефекта продольной трещины на поверхности непрерывнолитой заготовки не позволяет отправить слябовую заготовку в прокатку. Для устранения трещины осуществляют огневую зачистку сляба. При этом возникают дополнительные затраты, связанные с оплатой труда, потерей металла и прочими расходами.

Процесс формирования продольной трещины на поверхности непрерывнолитой заготовки можно разделить на два этапа:

- зарождение трещины в виде ликвационных полосок или микротрещин из-за неравномерного теплоотвода в кристаллизаторе;

- разрыв формирующейся корочки на выходе из кристаллизатора под действием ферростатического давления и механического воздействия на нее роликов ЗВО.

Диагностирование возникновения продольной трещины выполняют на этапе ее формирования в кристаллизаторе по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами. Термоэлементы устанавливают ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы, состоящей, по крайней мере, из трех рядов и множества столбцов.

После диагностирования продольной трещины выполняют различные технологические операции, направленные на предотвращение распространения продольной трещины, такие как: снижение скорости разливки и удаление переохлажденных участков шлака с мениска металла в кристаллизаторе.

Известен способ прогнозирования продольных трещин в отливаемой заготовке при непрерывной разливке по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами (CN 101985166). Термоэлементы располагаются ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы, состоящей, по крайней мере, из трех рядов и множества столбцов. Для диагностирования возникновения продольных трещин одновременно оцениваются разность показаний термоэлементов, находящихся в одном ряду, и характер изменения во времени показаний термопар, находящихся в одном столбце.

Известен способ диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе по изменению температуры поверхности сляба, причем локальную температуру отливаемой заготовки измеряют расположенными в стенке кристаллизатора термоэлементами (WO 2012043985). Термоэлементы располагаются ниже уровня металла в кристаллизаторе в виде матрицы. При этом все множество термоэлементов разделено на две группы: первая группа термоэлементов - область кристаллизатора, в которой не возникают продольные трещины (крайние области широких стенок кристаллизатора, примыкающие к узким стенкам), вторая группа - область кристаллизатора, где возникают продольные трещины (центральная область широких стенок кристаллизатора в районе погружного стакана). Диагностирование продольных трещин выполняется по разнице показаний термоэлементов первой и второй группы.

Недостатком указанных способов является то, что при диагностировании продольных трещин не учитывают химический состав разливаемой стали, а само диагностирование производится по результатам сравнения рассчитанных диагностических параметров с конкретными предварительно определенными пороговыми значениями. Однако известно, что на склонность плавки к трещинообразованию существенное влияние оказывает количественное содержание различных химических элементов в составе разливаемой плавки, таких как S, С, Mn и т.д.

В результате, для плавок, не склонных к трещинообразованию, могут формироваться ложные диагнозы, в то же время для плавок, склонных к трещинообразованию, возникновение отдельных трещин может не диагностироваться.

Таким образом, задачей представленного изобретения является повышение достоверности диагностирования продольных трещин.

Решение указанной задачи обеспечено тем, что в способе диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе, включающем измерение температуры поверхности сляба с помощью термоэлементов, встроенных в стенки кристаллизатора и разделенных на первую группу, расположенную в области погружного стакана, и вторую группу, расположенную в области, удаленной от погружного стакана, диагностирование продольных трещин по разнице показаний термоэлементов первой и второй группы, дополнительно выполняют химический анализ разливаемой стали, для которой определяют параметр S, характеризующий склонность к образованию продольных трещин и основанный на статистических данных по трещинообразованию разлитых ранее плавок, с последующей корректировкой порогового значения разницы показаний термоэлементов первой и второй группы в сторону уменьшения для плавок, склонных к трещинообразованию, или в сторону увеличения для плавок, не склонных к трещинообразованию.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

1. Первоначально по результатам химического анализа разливаемой стали формируется вектор X(x1, x2, …, xn) значений массовых долей химических элементов, содержащихся в расплаве, по которому рассчитывают параметр S, характеризующий склонность марки стали с химическим составом X к образованию продольных трещин в процессе разливки на МНЛЗ. Для этого:

1.1. На основании статистических данных по трещинообразованию на отлитых заготовках формируются две обучающие выборки

и , где

D1 - массив k×n значений массовых долей х химических элементов, содержащихся в k плавках, разлитых на МНЛЗ с продольными трещинами на слябах, где xij - массовая доля i-го химического элемента, содержащегося в j-ой плавке;

D2 - массив l×n значений массовых долей х химических элементов, содержащихся в l плавках, разлитых на МНЛЗ без продольных трещин на слябах, где xij - массовая доля i-го химического элемента, содержащегося в j-ой плавке.

Каждая строка из массивов D1 и D2 представляет собой точку в n-мерном пространстве координат, а совокупность указанных точек формируют две области в упомянутом пространстве, соответствующие химическому составу стали с различной склонностью к трещинообразованию слябов при разливке на МНЛЗ.

