RU2080208C1 - Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом - Google Patents
Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2080208C1 RU2080208C1 RU93045041A RU93045041A RU2080208C1 RU 2080208 C1 RU2080208 C1 RU 2080208C1 RU 93045041 A RU93045041 A RU 93045041A RU 93045041 A RU93045041 A RU 93045041A RU 2080208 C1 RU2080208 C1 RU 2080208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mold
- water
- forming element
- porous
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, конкретно к непрерывному литью заготовок из металлов и сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что в способе непрерывного литья заготовок в кристаллизатор с пористым формообразующим элементом, состыкованным с охлаждаемым сплошным элементом, включающим подачу расплава в кристаллизатор, вытягивание заготовки из кристаллизатора, подачу инертного газа под давлением к формообразующему элементу, подачу охлаждающей жидкости в сплошную стенку кристаллизатора, определяют разность температур охлаждающей жидкости на входе и выходе из сплошной стенки кристаллизатора и за счет изменения давления газа поддерживают ее в определенном диапазоне. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к металлургии, конкретно к непрерывному литью заготовок из металлов и сплавов.
Известен способ регулирования отвода теплоты в кристаллизаторе [1] заключающийся в измерении фактически отведенного количества теплоты и последующего сравнения его с заданным значением, после чего отвод теплоты регулируется в зависимости от установленного отклонения фактического количества отводимой теплоты от заданного. Недостатком этого способа является то, что в нем не задействован эффективный управляющий параметр, обеспечивающий регулирование интенсивности теплопередачи.
Известен способ автоматического управления тепловым режимом кристаллизатора, предусматривающий измерение и автоматическую стабилизацию температурного перепада воды на входе и выходе из кристаллизатора изменением расхода воды [2] Указанный способ не позволяет эффективной управлять интенсивностью теплопередачи при непрерывном литье цветных металлов и сплавов ввиду относительно слабого влияния расхода воды на отвод тепла в кристаллизаторе [3]
В техническом решении [4] заявлен кристаллизатор с пористым рабочим элементом, состыкованным с охлаждаемым сплошным элементом, при этом предусмотрена подача инертного газа через пористый рабочий элемент с образованием тонкого газового слоя между слитком и кристаллизатором. Тем самым обеспечивается достаточно высокая интенсивность теплопередачи, исключение смазки (флюса) и вибрации кристаллизатора. Недостатком данного технического решения является сложность поддержания стабильного и достаточно тонкого газового слоя между слитками и кристаллизатором, вследствие чего не гарантируется исключение локальных контактов поверхности слитка с кристаллизатором. В контактных зонах неизбежно трение слитка с кристаллизатором, ведущее к появлению дефектов на поверхности слитка.
В техническом решении [4] заявлен кристаллизатор с пористым рабочим элементом, состыкованным с охлаждаемым сплошным элементом, при этом предусмотрена подача инертного газа через пористый рабочий элемент с образованием тонкого газового слоя между слитком и кристаллизатором. Тем самым обеспечивается достаточно высокая интенсивность теплопередачи, исключение смазки (флюса) и вибрации кристаллизатора. Недостатком данного технического решения является сложность поддержания стабильного и достаточно тонкого газового слоя между слитками и кристаллизатором, вследствие чего не гарантируется исключение локальных контактов поверхности слитка с кристаллизатором. В контактных зонах неизбежно трение слитка с кристаллизатором, ведущее к появлению дефектов на поверхности слитка.
Техническое решение по заявке [4] наиболее близко к предлагаемому изобретению и принято в качестве ближайшего аналога.
Задачей, решаемой изобретением, является управление процессом непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом.
Техническим результатом, достигаемым за счет использования изобретения, является стабильно высокое качество литой заготовки.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе управления процессом непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом, включающем подачу расплава в кристаллизатор, вытягивание заготовки из кристаллизатора, подачу инертного газа под давлением к пористому формообразующему элементу, подачу охлаждающей жидкости в сплошную стенку кристаллизатора, состыкованную с пористым формообразующим элементом в процессе литья, определяют разность температур охлаждающей жидкости на входе и выходе из сплошной стенки кристаллизатора и за счет изменения давления газа поддерживают ее в диапазоне, определяемом соотношением:
,
где Δt разность температур воды (t2 t1), здесь t1, t2 температура на входе и выходе из кристаллизатора;
R параметр, равный ((Rст)1 + (Rст)2 + Rв) здесь (R ст)1, (Rст)2 термические сопротивления соответственно сплошной и пористой стенок; Rв - термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенки с водой;
(ξз)1, (ξз)2 нижний и верхний пределы величины зазора между литой заготовкой и кристаллизатором;
λз теплопроводность газа;
S рабочая поверхность кристаллизатора;
C удельная теплоемкость охлаждающей воды;
ρ плотность охлаждающей воды;
Z расход воды в кристаллизаторе;
tкр температура кристаллизации металла.
