Способ управления процессом непрерывного горизонтального литья

ИЗОБРЕТЕ авторскому свид ьст(56) Разливка стали на опытно-промышленной горизонтальной машине непрерывного литья заготовок Технологическая инструкция. ТИ-СМСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СС(и) ОПИСАНИ 9) Я 7 (и) 1790091 (1 з) А 11) 6 В 220 11 16 2-7-88, Карагандинский металлургический комби -нат, г.Темиртау, 1988, с 1 7,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ(57) Изобретение к металлургии, в частности, к непрерывному литью слитков. Способ предусматривает измерение времени от начала заполнения метаплоприемника, плотности теплового потока в егофутеровке, скорости вытягивания слитка и опредепение перегрева металла, поступающего из разливочного ковша,Изобретение относится к металлургии, в частности к способам управления непрерывным литьем металлов,Известен способ контроля процесса непрерывного литья, заключающийся в измерении тепловых потоков в футеровке, температур металла в ковше и в металло- приемнике по ходу разливки, при этом получаемая информация позволяет оценивать соответствие технологии нормальному режиму. Этот способ обладает следующими недостатками. Во-первых, в отечественной практике по ходу литья не измеряют температуру в ковше, поскольку ковши не оборудованы соответствующими датчиками и нет площадок для измерения погруженными термопарами. Во-вторых, регистрируется текущая температура, что не позволяет активно влиять на температурный режим ме-. талла, и, в случае аномального снижения перегрева, неизбежно прекращение разливки.Из известных решений наиболее близким по технической сущности является способ управления процессом непрерывного горизонтального литья, включающий измерение температуры металла в металлоприемнике Т и регулирование рабочей скорости вытягивания слитка в зависимости от текущего значения Т по линейной зависимости.Подача металла в горизонтальный кристаллизатор осуществляется по металло- проводу, состыкованному с охлаждаемыми стенками кристаллизатора, поэтому отсутствие контролятемпературы в ковше, отсутствие средств прогноза ожидаемой по ходу литья температуры в металлоприемнике, отсутствие регулирования темпа разгона часто приводит к перемерэаниям металлопровода во время литья, особенно к концу разливки при опорожнении металло- приемника, что является недостатком способа;Целью изобретения является увеличение выхода годного за счет исключения перемерзания металлопровода,Поставленная цель достигается осуществлением способа управления процессом непрерывного горизонтального литья, включающего измерение температуры металла а металлопроемнике Т и регулирование рабочей скорости вытягивания слитка в зависимости от текущего значения Т, при этом измеряют время от начала заполнения металлопрйемника х, температуры 11 ив двух точка футеровки с разностью по глубине ог рабочей поверхности Ьг, рассчитывают плотность теплового потока в футеровкеметаллоприемника оф по математическойзависимости где Л - коэффициент теплопроводности футеровки,10 после заполнения металлоприемника вовремя увеличения скорости вытягиванияслитка от начальной до рабочей определяютперегрев, поступающий иэ ковша металлапо математической зависимости 15ЬС И) = Т-Т+М -+с 1 Т 1кот С(2) ф аГ ТГ20 + СС СС 40 ЬТ -аГТ /ССЬТ - к 1+а Г /СС и, если ЬТк менее допустимого по техноло гии значения минимального перегрева(ЬТД, увеличивают темп разгона вытягивания слитка: про ходу литья.