1.2. Линейным методом разделения диагнозов выполняется построение n-мерной плоскости, разделяющей сформированные области D1 и D2. В соответствии с линейным методом разделения положение указанной плоскости в n-мерном пространстве однозначно определяется весовым вектором λ(λ1, λ2, …, λn, λn+1), где λn - весовые коэффициенты.

1.3. Величина параметра S, характеризующего склонность марки стали с химическим составом X(x1, х2, …, xn), определяется исходя из следующего выражения:

S=λ1х12x2+…λnxnn+1,

где xn - значение массовой доли химического элемента, содержащегося в стали, полученное в результате замера химического состава, непосредственно перед разливкой на МНЛЗ.

Если S>0, то склонность к образованию продольных трещин на поверхности сляба с химическим составом стали X(x1, x2, …, xn) высокая, если S<0, то низкая.

1.4. Для плавок с высокой склонностью образования продольных трещин (S>0) на слябе выбирают минимальное пороговое значение разницы показаний термоэлементов ΔТПОР=ΔТПОРmin, при превышении которого диагностируют возникновение продольной трещины. Для плавок с низкой склонностью к образованию продольных трещин на слябе (S<0) выбирают максимальное пороговое значение разницы показаний термоэлементов ΔТПОР=ΔТПОРmax, при превышении которого диагностируют возникновение продольной трещины.

2. На втором этапе выполняют непосредственное диагностирование возникновения продольных трещин в отливаемой заготовке с учетом параметра S, рассчитанного на первом этапе:

2.1. Формируют массив показаний термоэлементов за период времени Т. Массив представляет собой буфер FIFO, обновляющийся с приходом каждой новой посылки показаний термоэлементов;

2.2. Для каждого термоэлемента первой группы (в области погружного стакана) определяют значение последнего локального максимума температуры и последнего локального минимума температуры;

2.3. Определяют разницу между значениями локальных экстремумов и текущими показаниями термоэлемента, полученных в п. 2.2;

2.4. Если значения разностей, рассчитанных в п. 2.3, превышают критические значения, то по данному термоэлементу выставляют флаг наличия захолаживания. Флаг остается активным до тех пор, пока длина отлитой заготовки с момента обнаружения захолаживания не превысит высоту кристаллизатора;

2.5. Если хотя бы для двух термоэлементов какого-либо столбца первой группы установлены флаги обнаружения захолаживания - для данного столбца выставляется флаг подозрения на наличие продольной трещины в районе встройки термоэлементов столбца;

2.6. По показаниям термоэлементов второй группы (фоновая область) отдельно для базовой и не базовой стенок кристаллизатора послойно рассчитывают средние значения;

2.7. Для столбцов, обозначенных флагом подозрения на наличие продольной трещины в районе встройки термопар столбца, послойно рассчитывают разницу между средним значением фоновых термопар и текущим значением показаний термопар столбца;

2.8. Если хотя бы для двух термопар столбца рассчитанная в п. 2.7 разница превышает пороговое значение ΔТПОР, скорректированное на первом этапе (п. 1.4) - устанавливают флаг наличия продольной трещины в районе встройки термопар столбца.

Данный алгоритм был опробован на МНЛЗ №6 в ККЦ ОАО «ММК». В качестве примера приведен расчет определения момента возникновения дефекта «продольная трещина» выявленного в процессе разливки плавки в слябы толщиной 250 мм и шириной 2600 мм, со следующим химических составом: [С]=0,10%, [Si]=0,25%, [Mn]=1,50%, [S]=0,005%, [Р]=0,011%, [Al]=0,041%.

По результатам химического анализа разливаемой плавки был произведен расчет параметра S, который составил 0,01. Поэтому, данная плавка характеризуется высокая склонностью к образованию дефекта «продольная трещина» и соответственно выбирается пороговое значение разницы температур ΔТПОРmin=3 оС.

При разливке металла непрерывно формируется массив показаний температур с 14 столбцов термоэлементов, расположенных в три ряда на базовой и не базовой стенке кристаллизатора. К термоэлементам первой группы относится с 6 по 9 столбцы, а к фоновой области относятся с 1 по 5 и с 10 по 14 столбцы для базовой и не базовой стенки кристаллизатора. При этом в первой группе термопар производится постоянный расчет локального максимума и минимума температуры, и сравнивается с текущими показаниями температуры с термоэлементов.

В момент разливки сляба было обнаружено, что по не базовой стенке кристаллизатора в столбце №7 происходит локальное «захолаживание» температуры по верхнему и среднему ряду термоэлементов

Верхний слой: Tmax-tв=139,3-122,9=16,4°С>Ткр=6,4°С;

Tmin-tв=130,0-122,9=7,1°С>Ткр=3,5°С;

Средний слой: Tmax-tc=104,5-91.2=13,3°С>Ткр=6,0°С;

Tmin-tc=96.1-91,2-4,9°С>Ткр=3,5°С;

Нижний слой: Tmax-tн=86,2-76,7=9,5°С>Ткр=6,4°С;

Tmin-tн=80.0-76,7=3,3°С<Ткр=3,5°С,

где Tmin и Tmax - локальные экстремумы температуры за период времени Т, °С;

tв, tc, tн - текущие показание температуры измеренное термоэлементами в момент разливки сляба, °С.

