Способ автоматического управления процессом непрерывного литья слябов на машине непрерывного литья заготовок горизонтального типа с двусторонним вытягиванием

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 09) П) 496916 5 Н 4 В 22 Р 11/ АНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ рерывного литья заготовок на машине непрерывного литья заготовок горизонтального типа с двусторонним вытягиванием. Целью изобретения является повышение качества слитков и увеличение выхода годного. Сущность изобретения заключается в регулировании скорости вытягивания по результатам расчета на ЭВМ толщины корочки слитка в кристаллизаторе на основе замеров температур в стенке кристаллизатора, Новым является измерение теплового потока в центре днища кристаллизатора и вокруг центра, расчет распределения его по длине кристаллизатора с учетом растекания тепла вдоль и поперек оси вытягивания, расчет растягивающих напряжений в корочке в области локального минимума ее толщины. Расчет напряжений ведется для того из двух вытягиваемых кристаллизаторов слитков, у которого в данный момент времени наибольшая скорость вытягивания. Наиболее эффективно применение изобретения при литье тонких слябов. 1 ил.,п в На чертежрасположенияталлизатораизмеряют теЧЧцмеряют темплизатора поповерхностики слитка в Изобретение управления выт МНЛЗ горизонта рониим вытягив пользовано на и цветной мета Целью изобрся к способ м слитков н ивани с па с дв стоьного может быть истиях черной ием редприллургии тенияслитка ч ляется повыувеличение роч ние качества л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯСЛЯБОВ НА МАШИНЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ,ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА СДВУСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ(57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессом невыхода годного металл е представлена схемадатчиков в днище криДатчики А, 1,21ловые потоки о, ,Согласно изобретениюратуры в стенке кристего длине вблизи рабовычисляют толщину кокристаллизаторе, регу149691 бруют скорости вытягивания в зависимости от результатов расчета, при этом определяют растягивающие напряжения в корочке слитка с учетом фер 5 ростатики по длине кристаллизатора, рассчитывают средний тепловой поток .в кристаллизаторе Ч , измеряют температуру стенки кристаллизатора в точках, расположенных параллельными рядами вдоль оси вытягивания, измеряют плотность теплового потокав днище кристаллиэатора в точке пересечения оси металлопровода с днищем, вычисляют плотности тепловых 15 потоков Ч Ч , Ч, Ч в днище в точках, расположенных симметрично относительно точки замера ЧА вдоль оси вытягивания (ось Х) и перпендикулярно ей (ось У), вычисляют мак симальную плотность теплового потокаот слитков к днищу кристаллизатора по уравнениюЧ СЧ+(Ч+Ч)+где Сд, С С 4 - константы, рассчитывают по величинам Ч30 ЧсР и Чмин (Ч,ц вычислнют аналомингично Ч) закон изменения плотности теплового потока Ч (х) по длине кристаллизатора, определяют напряжения в том сечении корочки, которое соответствует локальному минимому ее толщины, и регулируют скорость вытягивания по результатам сравнения расчетных напряжений с максимально допустимыми: при превышении расчетны ми значениями допустимого уровня снижают скорость вытягивания, при расчетных значениях ниже допустимого уровня увеличивают скорюсть вытягиванияф если в этом есть технолог ческая необходимость (например, на этапе разгона вытягивания). Контроль напряжений в корочке ведут для слитка, вытягиваемого с максимальной скоростью.Осуществление автоматического управления литьем слябов на МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним вытягиванием в соответствиис изобретением обеспечивает определение распределения. теплового потока от слитков к кристаллизатору по длине кристаллизатора с учетом растекания теплового потока по длине и ширине стенки кристаллизатора .