на рабочей скорости после достижения стационарного значения температуры металла в металло- приемнике Тстац и ее дальнейшего снижения со скоростью определяют скорость о Тстацснижения температуры металла в бтк55 ковше о по математической зависимо- сти Ж бТ к стац 1+ аГ(4) где Т 1- константа, равная температуре ликвидус стали;О - массовая скорость литья;25 М - масса металла в металлоприемнике;С - константа, равная теплоемкостижидкого металла;Р - площадь поверхности контакта металла с футеровкой металлоприемника; З 0 Р - площадь мениска металла в металл: приемнике;а - коэффициент теплоотдачи с мениска металла,прогнозируют перегрев макк на момент т Э 5 окончания подачи металла из ковша в металлоприемник и перегрев с металлонриемнике по зависимости(6) 45 повторяют прогноз Локк и ЛТ на момент т), и, если ЛТ) менее (ЛТк), увеличивают рабочую скорость вытягивания слитка; прогнозируют перегрев металла в металлоприемнике на стадии его опорожне нил в конце разливки по зависимости аГ йтЬТ = (Т +ЬТ )ехР -- ,Г - -Т (5)С М10 и, если величина Л Т менее (0,5-1,0) (ЛТ), увеличивают рабочую скорость вытягивания слитка, в противнпм случае оставляют скорость вытягивания без изменения, 15Отличительные признаки изобретения - расчет и прогноз температуры в ковше по температуре металлоприемника, прогноз температуры металла в металлоприемнике, корректировка прогноза по 20 стационарному состоянию, регулирование темпа разгона вытягивания, введение ограничения на перегрев в металлоприемнике на стадии его опорожнения - отсутствуют в известных технических решениях, необхо димы и достаточны для исключения перемерзания металлопровода, что свидетельствует о соответствии критерию "новизна" и "существенные отличил".В основу предлагаемого способа управ ления положено рассмотрение теплового баланса металла в металлоприемнике. Плотность теплового потока в футеровку рф ЭВМ рассчитывают через температуры т 1 и с 2 в 2 точках футеровки с разностью по глу бине от рабочей поверхности Лг:рф = А (11 - т 2)Иг, Приход тепла осуществляется со струей металла иэ ковша, расход тепла - с выходным потоком, теплоотдачей в футеровку и излучением с поверхности расплава 40 (мениска). Вырахсение для баланса имеет вид-СЬТ р Г-аГ (ЬТ+Т ), оп ф где ЛТ и Л ь - перегревы в металлоприемнике и ковше над температурой ликвидус;Оа - массовая скорость заливки из ковОоп - массовая скорость опорожнения металлоприемника;а - средний в возможном интервале(0, ЛТцакс) коэффициент теплоотдачи излучени ем с открытого мениска, определяемый иэ соотношенияХ (273+Т +ЬТ) АЛЬТоГт ь;ты ььт " Ь 7) х с В,67+ = 370-в Втнфпри Л Тмакс 50"С, е Ме = 0,96,Учитывая, что получаем выражение для балансаСМ + СЬТС =от з= СЬ С -р Г-аГ (ЬТ+Т ) (9)з фТак как после заполнения металлоприемника по окончании заливки из ковша ба=С, получаем следующую зависимость дляЛт) с 1 ЬТ 1Ь =от С- +ЬТ+р Г аГ(Т +ЬТ) (10)+ - +СС ССчто тождественно (2),Эта зависимость позволяет определятьЛь как функцию ЛЬ начиная с моментазаполнения металлоприемника до окончания опорожнения ковша в момент т 1. ВЭВМ поступает информация о величинах Т,6, т 1, тг в виде зависимости от т, После численного дифференцирования бТ/дт из зависимости (2) определяется текущийперегрев металла в ковше. Прогноз величины Йь = Ль(т)с) устанавливается линейной экстраполяцией зависимости Ль(г) набудуще время т)с,По ходу литья в связи с прогревом футеровки величина рф уменьшается до пренебрегаемо малых для баланса значений, приэтом температура в металлоприемнике меняется слабо, Полагая, при этом рф -ф 0 и бЛТ/дт -ф О, иэ (10) следует, что аГ Ьт = ЬТ+ . (Т.