где Δt разность температур воды (t2 t1), здесь t1, t2 температура на входе и выходе из кристаллизатора;
R параметр, равный ((Rст)1 + (Rст)2 + Rв) здесь (R ст)1, (Rст)2 термические сопротивления соответственно сплошной и пористой стенок; Rв - термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенки с водой;
(ξз)1, (ξз)2 нижний и верхний пределы величины зазора между литой заготовкой и кристаллизатором;
λз теплопроводность газа;
S рабочая поверхность кристаллизатора;
C удельная теплоемкость охлаждающей воды;
ρ плотность охлаждающей воды;
Z расход воды в кристаллизаторе;
tкр температура кристаллизации металла.
Поставленная задача также решается за счет того, что при достижении верхнего заданного по технологии предела Dt давление газа снижают, при достижении нижнего увеличивают.
Поставленная задача также решается за счет того, что изменение давления газа осуществляют по всей поверхности пористого формообразующего элемента.
Способ основывается на существовании определенной зависимости между интенсивностью теплопередачи и термическим сопротивлением газового зазора между заготовкой и кристаллизатором, что следует из уравнения для среднего коэффициента теплопередачи в кристаллизаторе:
где Rв термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенкой с водой;
(Rст)1 термическое сопротивление сплошной стенки с теплопроводностью λ1;
(Rст)2 термическое сопротивление пористой стенки теплопроводностью λ2;
Из соотношения /1/ следует гиперболическая зависимость K от Rз, которая, например для характерных значений Rв 70 мм2К/Вт (канал водяного охлаждения шириной 5 мм), (Rст)1 18 мм2К/Вт /(медь толщиной 7,5 мм), (Rст)2 9 мм2 К/Вт /медь толщиной 7,5 мм с пористостью П 0,3; λ2=λ1(1-1,5×П)=λ1(1-1,5×0,3)=0,55λ1) имеет вид, приведенный на фиг. 1 (инертный газ азот); теплопроводность азота λз=0,0002403 Вт/см•град/C/ по данным работы [5]
Из сопоставления частных термических сопротивлений уравнения (1) следует, что превалирующее влияние на величину K оказывает термическое сопротивление Rз. Так, при величине зазора ξз=0,015 мм Rз (азот) составляет 645 мм2К/Вт, что в 6 7 раз превышает сумму остальных термических сопротивлений (70 + 18 + 9) мм2К/Вт. Увеличение зазора в области его малых значений приводит к резкому снижению интенсивности теплопередачи.
где Rв термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенкой с водой;
(Rст)1 термическое сопротивление сплошной стенки с теплопроводностью λ1;
(Rст)2 термическое сопротивление пористой стенки теплопроводностью λ2;
Из соотношения /1/ следует гиперболическая зависимость K от Rз, которая, например для характерных значений Rв 70 мм2К/Вт (канал водяного охлаждения шириной 5 мм), (Rст)1 18 мм2К/Вт /(медь толщиной 7,5 мм), (Rст)2 9 мм2 К/Вт /медь толщиной 7,5 мм с пористостью П 0,3; λ2=λ1(1-1,5×П)=λ1(1-1,5×0,3)=0,55λ1) имеет вид, приведенный на фиг. 1 (инертный газ азот); теплопроводность азота λз=0,0002403 Вт/см•град/C/ по данным работы [5]
Из сопоставления частных термических сопротивлений уравнения (1) следует, что превалирующее влияние на величину K оказывает термическое сопротивление Rз. Так, при величине зазора ξз=0,015 мм Rз (азот) составляет 645 мм2К/Вт, что в 6 7 раз превышает сумму остальных термических сопротивлений (70 + 18 + 9) мм2К/Вт. Увеличение зазора в области его малых значений приводит к резкому снижению интенсивности теплопередачи.