в его центральной части, расчет затвердевания корочки слитка с учетом неравномерной интенсивности ее охлаждения в кристаллизаторе и теплоотдачи от жидкой фазы слитка, выявление локального минимума толщины корочки в зоне ее подплавления, расчет растягивающих напряжений от сил трения в корочке в этом месте и сравнение их с допустимой величиной. Струя металла вводится в горизонтальный кристаллизатор через отверстие в верхней рабочей стенке по металлопроводу. Соответственно происходит перпендикулярное набегание струи расплава на нижнюю рабочую стенку кристаллизатора в точке пересечения оси металлопровода с этой стенкой, Вокруг точки набегания формируется корочка слитка, и теплоотдача к стенке падает, так что при симметричном затвердевании (относительно центра кристаллизатора) в точке набегания струи существует максимум плотности теплового потока в стенку.При двустороннем вытягивании возможны малые смещения зон начального формирования слитков относительно центра кристаллизатора, соответственно, максимум распределения плотности теплового потока Ч (х) смещается в сторону замера Ч, или Ч. В процессе литья(2)с ЧЧ Ф Ч 4( ЧОпоэтому происходит растекание теплового потока в двух направлениях вдоль оси вытягивания (ось Х) и перпендикУлЯРно ей из точки максимУма ЧоВеличину ЧА, как и другие величины теплового потока Ч, вычисляют на основе замера температур в двух точках, из которых одна ближе, а другая дальше по отношению к рабочей поверхности стенки. 1 ересчет ведут умножением разности температур на коэффициент теплопроводности % стенки при полу- сумме температур и делением на расстояние между точками замера. Полученная величина Ч меньше истинной величины Ч вследствие укаэанногомоксрастекания тепла. Для упрощения расчета растекания заменяем гладкое распределение Ч(х) и Ч(у) на ступен+ 0,2(Ч 1+Ч),(10) чатое:максв окрестности замера ЧА радиусом, равным половине расстоя. ния между точками замера Ч А н Ч , далее Ч=с 1 или Чг вдоль оси Х для расчета растекания вдоль Х, аналогично вдоль оси У: в окрестности замеРа Ч А Ч=Ч макс далееИзвестное решение Чакрыгина для растекания тепла в охлаждаемой с одной стороны стенке при коэффициенте теплоотдачи сс, для величины растека- ния Чр =(Чмакс1-ехр(-2 9 1/а)- А, (А 1 +Яю.пР; созе,) Р"(5) При литье сталей в кристаллизатор с бронзовыми рабочими стенками характерные значения параметров следующие: % =380 Вт/м К; 1 = о = =0,015 м; Ы =(3-4) 10 ф Вт/м К (переходный режим от конвективного режима охлаждения стенки водой к поверхностному кипению для Ч =6-10 мВт/и )гмаксВ этом случае первые два корня уравнения (5) ш,=0,86 и рг =3,43, дальнейшие члены ряда (4) вследствие своей малости могут быть отброшены. Расчет по уравнению (4) показывает, что осевой переток тепла составляет 407 от разности Ч-Ч . Для растекания тепла вдоль одной оси имеем м кс 04(Чмакс Ч)=Ч р (6) Заменяем Ч на полусумму Ч и Ч(с учетом ранее указанного о слабыхвариациях Ч при смещениях эон на 3чального формирования слитка) и полу.чаем Оф 69 макс +Оф 2 (Ч+Чг) ЧаРастекание тепла вдоль перпендикулярной оси Х и оси У зависит от сортамента литья. При литье тонких слябов диаметр струи много меньше стороны сечения и Чс( Ч . Для сортовых сечений величина Ч ненам 1 Ь 6ного отличается от Ч. Соответственно, для сортовых сечений нет растекания тепла вдоль оси Уи из (7) Ч 1,679 А 0,33(Ч +Ч ) . (8) Для тонких слябов, считая растекание в перпендикулярных направлениях независимыми, имеем ЧА Чмскс ф (Чма кс Ч)- 0,4(Ч ,-Ч ),20ЧА 0 ф 29 мокс 0 ф (Чокончательно получаем Ч =5 Ч я -(Ч,+Ч )-(Ч,+Ч,) (11) Таким образом, пределы измененийконстант в уравнении (1) следующие:СА=1 67-5 00 Су,=-(0 33-1 00) 30 Сз- -(033-100)Пределы числовых значений константСА, Сг, Свычислены исходя изтеплофизических расчетов. Граничныезначения наборов приведенных констант 35 соответствуют двум предельно возможным случаям - растеканию тепла одинакового по ширине и длине кристаллизатора (литье тонкого сляба) ирастеканию тепла только по длине 40 (литье сортовых слитков). Если значения констант выходят эа указанныепределы, то теряется воэможностьопределения истинных растягивающихнапряжений в корочке слитка при боль ших скоростях Вытягиванияу что Вызывает появление трещин в слитке и прорывы корочки; кроме того, неправильный выбор констант приводит к занижению скорости вытягивания, что сни жает выход годного при литье за счетперемерэания металлопровода преждеполного опорожнения ковша.