+ЬТ)ССоткуда вытекает справедливость выражения (3) для большого времени 11. Прогноз ЛТ, полученный на этапе разгона вытягивания, сравнивают с минимально допустимым по технологии значением перегрева Л Ть. Если прогнозное значение меньше допустимого, увеличивают темп разгона для сокращения времени литья и, главное, быстрейшего прогноза футеровки металлоприемника за счет интенсивного движения расплава, при этом сокращаются общие тепловые потери металла, кроме того, растет прогноз стенок металлопровода движущимся расплавом.В процессе литья вследствие действия противоположных тенденций: остывания металла в ковше и уменьшения теплоотдачив футеровку металлоприемника, наступает момент выхода величины Т на стационарное максимальное значение и затем ее плавное снижение, Это означает, что в (И) величина ЬТ является функцией времени ЬТ Дифференцируя (И) по, получаем выражение (4). Используя результат дифференцирования бТЙ х, ЭВМ определяют по (4) скорость остывания в ковше, что позволяет скорректировать выполненный ранее, на этапе разгона, прогноз перегревов Ькк и ЬТк, Ьткк определяется, исходя изтекущего расчетного значения по (2) на этапе снижения Тстац по темпу остывания иэ (4), Повторный прогноз точнее первого, поскольку является более кратковременным (примерно в 2 раза), меньше погрешность определения ОТ/бх, оф, исключается нелинейность падения температуры в ковше за счет прогрева его футеровки, Если новое прогнозное значение ЬТк(ЬТк 1, увеличивают скорость литья для сокращения времени плавки и исключения промерзания металлопровода за счет увеличения скорости течения расплава в нем.После окончания заливки из ковша в металлоприемник наступает стадия его опорожнения, при этом в балансе отсутствует приход тепла со струей из ковша, вследствие чего температура расплава ускоренно уменьшается, Из (9) следует, что при Оз = О, цф О откуда вытекает выражение как решение уравнения (12) с начальным условием ЬТ(хк) = ЬТк,Отсюда следует справедливость зависимости (5), Исходя из закона торможения вытягивания в конце литья М(г) на ЭВМ по (5) рассчитывают ЬТ вплоть до полного опорожнения металлоприемника, причем этот расчет выполняется на стадии заливки из ковша, после начала снижения Тстац., что позволяет воздействовать на тепловой режим литья рабочей скоростью вытягивания. Если ЬТ(0,5-1,0)(ЬТк 1 на стадии опорожнения, возможно перемерзание металло- провода и закозление части металла в металлоприемнике, поэтому увеличивают скорость литья,в противном случае оставляют без изменения. Большее значение допустимого предела ЬТ относится к высокотеплопроводным металлопроводам малого диаметра, меньшее - к низкотемпературным большого диаметра. Увеличение рабочей скорости позволяет исключить перемерэание эа счет роста величины ЬТк при сокращении времени литья,Ниже приведены примеры реализации предлагаемого способа управления. П р и м е р 1. Сталь Х 18 Н 10 разливали на двухручьевой МНЛЗ горизонтального типа с двухсторонним вытягиванием со скоростью 2 м/мин в слитки сечением 50 х 50 мм. На кристаллизаторе установлен металлоприемник емкостью 1 т. Заливку производили из ковша емкостью 5 т. Разливку производили при следующих параметрах; температура в ковшей в начале заполнения металлоприемника (замер перед подачей на машину) 1530 С, уровень металла в металлоприемнике после заполнения и до начала опорожнения 500 