В соответствии с этим для обеспечения высокой интенсивности теплопередачи величину зазора следует поддержать на низком уровне. Однако прямой контроль величины зазора исключительно сложен. Вместе с тем из приведенной существенной зависимости K от Вт следует, что интенсивность теплопередачи может рассматриваться как косвенная характеристика величины зазора.
При этом на практике интенсивность теплопередачи в кристаллизаторе может быть определена по уравнению:
где L расход воды в кристаллизаторе;
c, ρ удельная теплоемкость и плотность воды;
t1, t2 температура воды на входе и выходе из кристаллизатора;
средняя температура воды в кристаллизаторе;
средняя температура поверхности заготовки в кристаллизаторе;
S рабочая поверхность кристаллизатора.
где L расход воды в кристаллизаторе;
c, ρ удельная теплоемкость и плотность воды;
t1, t2 температура воды на входе и выходе из кристаллизатора;
S рабочая поверхность кристаллизатора.
Учитывая, что 
можно приближенно принять, равной температуре кристаллизации металла (сплава) tкр, а величину 
, равной температуре воды на входе в кристаллизатор t1 (ввиду относительной малости Δt=t2-t1), формула (2) может быть представлена в виде:
Отсюда следует, что
При фиксированном расходе воды (на практике он в процессе литья примерно постоянен), величина К пропорциональна ее нагреву в кристаллизаторе. Поэтому по нагреву воды, который определяется достаточно просто с помощью известных термических устройств, можно судить об интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе. Поэтому по нагреву воды, который определяется достаточно просто с помощью известных термометрических устройств, можно судить об интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе. Задавая определенный диапазон регулирования нагрева воды (интенсивности теплопередачи), оказывается возможным по сигналу соответствующего датчика сформулировать управляющий сигнал исполнительного механизма, регулирующего давление газа, подаваемого к пористой стенке и по выходе из нее, что в свою очередь обеспечивает поддержание требуемого уровня зазора и интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе.
Отсюда следует, что
При фиксированном расходе воды (на практике он в процессе литья примерно постоянен), величина К пропорциональна ее нагреву в кристаллизаторе. Поэтому по нагреву воды, который определяется достаточно просто с помощью известных термических устройств, можно судить об интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе. Поэтому по нагреву воды, который определяется достаточно просто с помощью известных термометрических устройств, можно судить об интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе. Задавая определенный диапазон регулирования нагрева воды (интенсивности теплопередачи), оказывается возможным по сигналу соответствующего датчика сформулировать управляющий сигнал исполнительного механизма, регулирующего давление газа, подаваемого к пористой стенке и по выходе из нее, что в свою очередь обеспечивает поддержание требуемого уровня зазора и интенсивности теплопередачи в кристаллизаторе.
Величину зазора между литой заготовкой и кристаллизатором поддерживают, например в диапазоне от x31=0,01 до ξз2=0,05 мм, что соответствует области значений коэффициента теплопередачи от К1 2000 до К2 500 Вт/м2К.
Превышение верхнего из указанных пределов ξз (понижение К менее значения К2), требует значительного давления и расхода газа, что экономически нецелесообразно. Кроме того, снижается интенсивность теплопередачи настолько, что возникает опасность прорыва расплава из-за формирования в кристаллизаторе слишком тонкой корки.
С другой стороны, снижение величины зазора менее нижнего предела (0,01 мм) и соответственно превышение величины К≥К1 создает опасность возникновения участков контактирования заготовки с кристаллизатором в реальных условиях, когда смещения заготовки относительно оси кристаллизатора, обусловленные воздействием вытягивающего устройства, превысят величину зазора, обусловленного давлением газовой завесы.
Схема управления процессом по предложенному способу проиллюстрирована на фиг. 2: температура охлаждающей воды на входе и выходе из кристаллизатора измеряется термометром сопротивления 1 и 2 с последующим алгебраическим суммированием их сигналов в датчике температурного перепада 3. Полученный сигнал разности сравнивается с сигналом задатчика перепада 4 и полученная разность поступает на вход регулятора 5, воздействующий на дросселирующий клапан подачи газа 6. Измеритель 7 непрерывно измеряет давление инертного газа, подаваемого в зону контакта слитка и рабочей поверхности кристаллизатора. В случае отклонения температурного перепада в кристаллизаторе от расчетного значения датчика 8 функциональный корректор 9 вырабатывает параллельно корректирующее воздействие, направленное на изменение заданного значения поддерживаемого температурного перепада 4 в сторону его повышения при понижении давления вдуваемого газа и понижения при повышении давления вдуваемого газа.
