RU65799U1

RU65799U1 - DEVICE FOR CONTROL CRYSTALLIZATION OF CONTINUOUS INGOT

Info

Publication number: RU65799U1
Application number: RU2006143148/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Ячиков; Александр Прокопьевич Морозов; Ирина Васильевна Портнова; Ринат Мударисович Хадиев
Original assignee: Игорь Михайлович Ячиков
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2007-08-27

Abstract

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к непрерывному литью металлов и конкретно к устройствам для управления кристаллизацией путем обработки непрерывнолитого слитка с помощью электрических и магнитных полей в зонах вторичного охлаждения и затвердевания машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Полезная модель позволяет повысить качество непрерывнолитой заготовки за счет увеличения эффективности объемного кондуктивного электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка, согласованного со скоростью разливки, условиями охлаждения и обжатия слитка. Устройство снабжено источниками импульсного постоянного тока, подключенными через четыре регулятора тока с микропроцессорной системой управления (МПСУ) к двум верхним и двум нижним роликовым электродам, установленным напротив друг друга со стороны длинных стенок кристаллизатора между тянущими роликами и постоянными магнитами. Вход МПСУ соединен с блоком задания переключения тока и блоком согласования, подключенным к датчику скорости разливки на разливочном стакане. Выходы из МПСУ соединены с блоками управления электроприводов тянущих роликов, с регуляторами расхода охладителя на распылительных форсунках, с регуляторами обжатия на электроприводах обжимающих роликов и с управляющими входами всех регуляторов тока. 1 ил.The utility model relates to foundry, in particular to continuous casting of metals, and specifically to devices for controlling crystallization by processing a continuously cast ingot using electric and magnetic fields in the secondary cooling and solidification zones of the continuous casting machine (CCM). The utility model allows to improve the quality of continuously cast billets by increasing the efficiency of volumetric conductive electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot, which is consistent with the casting speed, cooling and compression conditions of the ingot. The device is equipped with pulsed direct current sources connected through four current regulators with a microprocessor control system (MPSU) to two upper and two lower roller electrodes mounted opposite each other on the side of the long crystallizer walls between the pulling rollers and the permanent magnets. The input of the MPSU is connected to the current switching task unit and the matching unit connected to the casting speed sensor on the pouring nozzle. The outputs from the MPSU are connected to the control units for the electric drives of the pulling rollers, with the flow regulators of the cooler on the spray nozzles, with the compression regulators on the electric drives of the compressing rollers and with the control inputs of all current controllers. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к непрерывному литью металлов и конкретно к устройствам для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка с помощью электрических и магнитных полей в зонах вторичного охлаждения и затвердевания машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).The utility model relates to foundry, in particular to continuous casting of metals, and specifically to devices for controlling the crystallization of a continuously cast ingot using electric and magnetic fields in the secondary cooling and solidification zones of the continuous casting machine (CCM).

Известно устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка, содержащее вертикально ориентированные и сообщающиеся между собой разливочный стакан и кристаллизатор, несколько поддерживающих и тянущих роликов, которые вертикально и последовательно установлены на выходе из кристаллизатора с горизонтальным смещением вдоль его стенок и снабжены электроприводами с блоком управления. Кроме того, устройство содержит постоянные магниты, которые расположены напротив друг друга со встречной полярностью между тянущими роликами со стороны длинных стенок кристаллизатора, установленные с чередующейся от ролика к ролику полярностью, источники постоянного тока подключены через токоподводы к соседним тянущим роликам (см. заявку Японии №55-18424, МПК⁸ B22D 11/10, 27/02, опубл. 19.05.1980).A device is known for controlling crystallization of a continuously cast ingot containing vertically oriented and communicating between themselves a pouring glass and a mold, several supporting and pulling rollers, which are vertically and sequentially mounted at the exit of the crystallizer with horizontal displacement along its walls and equipped with electric drives with a control unit. In addition, the device contains permanent magnets that are opposite each other with opposite polarity between the pulling rollers on the side of the long walls of the mold, installed with alternating polarity from roller to roller, DC sources are connected through current leads to adjacent pulling rollers (see Japan Application No. 55-18424, IPC ⁸ B22D 11/10, 27/02, publ. 05/19/1980).

Известное устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка реализует кондуктивное перемешивание металла жидкой фазы сляба за счет электромагнитных сил, которые возникают при наложении на вытягиваемый слиток в зоне вторичного охлаждения постоянного магнитного поля от стационарно расположенных магнитов при одновременном пропускании через расплав постоянного электрического тока. Однако такое устройство имеет относительно низкий A known device for controlling the crystallization of a continuously cast ingot implements conductive mixing of the metal in the liquid phase of the slab due to electromagnetic forces that arise when a permanent magnetic field is applied to the drawn ingot in the secondary cooling zone from stationary magnets while passing a direct electric current through the melt. However, such a device has a relatively low