мм, масса металла в металлоприемнике М = 1000 кг, Т = 1460 С, массовая скорость литья 0 = 780 кг/мин ==13 кг/с, теплоемкость стали С = 720 Дж/кгх х град, площадь контакта металла с футеровкой металлоприемника при размерах сечения его полости 0,36 х 0,72 м Е = 1,34 м 2, площадь мениска металла в металлоприемнике Р 1 = 0,26 м 2, После наполнения металл риемника за 1,3 мин начали вытягивание слитков, при этом эа 1 минуту вышли на скорость вытягивания 1 м/мин при стартовой скорости 0,2 м/мин. Температуру металла в металлоприемнике Т измеряли термопарой ВР 5/20, установленной около выходного отверстия в металлоприемнике. Тепловой поток в футеровке измеряют посредством двух термопар ВР 5/20, установленных с разностью по глубине от рабочейповерхности 5 мм, вычисляя оф через разность из показаний т 1 и т 2 Ьтф = т 1 - 12 позависимости 50где 1,8 -теплопроводность футеровки, Вт/м х х град. Информация с участков поступила в ЭВМ КТС-ЛИУСсопряженную в сеть сВМ Ра/АТ. Измерение времени осуществ 55 ляется таймером КТС-ЛИУС - 2, который за, пускается при срабатывании датчикаизмерения Т (начало заполнения металло- приемника),10 1790091 Перегрев металла в ковше определяет- ся по зависимости с 3 Т 1ф 1,34 3700,26 Т41 Гх) = 7-1460+)в Ц от 13 -э 720 13 720 13 с 370 х 0,26 х 60 67 720 1000-390 х 64=2), 1 С ЬТ = (1460+ 2514) ехр370 хо, 26720 х 13 где для 0х60. 1,3 М =- 13 т, далее М =1000 кг,При этом расчет производит персональная ЭВМ,Расчет дал за 2,3 мин уменьшение Ьь с57 С до 45 С, т.е, остывание металла в ковше со скоростью 5,2 С/мин, что для времени разливки т = = 6,4 мин позволяет5000780прогнозировать величину йь на моментокончания подачи в металлоприемник5,7 - 6,4 х 5,2 =24 С,при этом перегрев в металлоприемнике 24-370 х 0, 26 х 1460/720 х 130х 370 х 0,26 720 х 13 Результат прогноза ЛТк = 9,5 С выдан на дисплей.Поскольку ЛТк1 ЛТк = 10 С, оператор принял решение увеличить темп разгона с 0,8 м/мин до 1,2 м/мин и вышел на скоро 2сть вытягивания 2 м/мин еще раз т,е. при т = 1,3 + 1 + 0,8 = 3,1 мин. В этото момент прогноза по ЛТк увеличился до 12 С,При т = 2 мин температура в металло- приемнике Т вышла на стационарное значение Тстац = 1490 С и, начиная с момента т= =3,5 мин, пошло снижение этой величины со скоростью 3 С/мин, Отсюда ЭВМ вычислила скорость снижения температуры в ковше сВ Г 370 х 0,26 о щ -Зх)1 в в в ,. - м -3 0/мнн бт 720 х 13:18,4 С,Поскольку ЛТ)4 1 ЛТк = 10, скорость вытягивания оставили равной 2 мlмин,Далее Э ВМ произвела прогноз перегрева в металлоприемнике на стадии опорож нения его при отведенном ковше наинтервале от 6,4 до.9 мин при уменьшении скорости литья до 1 м/мин и 6 до 390 кг/мин,ЛТ =(1460+ 18,4) ехр15 20 Прогноз дает снижение ЛТ на 12 С до6 С в течение 1 минуты, т.е. металлоприемник не успевает опорожниться полностью вследствие перемерза ния металлопровода.В данной МНЛЗ применен металлопровод 25 из сиалона с большой теплопроводностьюоколо 20 Вт/м к и диаметром отверстия 30 мм, что обуславливает требование ЬТ ЛТк и на стадии опорожнения металло- приемника.30 Оператор увеличил скорость вытягивания до 3 м/мин после т мин, при этом в ковше осталось 1880 кг стали, и закончил перелив из ковша при т= т 14 = 5,6 мин за счет увеличения О до 1170 кг/мин (19,5 кг/с).35 Проверочный прогноз даетй = 57 - 5,2 х 2,3 - 3 5,6 - 2,3) = 35,1 С 35, 1-370 х 0, 26 х 1460.х 720 х 19, 5х 370 х 0, 26 720 х 19,6 45)т370 хО,26 х 60 бт720 1000-1170 х 1в,е Прогноз дает снижение ЛТ на 10 С до 15 ОС и опорожнение металлоприемника осуществлено полностью, т.