Величина Чна выходе из кристаллизатора может быть найдена попоказаниям термопар в стенке кристаллизатора. Средний тепловой потокв кристаллиэаторе Ч рассчитываютумножением расхода охлаждающей водына ее теплоемкость и на ее нагрев(14) 40 в кристаллизаторе и делением результата на суммарную площадь рабочих стенок. Типичные значения плотностей тепловых потоков при литье сталей: Чмд, =6 МВт/м , Ч, =1 МВт/м , ЧРмин =0,5 МВт/м , Закон изменения плотности теплового потока вдоль оси Х (х) естественно принять в форме кривой нормального распределенияЧ(х)=Чм н+(Чмакс Чмии)1 где 1 - мера точности распределения.Тогда при Х=О Ч=Ч , при Х-У со 15 (выход из кристаллизатора) Ч -тЧц функция Ч(х) монотонно убывающая.Интегрируя по Х от 0 до Ь (половина длины кристаллизатора) величину Ч, получаем для наблюдающихся больших 20 мер точности К =0,5 и - - -- . (13). т Оги кс с 3 мин 1Чср Ч минПри литье сталей 1 с=12-18 м 25Рассчитанную величину к подставляют в уравнение и для любого Х в интервале 0Х 6 Ь находят Ч (х).Толщина корочки слитка прямоугольного сечения с учетом теплоотдачи от 30 жидкой фазы слитка к его корочке определяется решением уравнения теп" лового баланса корочек. Переход от граничного условия второго рода в виде уравнения (12) к граничным условиям третьего рода производится по соотношению где А - половина сечения слитка.Величина Ю, - коэффициент теплоЭотдачи от жидкой фазы к корочке, меняется на длине кристаллизатора линейно от величины Ч м акс/фде до 45 5000 Вт/м К, гдеТ и - перегрев расплава в металлоприемнике над температурой ликвидус.Решение для толщины корочки Ь(х) имеет локальный минимум на расстоянии примерно 1/3 полудлины кристаллизатора, при этом остаточная толщина корочки составляет около 607 от толщины перед началом размывания корочки или около 301 от толщины корочки на выходе из кристаллизатора.Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что эффективный коэффициент трениякорочки слиткл о стенки кристаллизатора уменьшается в направлении от центра кристаллизатора к выходу из него вследствие растущей усадки слитка. Для литьяв кристаллизатор без смазки со смазкой на основе дисульфида молибдена Напряжения в корочке рассчитываютс учетом ферростатического давлениярасплава высотой Н+2 А по уравнению 6 =9,81 х Э(Н+2 А) //Ь, Па. (17) В сечении корочки, соответствующем локальному минимому Ь, напряжение в два раза вьппе, чем на выходеиз кристаллизатора.В начале процесса литья скоростьразливки увеличивается от нуля дорабочего значения (разгон вытягивания). В течение разгона производятзамеры и вычисления по описаннойсхеме и сравнивают напряжения в месте утонения корочки с предельно допустимыми. Периодичность сравненияопределяется быстродействием ЭВМ,производящей вычисления. Если послеочередного цикла вычислений напряжения ниже предельно допустимых, увеличивают скорость вытягивания на величину, равную произведению временицикла вычислений на темп разгона(ускорение вытягивания), в противномслучае разгон прекращают,В процессе литья скорость вытягивания на данном ручье может быть увеличена с целью поддержания у центракристаллизатора зоны начального формирования слитков, сместившейся всторону другого ручья. В этом случае описанная процедура. замеров ивычислений реализуется для ускоряемого слитка (второй слиток вытягивается при этом с замедленной скоростью), так как у него корка тоньшеи вероятность появления трещины выше, Если превьппается