к.п.д., составляющий 0,05-0,5% (см. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. - М.: Металлургия, 1991. - С.139-142), вследствие того, что жидкая сталь немагнитна. При этом полюса магнитов устанавливаются на значительном расстоянии от перемешиваемого металла вокруг слитка, с использованием дополнительных узлов из немагнитной стали. Это требует применения высоких значений силы тока (более 7 кА), пропускаемого через жидкую сердцевину слитка с помощью тянущих роликов. Поэтому в известном устройстве существует проблема, связанная с подводом электрического тока необходимой мощности к поверхности слитка и пропусканием тока через его жидкую сердцевину. При подводе постоянного тока величиной более 5-7 кА через бочки тянущих роликов к перемещающемуся слитку, покрытому литейным шлаком, возникают электрические дуги, способствующие проплавлению как самих роликов, с нарушением стабильности вытягивания, так и поверхности слитка, что приводит к снижению качества непрерывнолитых заготовок.efficiency of 0.05-0.5% (see Niskovsky V.M., Karlinsky S.E., Berenov A.D. Continuous casting machines for slab billets. - M.: Metallurgy, 1991. - S.139-142), due to the fact that liquid steel is non-magnetic. In this case, the poles of the magnets are installed at a considerable distance from the stirred metal around the ingot, using additional nodes made of non-magnetic steel. This requires the use of high values of current (more than 7 kA), passed through the liquid core of the ingot using pulling rollers. Therefore, in the known device there is a problem associated with the supply of electric current of the required power to the surface of the ingot and the passage of current through its liquid core. When a DC current of more than 5-7 kA is supplied through the barrels of the pulling rollers to a moving ingot covered with casting slag, electric arcs arise that contribute to the melting of both the rollers themselves, with a violation of the stability of the draw, and the surface of the ingot, which leads to a decrease in the quality of continuously cast billets.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка. Устройство содержит вертикально ориентированные и сообщающиеся между собой разливочный стакан с датчиком скорости разливки и кристаллизатор, несколько поддерживающих и тянущих роликов, которые вертикально-последовательно установлены на выходе из кристаллизатора с горизонтальным смещением вдоль его стенок и снабженных электроприводами с блоками управления. Кроме того, в устройстве установлены постоянные магниты, размещенные напротив друг друга с противоположной полярностью между тянущими роликами со стороны длинных стенок кристаллизатора и расположенные с чередующейся от ролика к ролику полярностью, а также источники импульсного постоянного тока, которые попарно подключены к двум верхним и двум нижним роликовым электродам и установлены напротив друг друга со стороны длинных стенок кристаллизатора между тянущими роликами и постоянными магнитами. Между нижними роликовыми электродами и тянущими роликами установлены распылительные форсунки с регуляторами расхода охладителя (см. заявку Японии №62-179855, МПК⁸ B22D 11/10, опубл. 07.08.1987).Closest to the claimed utility model is a device for controlling crystallization of a continuously cast ingot. The device contains a vertically oriented and interconnected pouring glass with a casting speed sensor and a mold, several supporting and pulling rollers, which are vertically sequentially mounted at the exit of the mold with horizontal displacement along its walls and equipped with electric drives with control units. In addition, the device has permanent magnets placed opposite each other with opposite polarity between the pulling rollers on the side of the long walls of the mold and located with alternating polarity from the roller to the roller, as well as pulsed direct current sources that are connected in pairs to the two upper and two lower roller electrodes and are mounted opposite each other from the side of the long walls of the mold between the pulling rollers and the permanent magnets. Between the lower roller electrodes and the pulling rollers, spray nozzles are installed with cooler flow regulators (see Japan Application No. 62-179855, IPC ⁸ B22D 11/10, publ. 07.08.1987).

Известное устройство позволяет управлять кристаллизацией непрерывнолитого слитка за счет кондуктивного электромагнитного перемешивания жидкой фазы путем наложения на нее постоянного магнитного поля и пропускания через слиток постоянного тока от специальных электродов. В известном устройстве эффект кондуктивного перемешивания оказывает влияние на формирование структуры слитка в достаточно малом пространстве между тянущими роликами, ограниченном доступной зоной вторичного охлаждения (см. Электромагнитное перемешивание жидкой стали в металлургии / Р.С.Айзатулов, А.Г.Кузьменко, В.Т.Грачев и др. - М.: Металлургия, 1996. - С.153). Поэтому при выходе слитка из зоны действия электромагнитного перемешивания происходит восстановление неоптимальных закономерностей роста зоны столбчатых кристаллов, что снижает однородность кристаллической макроструктуры и качество слитка. Кроме того, турбулентные потоки расплава при кондуктивном электромагнитном перемешивании вызывают вымывание легкоплавких примесей (углерода, серы и других) из двухфазной зоны слитка, в результате чего наблюдаются чередующиеся слои с существенно различающимися содержаниями этих элементов. В результате явления слоистой сегрегации или отрицательной ликвации наблюдается снижение качества непрерывнолитого слитка. В известном устройстве отсутствует взаимосвязь между интенсивностью кондуктивного перемешивания жидкой фазы слитка и условиями охлаждения его поверхности распылительными форсунками, что снижает качество структуры слитка. В зоне окончательного затвердевания слитка в известном устройстве наблюдается снижение эффективности кондуктивного электромагнитного перемешивания, так как объем жидкой сердцевины не превышает 5-10%, поэтому вновь образуется осевая рыхлость и снижается качество заготовки.The known device allows you to control the crystallization of a continuously cast ingot due to conductive electromagnetic mixing of the liquid phase by applying a constant magnetic field to it and passing DC through the ingot from special electrodes. In the known device, the effect of conductive mixing affects the formation of the structure of the ingot in a sufficiently small space between the pulling rollers, limited by the available zone of secondary cooling (see Electromagnetic stirring of liquid steel in metallurgy / R.S. Aizatulov, A.G. Kuzmenko, V.T. Grachev et al. - M.: Metallurgy, 1996. - P.153). Therefore, when the ingot leaves the electromagnetic stirring zone, the non-optimal patterns of growth of the columnar crystal zone are restored, which reduces the uniformity of the crystalline macrostructure and the quality of the ingot. In addition, turbulent melt flows during conductive electromagnetic stirring cause leaching of fusible impurities (carbon, sulfur, and others) from the two-phase zone of the ingot, as a result of which alternating layers with significantly different contents of these elements are observed. As a result of the phenomenon of layered segregation or negative segregation, a decrease in the quality of the continuously cast ingot is observed. In the known device there is no relationship between the intensity of the conductive mixing of the liquid phase of the ingot and the cooling conditions of its surface by spray nozzles, which reduces the quality of the structure of the ingot. In the zone of final solidification of the ingot in the known device, there is a decrease in the efficiency of conductive electromagnetic stirring, since the volume of the liquid core does not exceed 5-10%, therefore, axial friability forms again and the quality of the workpiece decreases.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка, является повышение качества непрерыв-нолитой заготовки.The problem to which the claimed device is directed to control the crystallization of a continuously cast ingot is to improve the quality of a continuous-cast ingot.

Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является стабилизация скорости разливки металла, увеличение зоны электромагнитного воздействия на жидкую фазу формирующегося слитка путем повышения химической однородности и уменьшения образования и развития дефектов макро- и микроструктуры The technical result from the use of the proposed device is to stabilize the casting speed of the metal, increase the zone of electromagnetic exposure to the liquid phase of the forming ingot by increasing chemical uniformity and reducing the formation and development of defects of macro- and microstructure

заготовок, связанных с кристаллизацией, усадочными и ликвационными процессами.blanks associated with crystallization, shrinkage and segregation processes.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка, содержащее вертикально ориентированные и сообщающиеся между собой разливочный стакан с датчиком скорости разливки и кристаллизатор, несколько поддерживающих и тянущих роликов, вертикально-последовательно установленных на выходе из кристаллизатора с горизонтальным смещением вдоль его стенок и снабженных электроприводами с блоками управления, постоянные магниты, расположенные напротив друг друга с противоположной полярностью между тянущими роликами со стороны длинных стенок кристаллизатора с чередующейся от ролика к ролику полярностью, источники импульсного постоянного тока, подключенные попарно к двум верхним и двум нижним роликовым контактным электродам, установленным напротив друг друга со стороны длинных стенок кристаллизатора между тянущими роликами и постоянными магнитами, а также распылительные форсунки с регуляторами расхода охладителя, расположенные между нижними роликовыми электродами и тянущими роликами, добавлены новые элементы и изменены связи между узлами. Устройство дополнительно снабжено для каждого источника импульсного постоянного тока четырьмя регуляторами тока с микропроцессорной системой управления, вход которой соединен с блоком задания переключения тока и блоком согласования, подключенным к датчику скорости разливки. В устройство дополнительно введены обжимающие ролики, установленные между тянущими роликами и распылительными форсунками и снабженные приводами с регуляторами обжатия слитка. Причем положительные полюса источников импульсного постоянного тока подключены к верхним парам роликовых электродов соответственно через первые и вторые регуляторы тока, а их отрицательные полюса - через третьи и четвертые регуляторы тока - к нижним парам роликовых электродов. При этом управляющие входы всех регуляторов тока, а также блоки управления электроприводами тянущих роликов, регуляторы охладителя на распылительных форсунках и регуляторы обжатия слитка на обжимающих роликах соединены с выходами из микропроцессорных систем управления.The problem is solved in that in a known device for controlling crystallization of a continuously cast ingot, containing a vertically oriented and communicating between themselves a pouring glass with a casting speed sensor and a mold, several supporting and pulling rollers vertically sequentially mounted at the exit of the mold with horizontal displacement along it walls and equipped with electric drives with control units, permanent magnets located opposite each other with opposite the polarity between the pulling rollers on the side of the long walls of the mold with alternating polarity from the roller to the roller, pulsed DC sources connected in pairs to two upper and two lower roller contact electrodes mounted opposite each other on the side of the long walls of the mold between the pulling rollers and the permanent magnets, as well as spray nozzles with cooler flow controllers located between the lower roller electrodes and the pulling rollers, new elements have been added and links between nodes are changed. The device is additionally equipped with four current controllers for each pulsed direct current source with a microprocessor control system, the input of which is connected to the current switching task unit and the matching unit connected to the casting speed sensor. Compression rollers are additionally introduced into the device, installed between the pulling rollers and spray nozzles and equipped with actuators with ingot compression regulators. Moreover, the positive poles of pulsed direct current sources are connected to the upper pairs of roller electrodes, respectively, through the first and second current regulators, and their negative poles, through the third and fourth current regulators, are connected to the lower pairs of roller electrodes. At the same time, the control inputs of all current controllers, as well as control units for electric drives of pulling rollers, cooler controls on spray nozzles and ingot compression regulators on compression rollers are connected to outputs from microprocessor control systems.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен поперечный разрез устройства для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка и схема его The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a cross section of a device for controlling the crystallization of a continuously cast ingot and a diagram of it.