к. ЛТЛТк,П р и м е р 2. При всех условиях примера 1 металлопровод выполнен из боросила теплопроводностью 5 Вт/м.к., и опорожнять металлоприемник можно при ЛТ0,51 ЛТк- =5 С, поэтому после прогноза на снижение перегрева до 6 С скорость вытягивания не увеличили и успешно закончили разливку на скорости 2: м/мин.1790091 12 П р и м е р 3. При всех условиях примера2 прогноз на снижение перегрева при опорожнении составил 5 С, Успешно закончили разливку на скорости 2 м/мин,П ример 4, Привсехусловиях примера 51 прогноз на снижение перегрева и достигнутый перегрев при охлаждении -6 С, Разливку не ускорили и продолжали наскорости 2 м/мин, В металлоприемнике осталось 500 кг металла после перемерзания 10металлопровода,П р и м е р 5. При всех условиях примера 2 прогноз на снижение перегрева при Формула изобретения 15 СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ, включающий измерение температуры металла в металлоприемни ке Т и регулирование скорости вытягивания слитка в зависимости от текущего значения Т, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годного за счет исключения перемерзания металло провода, измеряют время от начала заполнения металлоприемника г температуры 11 и 12 в двух точках футеровки с разностью по глубине от рабочей поверхности Ы рассчитывают плотность 30 теплового потока в футеровке металло- приемника оф по математической зави- симости с 1=Л1 г35дегде А - коэффициент теплопроводности футеровки,после заполнения металлоприемника во время увеличения скорости вытягива ния слитка от начальной до рабочей определяют перегрев поступающего из ковша металла по математической зависимостиГдс (т) = т-т + и - + +ст 1 уф кфг т 451 с 1 с С СС СС где Т - константа, равная температуре ликвидуса стали;О - массовая скорость литья;50М - масса металла в металлоприемнике;С -. константа, равная теплоемкостижидкого металла,Р - площадь поверхности контакга 55металла с футеровкой металлоприемника; опорожнении составил 4 "С, т.е. меньше 0,5 ЛТк. Разливку не ускорили, и произошло закозление 500 кг металла в метэллоприемнике.Предложенный способ управления непрерывным горизонтальным литьем позволяет увеличить выход годного за счет исключения потерь металла в металлоприемнике при перемерзании металлопровода, что составляет до 5 оот массы плавки, или до 0,5 от общего обьема раэливаемого на МНЛЗ металла. Р - площадь мениска металла в металлоприемнике;а - коэффициент теплоотдачи с мениска металла,прогнозируют перегрев Локк на момент гк окончания подачи металла изковша в металлоприемник и перегрев вметэллоприемнике по зависимостиЛккЛТсси, если ЛТк менее допустимого потехнологии значения минимального пер рева ЛТк увеличивают темп разгонавытягивания слитка, по ходу литья нарабочей скорости . после достижениястационарного значения температурыметалла в металлоприемнике Тстац и еедальнейшего снижения со скоростьюс 1 Тстац/дг определяют скорость снижения температуры металла в ковшес 1 ЬЙг по математической зависимостиа атсс Гповторяют прогноз перегрева Локк иЛТк нэ момент гк и, если ЛТк ЛТкувеличивают рабочую скорость вытягивания слитка, прогнозируют перегрев металла в металло приемнике на стадииего опорожнения в конце разливки поматематической зависимостиДТ = АБДТ ехр - . У -аГ сИ 1К С Ихи, если величина ЛТ(0,5-1,0 КЛТкувеличивают рабочую скорость вытягивания слитка, в противном случае оставляют скорость вытаивания без изменения,