Таким образом, в этом случае система поддерживает температурный перепад с некоторой неравномерностью по тепловой нагрузке кристаллизатора.
Пример использования способа.
Осуществляется непрерывное литье слитка латуни Л63 100 мм. В нижнюю часть кристаллизатора вводится поддон и уплотняется зазор между поддоном и кристаллизатором. В кристаллизатор подается охлаждающая жидкость и через пористую рабочую стенку инертный газ (азот). Производится заливка расплава в кристаллизатор и включается механизм вытягивания слитка. Рабочий расход воды устанавливается на уровне 1 дм3/C и контролируется разность температур воды на входе и выходе из кристаллизатора соответствующим датчиком, например дифференциальным термостолбиком (батарея термопар хромель-копель). Нагрев воды Δt в кристаллизаторе поддерживается в диапазоне 9 -7oC путем регулирования давления газа (отмеченный диапазон Δt соответствует области значений К 670 960 Вт/м2К и ξз=0,020÷0,030 мм). При падении нагрева воды ниже 7oC (превышении величины ξз=0,030 мм) регулятор давления газа срабатывает на снижение величины давления, что приводит к уменьшению величины зазора между заготовкой и кристаллизатором и увеличению интенсивности теплопередачи (нагрев воды). При повышении величины нагрева воды, соответствующей 9oC, (снижении ξз менее 0,020 мм) регулятор давления срабатывает, что ведет к увеличению зазора и снижению интенсивности теплопередачи. В результате с помощью данного способа обеспечивается поддержание в заданном диапазоне величины зазора между литой заготовкой и кристаллизатором, что позволяет исключить трение и обеспечить стабильно высокое качество литой заготовки.
Предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень и обладает существенной новизной:
1) используется новая совокупность признаков (разность температур воды на входе и выходе из кристаллизатора, давление газа) вместо известной совокупности признаков (разность температур воды, расход воды);
2) за счет использования новой совокупности признаков и взаимосвязей между ними создается новое качество эффект стабилизации зазора по всей высоте кристаллизатора и интенсивности теплопередачи путем поддержания их в заданных узких эффективных пределах, что в свою очередь обеспечивает стабильно-высокое качество литой заготовки, недостижимое в известных способах.
1) используется новая совокупность признаков (разность температур воды на входе и выходе из кристаллизатора, давление газа) вместо известной совокупности признаков (разность температур воды, расход воды);
2) за счет использования новой совокупности признаков и взаимосвязей между ними создается новое качество эффект стабилизации зазора по всей высоте кристаллизатора и интенсивности теплопередачи путем поддержания их в заданных узких эффективных пределах, что в свою очередь обеспечивает стабильно-высокое качество литой заготовки, недостижимое в известных способах.
Claims (3)
1. Способ управления процессом непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом, включающий подачу расплава в кристаллизатор, вытягивание заготовки из кристаллизатора, подачу инертного газа под давлением к пористому формообразующему элементу, подачу охлаждающей жидкости в сплошную стенку кристаллизатора, состыкованную с пористым формообразующим элементом, отличающийся тем, что в процессе литья определяют разность температур охлаждающей жидкости на входе и выходе из сплошной стенки кристаллизатора и за счет изменения давления газа поддерживают ее в диапазоне, определяемом соотношением
где Δt разность температур воды (t2 t1), где t1 и t2 температура на входе и выходе из кристаллизатора;
R (Rcт)1+(Rст)2+Rв, где (Rст)1 и (Rст)2 термические сопротивления соответственно сплошной и пористой стенок, Rв термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенки с водой;
(ξз)1и (ξз)2 нижний и верхний пределы величины зазора между литой заготовкой и кристаллизатором;
λз теплопроводность газа;
S рабочая поверхность кристаллизатора;
С удельная теплоемкость охлаждающей воды;
ρ плотность охлаждающей воды;
L расход воды в кристаллизаторе;
tкр температура кристаллизации металла.