допустимый уровень напряжений, дисбаланс скоростейснижают. Во второй половине разливкиувеличивают скорость вытягиваниявследствие поступления в кристаллизатор более холодных порций расплаваиз ковша в котором происходит Остывание металла. При этом возникаетнеобходимость контроля напряжений,который реализуется указанным спосо 5бом. Если в очередном цикле вычислений превышается допустимый уровеньнапряжений, скорость вытягивания снижают до значения, соответствовавшегопоследнему сравнению напряжений, когда не был превышен допускаемый уровень. Как было указано, контрольнапряжений в корочке по результатамрасчета ее толщины ведут для тогоиз дВух слиткОВ у котОРОГО скорость 15вытягивания вьпде, Если для него соблюдено условие действия неразрушающих напряжений, то оно будет соблюдено и для слитка, вытягиваемого впротивоположную сторону с меньшей 20скоростью,П р и м е р, На МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним вытягиванием разливают сталь 35 в слитки сечением 50 х 5000 мм из ковша ем 25 костью 5 т через металлоприемник емкостью 500 кг, В начале разливки перегрев стали над температурой ликвидус в Металлоприемнике 50 С, егооснижают со скоростью 3 С/мин после первой минуты разливки, в течение которой он увеличился на 10 С. Технология вытягивания предусматривает разгон вытягивания до 3 м/мин в течение первой минуты и далее литье на рабочей скорости.В нижней рабочей стенке кристаллизатора расположены датчики (фиг.1) А, 1,2,14 теплового потока, представляющие собой два подпружиненных 40 копелевых штырька, упирающиеся в глухие торцы сверлений в стенке кристаллизатора на разных расстояниях от рабочей поверхности стенки, Место контакта штырек-стенка является тер мопарой, термоЭДС которой пропорциональна температуре в точке контакта. , Две термопары одного датчика включены последовательно одноименными полюсами навстречу друг другу, так что 50 выходной сигнал датчика пропорционален разности температур в точках замера на разных расстояниях от рабочей поверхности стенки. Плотность теплового потока определяют по урав нению где 380 - теплопроводность бронзовойстенки в интервале температур 300-400 С, Вт/мК;0,0 1 - расстояние между точкамизамера, м,Среднюю плотность теплового потока рассчитывают по уравнениюС 4 18 10сР 2(0,5+0,05), 1,5где б й - нагрев воды в кристаллизатооС.С - расход воды в кристаллизаторе, кг/с, С=14.Величина Ьувеличивается с ростом скорости вытягивания и для скорости 3 м/мин достигает 25 С. По результао, там расчета Ч, =0,9 МВт/мйДатчики теплового потока расположены в днище кристаллизатора так, как показано на фиг.1.Вдоль центральной оси днища, совпадающей с осью вытягивания, расположены датчики А,1,2,10 и 13, причем датчик А - в точке пересечения оси металлопровода с днищем (геометри-ческий центр днища), датчики 1 и 2 - по обе стороны от датчика А на расстояниях 15 мм от него; датчики 10 и 13 - на выходах из кристаллизатора, причем датчики 1 и 10 - по одну сторону вытягивания. Вдоль средней линии кристаллизатора, перпендикулярной оси вытягивания, по обе стороны от датчика А на расстояниях по 15 мм от него расположены датчики 3 и 4. Датчики 5-8 расположены в вершинах квадрата, серединами сторон которого являются точки расположения датчиков 1-4, датчики 5-8 не используются для управления, они применены в исследовательских целях. Датчики 12, 14 и 9, 11 расположены в углах днища, причем датчики 12-14 и 9-11 находятся на параллельных линиях, перпендикулярных оси вытягивания.По величинам Ч -Ч ц (или Ч Ч 14) вычисляют Ч усреднением. Величины Чувеличиваются с увеличением ско,1рости вытягивания и при разгоне до 3 м/мин достигают значений: Ч=2;-Ч =1; Ч -Ч =0,5 МВт/м . Расчеты ведут по уравнениям (11)-(13). Получают Ч =6 МВт/и, 1 с=165 м Ч(х)=0,5+5,51 7" , МВТ/м.