регулирования.regulation.

Устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка содержит вертикально ориентированный разливочный стакан 1, сообщающийся сверху с промежуточным ковшом (на чертеже не показан) МНЛЗ, а снизу - с кристаллизатором 2, и снабженный шиберным затвором 3 и датчиком скорости разливки 4, например тензодатчиком или электромагнитным. Снизу на выходе из кристаллизатора 2 вдоль его стенок установлены поддерживающие ролики 5 с приводами 6. Далее вертикально-последовательно с горизонтальным смещением размещены несколько групп тянущих роликов 7, каждый из которых снабжен электроприводами 8 с блоками управления 9, например частотными преобразователями. Между каждыми соседними по вертикали тянущими роликами 7 со стороны длинных стенок кристаллизатора 2 установлены постоянные магниты 10 с противоположной по горизонтали и чередующейся по вертикали полярностью. Между тянущими роликами 7 и постоянными магнитами 10, с обеих сторон последних, установлены два верхних 11 и 12 и два нижних 13 и 14 роликовых электрода, например, металлических или графитовых. Верхние пары роликовых электродов 11 и 12 подключены к положительным полюсам источников импульсного постоянного тока 15, соответственно через первые 16 и вторые 17 регуляторы тока, например тиристорные или транзисторные. Нижние пары роликовых электродов 13 и 14 подключены к отрицательным полюсам источников импульсного постоянного тока 15 соответственно через третьи 18 и четвертые 19 регуляторы тока. Управляющие входы 20, 21, 22 и 23 всех регуляторов тока 16, 17, 18 и 19 соответственно, а также блоки управления 9 электроприводов 8 тянущих роликов 7 подключены к выходам 24 микропроцессорных систем управления 25. Входы 26 микропроцессорных систем управления 25 соединены с блоками задания переключения тока 27 и через блоки согласования 28 с датчиком скорости разливки 4 на разливочном стакане 1. После нижних роликовых электродов 13 и 14 размещены распылительные форсунки 29 с регуляторами расхода охладителя 30 и обжимающие ролики 31, имеющие приводы 32, с регуляторами обжатия слитка 33. Регуляторы охладителя 30 распылительных форсунок 29 и регуляторы обжатия слитка 33 на приводах 32 обжимающих роликов 31 также подключены к выходам 24 микропроцессорных систем управления 25.A device for controlling the crystallization of a continuously cast ingot contains a vertically oriented pouring cup 1 communicating from above with an intermediate ladle (not shown in the drawing) of a continuous casting machine, and below with a crystallizer 2, and equipped with a slide gate 3 and a casting speed sensor 4, for example, a strain gauge or electromagnetic. At the bottom of the exit from the crystallizer 2, supporting rollers 5 with drives 6 are installed along its walls. Next, several groups of pulling rollers 7 are placed vertically-sequentially with horizontal displacement, each of which is equipped with electric drives 8 with control units 9, for example, frequency converters. Between each vertically adjacent pulling rollers 7 from the side of the long walls of the mold 2 are installed permanent magnets 10 with opposite horizontal and alternating vertically polarity. Between the pulling rollers 7 and the permanent magnets 10, on both sides of the latter, there are two upper 11 and 12 and two lower 13 and 14 roller electrodes, for example, metal or graphite. The upper pairs of roller electrodes 11 and 12 are connected to the positive poles of a pulsed direct current source 15, respectively, through the first 16 and second 17 current regulators, for example thyristor or transistor. The lower pairs of roller electrodes 13 and 14 are connected to the negative poles of the pulsed direct current sources 15, respectively, through the third 18 and fourth 19 current regulators. The control inputs 20, 21, 22 and 23 of all current controllers 16, 17, 18 and 19, respectively, as well as control units 9 of the electric drives 8 of the pulling rollers 7 are connected to the outputs 24 of the microprocessor control systems 25. The inputs 26 of the microprocessor control systems 25 are connected to the job blocks switching current 27 and through matching blocks 28 with the casting speed sensor 4 on the pouring nozzle 1. After the lower roller electrodes 13 and 14, spray nozzles 29 with cooler flow controllers 30 and compression rollers 31 having actuators 32 are placed, with s compression ingot 33. Regulators cooling spray nozzles 30 and 29 controls compression of the ingot 33 on the actuator 32 of the crimping rollers 31 is also connected to the outputs 24, microprocessor control systems 25.

Устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка работает следующим образом. При установившемся режиме работы МНЛЗ из промежуточного ковша (на чертеже не показан) расплав поступает через разливочный стакан 1 в кристаллизатор 2. Расход металла регулируется шиберным затором 3 и измеряется датчиком скорости разливки 4. Формирующийся слиток с твердой корочкой и жидкой сердцевиной на выходе из кристаллизатора 2 удерживается поддерживающими роликами 5 с приводами 6 и вытягивается несколькими последовательно установленными группами тянущих роликов 7. На чертеже показана группа из четырех роликов 7, приводимых во вращение с помощью электроприводов 8, регулируемых от блоков управления 9. Постоянные магниты 10, установленные между двумя верхними 11 и 12 и двумя нижними 13 и 14 роликовыми электродами, создают в жидкой фазе слитка постоянное магнитное поле. Затем подают напряжение величиной 2-20 В на верхние 11 и 12 и нижние 13 и 14 роликовые электроды от источников импульсного постоянного тока 15. При этом напряжение от положительных полюсов источников импульсного постоянного тока 15 одновременно или поочередно подводится на верхние роликовые электроды 11 и 12 через первые 16 и вторые 17 регуляторы тока соответственно, а от их отрицательных полюсов - на нижние роликовые электроды 13 и 14 через третьи 18 и четвертые 19 регуляторы тока соответственно. Для управления переключением регуляторов тока 16, 17, 18 и 19 на их управляющие входы соответственно 20, 21, 22 и 23 подаются исполнительные сигналы от выходов 24 микропроцессорных систем управления 25. На входы 26 последних поступают установочные сигналы с блоков задания переключения тока 27 и через блок согласования 28 - управляющие сигналы обратной связи от датчика скорости разливки 4 на разливочном стакане 1. Например, при увеличении скорости разливки аналоговый сигнал с датчика скорости разливки 4 поступает на блоки согласования 28 и далее, после аналого-цифрового преобразования, на входы 26 микропроцессорных систем управления 25. В соответствии с установочными сигналами с блоков задания переключения тока 27 и управляющим сигналом с блока согласования 28 на микропроцессорных системах управления 25 формируются исполнительные сигналы, поступающие с выходов 24 на управляющие входы 20, 21, 22 и 23 регуляторов тока соответственно 16, 17, 18 и 19, а также на блоки управления 9 электроприводов 8 тянущих роликов 7. При этом приводится в соответствие A device for controlling the crystallization of a continuously cast ingot works as follows. With a steady-state operation of the continuous casting machine from the intermediate ladle (not shown in the drawing), the melt enters through the casting nozzle 1 into the mold 2. The metal flow rate is controlled by a gate mash 3 and measured by the casting speed sensor 4. A formed ingot with a hard crust and a liquid core at the outlet of the mold 2 is held by supporting rollers 5 with drives 6 and pulled by several successively established groups of pulling rollers 7. The drawing shows a group of four rollers 7 driven in rotation via actuators 8, controlled by control unit 9. The permanent magnets 10 arranged between the two upper 11 and 12 and two lower roller 13 and the electrodes 14, creating an ingot in the liquid phase a constant magnetic field. Then a voltage of 2-20 V is applied to the upper 11 and 12 and lower 13 and 14 roller electrodes from the pulsed direct current sources 15. The voltage from the positive poles of the pulsed direct current sources 15 is simultaneously or alternately supplied to the upper roller electrodes 11 and 12 through the first 16 and second 17 current controllers, respectively, and from their negative poles to the lower roller electrodes 13 and 14 through the third 18 and fourth 19 current controllers, respectively. To control the switching of the current regulators 16, 17, 18 and 19, their control inputs 20, 21, 22 and 23, respectively, are supplied with executive signals from the outputs 24 of the microprocessor control systems 25. The input signals 26 of the latter receive installation signals from the current switching task units 27 and through matching unit 28 — feedback control signals from the casting speed sensor 4 on the nozzle 1. For example, when the casting speed increases, the analog signal from the casting speed sensor 4 is fed to matching blocks 28 and after, after logo-digital conversion, to the inputs 26 of the microprocessor control systems 25. In accordance with the installation signals from the current switching task units 27 and the control signal from the matching unit 28 on the microprocessor control systems 25, executive signals are generated from the outputs 24 to the control inputs 20, 21 , 22 and 23 current regulators 16, 17, 18 and 19, respectively, as well as on the control units 9 of the electric drives 8 of the pulling rollers 7. In this case, it is brought into compliance

повышенная скорость разливки, скорость перемешивания расплава в жидкой сердцевине и скорость вытягивания слитка. В зависимости от режимов переключения регуляторов тока 16, 17, 18 и 19 (открыт - закрыт) прохождение тока (на чертеже показано штрих-пунктирными линиями) между роликовыми электродами 11, 12, 13 и 14 может осуществляться в двух вариантах. Первый вариант: от 11 к 13 и от 12 к 14 роликовому электроду при периодическом открытии и закрытии следующих пар регуляторов тока - первого 16 и третьего 18, второго 17 и четвертого 19. Второй вариант: от 11 к 14 и от 12 к 13 роликовому электроду при периодическом открытии и закрытии следующих пар регуляторов тока - первого 16 и четвертого 19, второго 17 и третьего 18. При этом направляющие магнитных силовых линий от постоянных магнитов 10 ориентированны перпендикулярно направлению вытягивания слитка. В нем при температуре поверхности более 800°С образуется статическое магнитное поле. Причем полюсность постоянных магнитов 10, смонтированных на определенных участках в направлении вытягивания, взаимно чередуется. По участку слитка, на котором действует статическое магнитное поле, одновременно пропускают постоянный, импульсный или переменный ток с частотой менее 50 Гц или изменяют величину тока в определенных интервалах времени в пределах 1-2 А/см². При этом основное направление тока параллельно или несколько наклонено к направлению вытягивания слитка. В результате взаимодействия статического магнитного поля и постоянного импульсного электрического тока возникают электромагнитные силы, и происходит завихрение и перемешивание потоков металла в жидкой сердцевине слитка. Генерируемые магнитодвижущие силы воздействуют на расплавленную часть слитка и разрушают растущие дендриты, что способствует образованию равноосных кристаллов и повышению качества заготовки. Периодическое переключение прохождения тока между роликовыми электродами 11 и 13, а также 12 и 14, на прохождение тока между роликовыми электродами 11 и 14, а также 12 и 13, с помощью регуляторов тока 16, 17, 18 и 19 увеличивает зону кондуктивного электромагнитного воздействия в слитке. Это способствует интенсификации турбулентных течений в жидкой сердцевине слитка, которые на фронте кристаллизации сепарируют легкоплавкие примеси из двухфазной зоны заготовки. В результате слой расплава, примыкающий к фронту кристаллизации, обогащается примесью, снижающей температуру ликвидуса. Возникающие переменные increased casting speed, melt mixing rate in the liquid core, and ingot drawing speed. Depending on the switching modes of the current regulators 16, 17, 18 and 19 (open - closed), the passage of current (shown by dashed lines in the drawing) between the roller electrodes 11, 12, 13 and 14 can be carried out in two versions. The first option: from 11 to 13 and from 12 to 14 of the roller electrode during the periodic opening and closing of the following pairs of current regulators - the first 16 and third 18, the second 17 and fourth 19. The second option: from 11 to 14 and from 12 to 13 the roller electrode during the periodic opening and closing of the following pairs of current regulators - the first 16 and fourth 19, second 17 and third 18. Moreover, the guides of the magnetic lines of force from the permanent magnets 10 are oriented perpendicular to the direction of pulling the ingot. In it, at a surface temperature of more than 800 ° C, a static magnetic field is formed. Moreover, the polarity of the permanent magnets 10 mounted in certain areas in the direction of drawing is mutually alternating. A constant, pulsed or alternating current with a frequency of less than 50 Hz is simultaneously passed through an area of the ingot, on which a static magnetic field acts, or the current value is changed in certain time intervals within 1-2 A / cm ² . In this case, the main direction of the current is parallel or somewhat inclined to the direction of pulling the ingot. As a result of the interaction of a static magnetic field and a constant pulsed electric current, electromagnetic forces arise, and the flow of metal in the liquid core of the ingot swirls and mixes. The generated magnetomotive forces act on the molten part of the ingot and destroy the growing dendrites, which contributes to the formation of equiaxed crystals and improve the quality of the workpiece. Periodic switching of the current flow between the roller electrodes 11 and 13, as well as 12 and 14, to the current flow between the roller electrodes 11 and 14, as well as 12 and 13, with the help of current regulators 16, 17, 18 and 19 increases the area of conductive electromagnetic influence in bullion. This contributes to the intensification of turbulent flows in the liquid core of the ingot, which at the crystallization front separate fusible impurities from the two-phase zone of the workpiece. As a result, the melt layer adjacent to the crystallization front is enriched with an impurity that decreases the liquidus temperature. Arising variables

электромагнитные силы изменяют теплофизические условия кристаллизации слитка и турбулизируют жидкую фазу, примыкающую к зоне столбчатых кристаллов в заготовке, что уменьшает ширину этой зоны, концентрационную центральную пористость и осевую ликвацию. Это связано с облегчением подпитки усадочных пустот через разрыхленный кондуктивным электромагнитным перемешиванием каркас дендритов и увеличением скорости перемешивания двухфазной зоны. Снабжение каждого источника импульсного постоянного тока 15 четырьмя регуляторами тока 16, 17, 18 и 19, последовательность и частота переключения которых определяется скоростью разливки, позволяет увеличить эффект от кондуктивного электромагнитного перемешивания. Это достигается за счет большего пространственного и временного интервалов воздействия на вытягиваемую заготовку и обеспечивает оптимальные условия роста зоны равноосных кристаллов, что повышает однородность кристаллической структуры и качество заготовки (см. Самойлович Ю.А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. - М.: Металлургия, 1986. - С.106). Регулируемое микропроцессорной системой управления 25 переключение тока от источников импульсного постоянного тока 15 между роликовыми электродами 11, 12, 13 и 14 позволяет повысить интенсивность турбулентного перемешивания расплава в жидкой фазе заготовок за счет возникновения переменных электромагнитных сил (см. Моделирование электромагнитных процессов в электродуговых печах постоянного тока: Монография // И.М.Ячиков и др. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. - С.99), что повышает к.п.д. кондуктивного перемешивания до 10-15%. При этом обеспечивается увеличение протяженности циркуляционных потоков и зоны активного перемешивания расплава, а также интенсивности процессов теплообмена в жидкой фазе слитка. Кроме того, возможно снижение в 1,5-2 раза (до 3-4 кА) силы тока пропускаемого через слиток. Это уменьшает вероятность возникновения электрических дуг между роликовыми электродами 11, 12, 13 и 14 и вытягиваемым слитком, и поэтому способствует повышению стабильности режимов вытягивания и качества поверхности непрерывнолитых заготовок. После прохождения зоны кондуктивного электромагнитного перемешивания между роликовыми электродами 11, 12, 13 и 14 слиток подвергается охлаждению воздушно-водяной смесью, подаваемой распылительными форсунками 29 через регуляторы расхода 30. Изменение расхода охладителя осуществляется путем подачи исполнительного electromagnetic forces change the thermophysical conditions of crystallization of the ingot and turbulize the liquid phase adjacent to the columnar crystal zone in the preform, which reduces the width of this zone, the concentration of central porosity and axial segregation. This is due to the facilitation of the recharge of shrinkage voids through the dendrite framework loosened by conductive electromagnetic stirring and the increase in the mixing speed of the two-phase zone. The supply of each source of pulsed direct current 15 with four current controllers 16, 17, 18 and 19, the sequence and switching frequency of which is determined by the casting speed, allows you to increase the effect of conductive electromagnetic mixing. This is achieved due to the greater spatial and temporal intervals of exposure to the drawn preform and provides optimal growth conditions for the equiaxed crystal zone, which increases the uniformity of the crystal structure and the quality of the preform (see Samoilovich Yu.A. Crystallization of an ingot in an electromagnetic field. - M .: Metallurgy, 1986.- P.106). The current switching from the pulsed direct current sources 15 between the roller electrodes 11, 12, 13 and 14, regulated by the microprocessor control system 25, makes it possible to increase the intensity of turbulent mixing of the melt in the liquid phase of the workpieces due to the occurrence of variable electromagnetic forces (see Modeling of electromagnetic processes in DC electric arc furnaces : Monograph // I.M.Yachikov et al. - Magnitogorsk: MSTU, 2005. - P.99), which increases the efficiency conductive mixing up to 10-15%. This ensures an increase in the length of circulation flows and the zone of active mixing of the melt, as well as the intensity of heat transfer processes in the liquid phase of the ingot. In addition, it is possible to reduce by 1.5-2 times (up to 3-4 kA) the current strength transmitted through the ingot. This reduces the likelihood of electric arcs between the roller electrodes 11, 12, 13, and 14 and the extruded ingot, and therefore helps to increase the stability of the extrusion regimes and the surface quality of continuously cast billets. After passing the zone of conductive electromagnetic mixing between the roller electrodes 11, 12, 13 and 14, the ingot is cooled by the air-water mixture supplied by the spray nozzles 29 through the flow regulators 30. Changing the flow rate of the cooler is carried out by filing an executive

импульса на регуляторы расхода 30 с выходов 24 микропроцессорных систем управления 25 согласно управляющим сигналам, поступающим с блока задания переключения тока 27 и с блока согласования 28. В результате охлаждение слитка происходит в соответствии с условиями кондуктивного электромагнитного перемешивания и скоростью разливки. При этом вследствие турбулентного характера движения расплава жидкая сердцевина слитка подвергается более интенсивному и равномерному охлаждению, что создает предпосылки для массового зарождения равноосных кристаллов и подавление столбчатых структур. Это повышает качество непрерывнолитых заготовок. После зоны охлаждения слиток подвергается пластической деформации с помощью обжимающих роликов 31, имеющих электроприводы 32 с регуляторами обжатия слитка 33. Степень обжатия слитка задается подачей исполнительных сигналов на регуляторы обжатия слитка 33 с выходов 24 микропроцессорных систем управления 25 согласно скорости разливки, интенсивности кондуктивного электромагнитного перемешивания и охлаждения слитка. Совместное и согласованное кондуктивно-импульсное электромагнитное воздействие на формирующийся слиток, а также его охлаждение и деформация обжимающими роликами 31, позволяет «мягко» обжимать тело заготовки с уменьшением ее внутреннего объема, улучшением условий питания жидким металлом твердого дендритного каркаса и предотвращением формирования раковин усадочной пористости (особенно в зоне окончания затвердевания). Это приводит к выравниванию линии фронта кристаллизации в корочке слитка и уплотнению формирующейся кристаллической структуры. Под воздействием импульсных тепло-электродинамических нагрузок и обжатия слитка вершины дендритов механически обламываются, осколки твердой фазы оседают в думпфовую зону, т.е. в зону объемной кристаллизации. При этом обломки дендритов частично расплавляются, снижая температуру жидкой фазы слитков, а другая часть становится дополнительными центрами кристаллизации, которые уплотняются при обжатии, что в целом создает благоприятные условия для подавления роста столбчатой структуры и улучшает качество заготовки.pulse to the flow controllers 30 from the outputs 24 of the microprocessor control systems 25 according to the control signals received from the current switching task unit 27 and from the matching unit 28. As a result, the ingot is cooled in accordance with the conditions of conductive electromagnetic stirring and the casting speed. Moreover, due to the turbulent nature of the movement of the melt, the liquid core of the ingot is subjected to more intensive and uniform cooling, which creates the prerequisites for the mass nucleation of equiaxed crystals and suppression of columnar structures. This improves the quality of continuously cast billets. After the cooling zone, the ingot is subjected to plastic deformation by means of compression rollers 31 having electric drives 32 with ingot compression regulators 33. The degree of ingot compression is set by applying executive signals to the ingot compression regulators 33 from outputs 24 of microprocessor control systems 25 according to the casting speed, conductive electromagnetic stirring intensity, and cooling the ingot. The combined and coordinated conductive-pulsed electromagnetic effect on the forming ingot, as well as its cooling and deformation by squeezing rollers 31, makes it possible to “gently” squeeze the body of the workpiece with a decrease in its internal volume, improving the feeding conditions of the solid dendritic framework with liquid metal and preventing the formation of shrinkage porosity shells ( especially in the zone of the end of solidification). This leads to the alignment of the crystallization front line in the crust of the ingot and the compaction of the formed crystalline structure. Under the influence of pulsed heat-electrodynamic loads and compression of the ingot, the dendritic tops mechanically break off, fragments of the solid phase settle in the dump zone, i.e. into the zone of bulk crystallization. In this case, dendritic fragments partially melt, lowering the temperature of the liquid phase of the ingots, and the other part becomes additional crystallization centers, which become denser during compression, which generally creates favorable conditions for suppressing the growth of the columnar structure and improves the quality of the workpiece.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить качество непрерывнолитого слитка, получаемого в машине непрерывного литья заготовок на участке от зоны вторичного охлаждения до зоны полного затвердевания за счет:Thus, the claimed device allows to improve the quality of the continuously cast ingot obtained in the continuous casting machine in the area from the secondary cooling zone to the zone of complete solidification due to:

- повышения эффективности объемного кондуктивного электромагнитного перемешивания жидкой сердцевины слитка;- increase the efficiency of volumetric conductive electromagnetic mixing of the liquid core of the ingot;

- уменьшения структурной и химической неоднородности литого металла путем подавления роста и деградации растущих ветвей дендритов столбчатых ориентированных кристаллов, выравнивания фронта затвердевания, устранения условий для возникновения «мостов» и осевой рыхлости в конце лунки жидкой фазы, а также уменьшения степени осевой ликвации;- reducing the structural and chemical heterogeneity of the cast metal by suppressing the growth and degradation of the growing branches of dendrites of columnar oriented crystals, leveling the solidification front, eliminating the conditions for the appearance of “bridges” and axial friability at the end of the hole in the liquid phase, and also reducing the degree of axial segregation;

- уменьшения явления слоистой сегрегации или отрицательной ликвации в слитках, особенно из высокоуглеродистых сталей, вследствие применения колебательного или реверсивного кондуктивного электромагнитного перемешивания;- reduction of the phenomenon of layered segregation or negative segregation in ingots, especially from high-carbon steels, due to the use of oscillatory or reverse conductive electromagnetic mixing;

- обеспечения оптимальных скоростей движения расплава жидкой фазы слитка у границы раздела фаз с механическим разрушением столбчатых кристаллов, обломки которых попадают в нижележащие части заготовки, где формируются при вторичном охлаждении и обжатии слитка, а также играют роль дополнительных центров кристаллизации, способствуя расширению структуры с равноосными кристаллами.- ensuring optimal speeds of the movement of the melt of the liquid phase of the ingot at the phase boundary with mechanical destruction of columnar crystals, the fragments of which fall into the underlying parts of the workpiece, where they are formed during secondary cooling and compression of the ingot, and also play the role of additional crystallization centers, contributing to the expansion of the structure with equiaxed crystals .

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемое устройство для управления кристаллизацией непрерывнолитого слитка обеспечивает повышение качества непрерывнолитых заготовок, работоспособно и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Соответственно, заявляемое устройство может быть применено в литейном производстве с целью повышения качества непрерывнолитых заготовок, а, следовательно, соответствует условию «промышленной применимости».Based on the foregoing, we can conclude that the inventive device for controlling the crystallization of continuously cast ingot provides an increase in the quality of continuously cast billets, efficiently and eliminates the disadvantages that occur in the prototype. Accordingly, the inventive device can be used in foundry with the aim of improving the quality of continuously cast billets, and, therefore, meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A device for controlling crystallization of a continuously cast ingot, comprising a vertically oriented and communicating pouring glass with a casting speed sensor and a mold, several supporting and pulling rollers vertically sequentially mounted at the outlet of the mold with horizontal displacement along its walls and equipped with electric drives with control units, permanent magnets located opposite each other with opposite polarity between the pulling rollers on the side of the length of the crystallizer walls and installed with alternating polarity from roller to roller, pulsed direct current sources connected in pairs to two upper and two lower roller electrodes mounted opposite each other from the side of the long crystallizer walls between the pulling rollers and the permanent magnets, as well as spray nozzles with cooler flow controllers located between the lower roller electrodes and the pulling rollers, characterized in that it is additionally provided for each source and pulsed direct current with four current controllers with a microprocessor control system, the input of which is connected to a current switching task unit and a matching unit connected to the casting speed sensor, as well as compression rollers installed between the pulling rollers and spray nozzles and equipped with drives with ingot compression regulators, moreover, the positive poles of pulsed direct current sources are connected to the upper pairs of electrodes, respectively, through the first and second current regulators, and their negative poles - through the third and fourth current regulators - to the lower pairs of roller electrodes, while the control inputs of all current regulators, as well as control units for the electric drives of the pulling rollers, cooler regulators on the spray nozzles and the compression control of the ingot on the compression rollers are connected to the outputs from the microprocessor control systems.