где Δt разность температур воды (t2 t1), где t1 и t2 температура на входе и выходе из кристаллизатора;
R (Rcт)1+(Rст)2+Rв, где (Rст)1 и (Rст)2 термические сопротивления соответственно сплошной и пористой стенок, Rв термическое сопротивление теплоотдаче на границе соприкосновения сплошной стенки с водой;
(ξз)1и (ξз)2 нижний и верхний пределы величины зазора между литой заготовкой и кристаллизатором;
λз теплопроводность газа;
S рабочая поверхность кристаллизатора;
С удельная теплоемкость охлаждающей воды;
ρ плотность охлаждающей воды;
L расход воды в кристаллизаторе;
tкр температура кристаллизации металла.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при достижении верхнего заданного по технологии предела Dt давление газа повышают, при достижении нижнего
уменьшают.
уменьшают.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение давления газа осуществляют по всей поверхности пористого формообразующего элемента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93045041A RU2080208C1 (ru) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93045041A RU2080208C1 (ru) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93045041A RU93045041A (ru) | 1996-05-10 |
| RU2080208C1 true RU2080208C1 (ru) | 1997-05-27 |
Family
ID=20147520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93045041A RU2080208C1 (ru) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2080208C1 (ru) |
-
1993
- 1993-09-17 RU RU93045041A patent/RU2080208C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка ФРГ № 231323, кл. B 22 D 11/04, 1975. Краснов Б.И. Оптимальное управление режимами непрерывной разливки стали. - М.: Металлургия, 1975, с.310. Кац А.М., Шадек Е.Г. Теплофизические основы непрерывного литья цветных металлов и сплавов.- М.: Металлургия, 1983. Заявка Японии № 66-206548, кл. B 22 D 11/04, 1991. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108788032B (zh) | 冷却强度可调整的镁合金连铸用结晶器及控制冷却的方法 | |
| KR101781805B1 (ko) | 금속 스트랜드의 연속 주조 방법 | |
| US6776217B1 (en) | Method for continuous casting of slab, in particular, thin slab, and a device for performing the method | |
| JP3231601B2 (ja) | 電気炉の温度制御方法および装置 | |
| US11292051B2 (en) | Dynamically positioned diffuser for metal distribution during a casting operation | |
| RU2080208C1 (ru) | Способ непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе с пористым формообразующим элементом | |
| CN113934139B (zh) | 基于在线仿真模型的真空电弧重熔过程熔化速度控制方法 | |
| Li et al. | Effect of solute convection on the primary arm spacings of Pb–Sn binary alloys during upward directional solidification | |
| JPH02307652A (ja) | 薄物連続鋳造におけるクラウン制御方法 | |
| US7059384B2 (en) | Apparatus and method for metal strip casting | |
| RU2185927C2 (ru) | Способ динамического регулирования охлаждения слитка на установке непрерывной разливки металла | |
| JPS6030565A (ja) | 加熱鋳型式連続鋳造法における鋳塊表面形状の安定法 | |
| US5190717A (en) | Metal pouring system | |
| EP0399450A2 (en) | Metal pouring system | |
| SU1320010A1 (ru) | Способ автоматического управлени режимом работы кристаллизатора машины непрерывного лить заготовок и устройство дл его осуществлени | |
| SU1759543A1 (ru) | Способ регулировани температурного режима установки дл получени слитков с направленной кристаллической структурой | |
| EP0451929A3 (en) | Method for determination and regulating the level of a metal melting bath | |
| RU2043833C1 (ru) | Способ непрерывной разливки металла | |
| JPS6333164A (ja) | 加熱鋳型連続鋳造法 | |
| JPH04262845A (ja) | 連続鋳造におけるモールドレベルの制御方法 | |
| JPH079093A (ja) | 鋳造冷却水温度の調節方法 | |
| RU93003989A (ru) | Способ непрерывной разливки металлов | |
| JPH038537A (ja) | 合金元素添加方法 | |
| RU2061577C1 (ru) | Способ горизонтального непрерывного литья заготовок | |
| SU1158286A1 (ru) | Способ регулировани температуры жидкой стали,разливаемой на машине непрерывной разливки,и устройство дл его осуществлени |