Среднее значение температуры в фоновой области по каждому ряду термоэлементов в момент разливки данного сляба:

Верхний слой: Тсрв=128,9°С;

Средний слой: Тсредс=95,3°С;

Нижний слой: Тсрн=81,6°С.

Разница между средними значениями температуры в фоновой области термоэлементов и текущими значениями показаний температуры с термоэлементов в столбце №7 в момент разливки данного сляба сравнивается с пороговым значением ΔTПOPmin:

Тсрв-tв=128,9-122,9=6,0°С>ΔTПОPmin=3,0°С;

Тсредс-tc=95,3-91,2=4,1°С>ΔTПОPmin=3,0°С;

Тсрн-tн=81,6-76,7=4,9°С>ΔTПОPmin=3,0°С.

Так как разница между средними значениями температуры в фоновой области термоэлементов и текущими значениями показаний температуры с термоэлементов в столбце №7 превысило пороговое значение, то данному слябу устанавливается флаг о наличии дефекта поверхности «продольная трещина» в области термоэлементов столбца №7.

На данный сляб был установлен флаг о возможном наличии дефекта поверхности «продольная трещина», и он был направлен на контроль качества поверхности. При контроле качества на поверхности сляба наличие дефекта поверхности «продольная трещина» было подтверждено.

Способ диагностирования продольных трещин в затвердевшей оболочке сляба в кристаллизаторе, включающий измерение температуры поверхности сляба с помощью термоэлементов, встроенных в стенки кристаллизатора и разделенных на первую группу, расположенную в области погружного стакана, и вторую группу, расположенную в области, удаленной от погружного стакана, диагностирование продольных трещин по разнице показаний термоэлементов первой и второй группы, отличающийся тем, что дополнительно выполняют химический анализ разливаемой стали, определяют вероятность возникновения продольных трещин для разливаемой стали и выполняют коррекцию порогового значения, при превышении которого диагностируют продольные трещины, причем коррекцию осуществляют в сторону уменьшения для плавок с высокой вероятностью возникновения продольных трещин и в сторону увеличения для плавок с низкой вероятностью возникновения продольных трещин, кроме того, для оценки вероятности возникновения продольных трещин по результатам химического анализа стали применяют метод линейного разделения диагнозов с привлечением статистических данных по трещинообразованию на отлитых ранее заготовках.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности автоматического управления процессом получения непрерывнолитых заготовок с равномерной макроструктурой для производства прокатных высокопрочных металлических изделий.
Изобретение относится к компьютерному проектированию технологического процесса производства металлоизделий, состоящего из последовательности процессов: получения заготовки литьем, обработки давлением и термообработки литой заготовки.

Подачу жидкого металла в кристаллизатор непрерывной разливки устанавливают посредством блокирующего устройства. Частично отвердевшее металлическое прессованное изделие выпускают из кристаллизатора непрерывной разливки с помощью разгрузочного устройства.

Изобретение относится к области непрерывной разливки металлов. Подвод жидкого металла (3) в кристаллизатор (1) непрерывного литья регулируют с помощью закрывающего устройства (4).

Изобретение относится к установке (20) непрерывной разливки с роликовой проводкой, содержащей сегменты (22, 23, 24, 25, 26, 27) с роликами. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в процессе непрерывного литья заготовок слябового сечения. .

Изобретение относится к способу и устройству регулирования самых различных регулируемых параметров в металлургических производствах, таких как, например, сталеплавильные цеха, установки непрерывной разливки, прокатные цеха, например, для настройки гидравлических, электрических, а также пневматических устройств при помощи системы регулирования, посредством которой на основе задающей величины и величины обратной связи осуществляют вычисление текущего регулируемого отклонения и задают новую величину управляющего воздействия для контура регулирования, посредством которой состоящий, например, из клапана исполнительный элемент преобразует регулируемый параметр, при помощи которого затем регулируется общий расход подаваемых в процесс энергоносителей, например, масла для гидросистем, воды, воздуха, электрического напряжения или тока, из данного объема снабжения.

Изобретение относится к разливке металла. Литейная форма для непрерывного или полунепрерывного литья расплавленного металла содержит рамную конструкцию, впускное и выпускное отверстия и систему обнаружения утечек. Система обнаружения утечек содержит генератор сигналов, который предоставляет уравновешенный ток датчику утечек, размещенный на периметре выпускного отверстия литейной формы или рядом с ним, и детектор тока, отслеживающий полное сопротивление датчика утечек. Система обнаружения утечек передает электрический сигнал, указывающий на состояния датчика утечек, на программируемый контроллер. Обеспечивается безопасность оператора, снижение вероятности несчастных случаев, уменьшение вероятности повреждения оборудования. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх