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

(19) 11 Н 1)4 В 22 Р 11 ГОСУД АРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР ОБРЕТ ПИСАНИЕ И ЛЬСТ К АВТОРСКОМ бретение сится к металлу непрерывной раз и, в частности ливке металлов. Целью изобрет шение качества м выхода годного. На фиг.1 приведена фу схема устройства для реал ба; на фиг.2 - схема саед дросселя с отверстиями в стенке кристаллизатора. Устройство содержит п соединенные измеритель 1 рабочей стенки 2 и первы сравнения, последователь ные измеритель 4 расхода ной эмульсии. втооой бло регулятор 6 расхода газо эмульсии и дроссель 4, а чик 8 расхода газожидкосения является улу еталла и повышени кциональная иэации спосоинения выхода рабочей оследовател температур й блок 3 но соединенгазожидкост сравнения идкостнойтакже задатной эмульсии(21) 43542 (22) 11.11 (46) 07.12 (71) Череп го политех реповецкий им. 50-лет (72) Н.И.Ш И,В,Вологж (53) 621.7 (56) Автор И 1320010,3/23-028789. Бюл, Ь" 45вецкий филиал Вологодскического института и Чеметаллургический комбиня СССРстаков, А.П.Щеголев,нинов и Б.Г,Кузнецов6.047 (088.8)кое свидетельство СССРкл. В 22 В 11/16, 1985. 526894 А(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫКРИСТАЛЛИЗАТОРА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГОЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывнойразливке металлов. Целью изобретенияявляется повышение качества металлаи выхода годного. Способ включаетизмерение 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 с, и 5 э.п, ф-лы, 2 ил. в зону контакта слитка 9 с рабочей стенкой 2, причем второй вход перво" го блока 3 сравнения соединен с выходом задатчика расхода гаэожидкостной эмульсии, а его выход соединен с вторым входом второго блока 5 сравне" ния, выход дросселя соединен с отверстиями 10 в рабочей стенке, выполненными на одном уровне (фиг.1) 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 се 1526891рийно выпускаемые приборы соответствующего функционального назначения из приборного комплекса АКЭСР.Устройство работает следующим об 5 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 газожид" костной эмульсии.Как показали исследования, для нержавеющей стали наименьшая поражен- ность металла поверхностными трещинами имеет место при содержании масла в эмульсии 0,2-0,М, 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 поражен- ность металла трещинами резко возрас 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 ч расхода газо- жидкостной эмульсии вырабатывает" сигнал, пропорциональный расходу га 40 зожидкостной эмульсии, подаваемой по каналам 1 Оч 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.При постоянстве температуры рабочей стенки 2 кристаллизатора измеритель 1 температуры вырабатывает сигнал, не изменяющийся во времени.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 0,02- 0,25 его высоты. Этот диапазон установлен экспериментально.В табл. 1 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 Расстояние от нижнего торца кристаллизатора, доля его высоты Диапазон изменениятемпературы рабочейстенки при изменениирасхода газожидкостной эмульсии на 253(инертный газ - аргон, техническое масло - рапсовое) К 5 8 12 20 35 55 23 22 15 0,006 0,010 0,015 0,020 0,0300,100 0,200 0,250 0,260 55 Таким образом, постоянный сигнал будетпоступать и на вход второго блока 5сравнения. В этом случае рассматриваемое устройство будет работать в режиме стабилизации расхода газожидкостной эмульсии, Гели температура рабочейстенки 2 изменится (возрастет), тоизмеритель 1 температуры будет вырабатывать больший по величине сигнал,что приведет к возрастанию сигнала ина 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 расходаэмульсии, При постоянстве температуры рабочей стенки кристаллизатора нановом более высоком уровне расход гахожидкостной эмульсии застабилизируется также на новом, но более низкомуровне,1526894 Как следует из табл,1, при рас 1 стоянии от нижнего торца кристаллизатора, меньшем 0,02 его высоты, диапазон изменения температуры рабочей стенки пои изменении расхода газожиакостной эмульсии на 254 не превышает 20 К. С учетом того, что погрешность замера температуры составляет 1,5- 2 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 д 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 сопротивленияв данной точке к термическому сопротивлению на линии начала резкого егоповышения, К/К 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 00,20,40,60,81,0 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 соот- ношения К 1 - =К ехр - Ко 1 огде коэффциент К для низкоуглеродистойстали 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 7-10 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 необхо 1526894Ц- К ехр - (2)1 орасход газожидкостной эмульсии в данной точке;расход газожидкостной эмульсии через отверстие диаметром д назначаемым по измеренной температуре рабочей стенки;коэффициент, зависящий от 35 марки разлив 1 мого металла, К = 1,0-1,4;расстояние от точки подачи газожидкостной эмульсии с расходом до до точки ее пода чи с расходом д;высота участка рабочей стенки, на котором подают газожидкостную эмульсию (составляет 0,5-0,8 высоты кристаллизато ра). где а -1о Исследования показали, что при скорости разливки 0,5 м/мин резкое снижение теплового потока имеет место Она 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 кристаллиза 155 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 при экспоненте из диапазона от1)0 до 1 4,По отверстиям в рабочей стенкекристаллизатора расход газожидкостнойэмульсии распределяется пропорционально площади их поперечного сечения,Поскольку площадь поперечного сечения 10отверстия пропорциональна квадрату егодиаметра, то и расход газожидкостнойэмульсии пропорционален квадрату диаметра отверстия, т,е,Я.(1) 15Чо огде ц. - расход газожидкостной эмуль 1сии через отверстие диаметромА- расход газожидкостной эмульосии через отверстие диаметром1 оеПри этом расход подаваемой газожидкостной эмульсии регулируется всоответствии 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. Д 2К ехр - (3) где д - диаметр данного отверстия;до - диаметр наименьшепо отверстия;К - коэффициент, зависящий от марки раэливаемого металла,К = 1,0-1,4;Ь - расстояние от оси отверстиядиаметром й до оси отверстиядиаметром йизмеренноевдоль технологической оси;Ьо - расстояние между осями наиболее взаимно удаленных отверстий, измеренное вдольтехнологической оси,Расстояние Ь, определяется выражениемЬ, =р 1, +где , у- эмпирические коэффициенты,р= 0,998, у= 1,6;1, - высота участка рабочейстенки, на котором подаютгазожидкостную эмульсию;до - наименьший диаметр отверстия.Наименьший диаметр отверстия довыбирают из диапазона (1,4-8,5) 10-з м.При диаметре, меньшем 1,4 10 - м,значительно возрастает аэродинамическое сопротивление движению газожидкостной эмульсии, вызванное действиемкапиллярных сил. При диаметре. большем 8,510 -з м, резко снижается качество металла, цто связано с локальным переохлаждением поверхности слитка.Расчет показывает, цто Ь,1, Слео одовательно, расстояние Ьо между осяминаиболее удаленных отверстий равно0,5-0,6 высоты кристаллизатора.П р и м е р, На машине непрерывного литья заготовок в кристаллизаторсечением 1290 ф 250 мм и высотой1200 мм.разливают низкоуглеродистуюсталь. Температуру рабочей стенкикристаллизатора 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 75310ного 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 15 увеличивают,1526894 инертного газа (аргона) и 25 рапсового маслаЭмульсию 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 соот- ношением= 1 05 ехр- у 750откуда получаемй =82 ехр- --Ь;1500где Ь = 750 - х (х - расстояние от1оси отверстия до нижнеготорца кристаллизатора).Наиболее нижележащие отверстиярасположены на расстоянии х = 50 ммот нижнего торца кристаллизатора,поэтому их диаметр с 1 равен750 - 50д = 8,2 ехр- ---- = 13 мм,и 1500Измеренное значение температурырабочей стенки составляет 160 С. Этому значению температуры соответствуетрасход газожидкостной эмульсии2,5 кг/мин. Устройство для управлениярежимом работы кристаллизатора стабилизирует расход газожидкостнойэмульсии относительно указанной величины,8 другой момент времени температура рабочей стенки возрастает доо185 С, тогда устройство уменьшает расход газожидкостной эмульсиии ло2,2 кг/мин и будет его стабилизироватьотносительно этой величины,Техническое преимущество изобретения заключается в повышении равномерности охлаждения слитка в кристаллизаторе по его периметру и созданиинаиболее рациональных условий охлаждения слитка по его высоте, вследствие чего улучшается качество металлаи повышается выход годного. Ожидаетсяснижение брака по причине пораженности поверхностными трещинами на 0,15.Формула изобретения1. Способ управления режимом работы кристаллизатора машины непрерыв 55 2 Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве газожидкостной эмульсии используют смесь20 инертного газа и технического масла,причем содержание масла в эмульсиисоставляет 0,2-601.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что температуру рабочей стенки кристаллизатора измеряют на расстоянии от нижнего торцакристаллизатора, равном 0,02-0,25 еговысоты,4, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что газожидкостнуюэмульсию подают на участке, расположенном между нижним торцом кристаллизатора и линией, удаленной от нижнего торца кристаллизатора на расстояние, равное 0,5-0,8 высоты кристалли 35 затора,5. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что расход газожидкостной эмульсии изменяют в соответствии с соотношением1К ехр -Ро огде Р - расход газожидкостной эмульсии в данной точке;45 Р, - Расход газожидкостной эмульсии через диаметр наименьшего отверстия;К - коэффициент, завиясящий отмарки разливаемого металла,50 К = 1,0-1,4;1 - расстояние от точки подачигазожидкостной эмульсии срасходом р, до точки ее подачи с расходом Р;1 - высота участка рабочей стенки, на котором подают газожидкостную эмульсию.6. Устройство для управления режимом работы кристаллизатора машины152 где д -10 д, -15 ЬЬо непрерывного литья заготовок, содержащее последовательно соединенныеизмеритель температуры рабочей стенки кристаллиэатора и блок сравнения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью улучшения качества металла иповышения выхода годного, оно допол"нительно содержит последовательно соединенные измеритель расхода газожидкостной эмульсии, второй блок сравнения, регулятор расхода гаэожидкостнойэмульсии и дроссель, а также задатчикрасхода гаэожидкостной эмульсии, причем второй вход первого блока сравне"ния соединен с выходом задатчика расхода гаэожидкостной эмульсии, а еговыход соединен с вторым входом второгоблока сравнения. 7, устройство по п,6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что выход дрос. селя параллельно соединен с отверс 689112тиями в рабочей стенке кристаллиэатора, причем шаг расположения отверстий по высоте кристаллизатора постоянный, а диаметры отверстий изменяются в соответствии с соотношени- ем 2 Ь-у К ехр -Ьдиаметр данного отверстиядиаметр наименьшего отверС- тия;коэффициент, зависящий от марки разливаемого металла, К 1,0"1,11;расстояние от оси отверстия диаметром д до оси отверстия диаметром д измеренное вдоль технологической оси; расстояние между осями наиболее взаимно удаленных отверстий, измеренное вдоль технологической оси.1526894 Составитель А.АбросимовТехред И.Верес Редактор С.Пекарь Корректор С,Черни Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 евтеева веет в еее е виитие тевввтттееветвеввтв вв е иевЗаказ 7447/1 б Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5