Из расчетов используют ЭВМ СМ 1634, информация в которую поступает через коммутатор при периодичностиопроса 5 с. Расчет показывает, чтопри разгоне до 3 м/мин толщина корочки меняется по длине кристаллизатораследующим образом: на расстоянииХ=150 мм от центра кристаллизаторадостигает 8 мм, далее размывающеедействие жидкой фазы проявляется втом, что при Х=250 мм толщина корочки уменьшается до 5 мм и далее монотонно увеличивается на выходе изкристаллизатора, достигая 15 мм.Высота уровня расплава в металлоприемнике 700 мм над уровнем верхнейграни слитка, на уровне нижней грани800 м. Напряжения в корочке при Х.==250 мм достигают 2,4 МПа. Пределпрочности углеродистых сталей на разрыв при температуре затвердевания2 МПа. Поэтому скорость вытягивания 20снижают до 2,6 м/мин, при которойпо расчетам величина растягивающихнапряжений составляет 1,9 МПа, т.е.в допустимых пределах.В тот момент, когда скорость вытягивания одного из слитков достигает 3 м/мин, скорость другого составляет 2,5 м/мин: дисбаланс в 0,5 м/минсоздан на смещение к центру отклонившейся от него зоны начального формирования слитков,К концу разливки, когда размывающее действие жидкой фазы снижаетсявследствие остывания металла в ковше, скорость литья увеличивают до3,5 м/мин при напряжениях 1,9 МПа,т.е. в допустимых пределах.Применение способа автоматического управления процессом непрерывного литья слябов на машине непрерывного литья заготовок горизонтального типа с двусторонним вытягива-.нием обеспечивает снижение пораженности слитков поперечили трещинамив два раза и устраняет прорывы закристаллизатором, наблюдающиеся в50 Х разливок, если не контролироватьнапряжения в корочке слитка.Способ обеспечивает надежное литье слябов полосового сечения (толщиной 40-60 мм и шириной 500-800 мм),50что позволяет отказаться от черновойгорячей прокатки слябов и перейти нахолодную прокатку тонкой полосы, создавая большую экономию фондов, энергетических и трудовых ресурсов,55Формула изобретенияСпособ автоматического управленияпроцессом непрерывного литья слябов на машине непрерывного литья заготовок горизонтального типа с двусторонним вытягиванием, включающий измерение температур в стенке кристаллизатора по его длине вблизи рабочей поверхности, вычисление толщины корочкислитка в кристаллизаторе, регулирование скорости вытягивания в зависимости от результатов расчета, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества слитка и увеличения выхода годного металла, определяют растягивающие напряжения в корочке слитка на длине кристаллизатора с учетом высоты столба расплава, рассчитывают средний тепловой поток в кристаллизаторе с , измеряют температуру стенки кристаллизатора в точках, расположенных параллельными рядами вдоль оси вытягивания, измеряют плотность теплового потока с 1 в днище кристаллизатора в точке пересечения оси металлопровода с днищем, вычисляют плотности тепловых потоков 1, с 1, о , с в днище в точках, расположенных симметрично относительно точки замера вдоль оси вытягивания и перпендикулярно ей, вычисляют максимальную плотность теплового потока от слитков к днищу кристаллизатора по уравнению+ СИ +с)где С , С С- константы, характеризующие растекание тепла по длине и ширине кристаллизатора,определяют по величинам Чмркс Чср Я и, (Я м,п вычисляютаналогич-, но ц,рр ) закон изменения плотф ности теплового потока с 1(х) по длине кристаллизатора, определяют напряжения в том сечении корочки, которое соответствует локальному минимуму ее толщины, и регулируют скорость вытягивания по результатам сравнения рас. четных напряжений с максимально допустимыми, при этом при превьппении расчетными значениями допустимого по технологии уровня напряжения снижают скорость вытягивания, при расчетных напряжениях ниже допустимого уровня увеличивают скорость вытяги14 1496916 13 Составитель А.Абросимов Техред М,Дидык -. Корректор С,Шекмар Редактор А.Огар Заказ 4371/14 Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 вания, причем расчет толщины корочки и напряжений в ней ведут для наибольшей из двух скоростей вытягивания слитков.