SU1496916A1

SU1496916A1 - Способ автоматического управлени процессом непрерывного лить сл бов на машине непрерывного лить заготовок горизонтального типа с двусторонним выт гиванием

Info

Publication number: SU1496916A1
Application number: SU874261059A
Authority: SU
Inventors: Леонид Петрович Заков; Михаил Федорович Панин; Максим Давидович Жарницкий; Аркадий Петрович Остромогильский; Сергей Александрович Филатов; Анатолий Алексеевич Иванов; Владимир Сергеевич Смирнов
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1989-07-30

Abstract

Изобретение относитс к автоматическому управлению процессом непрерывного лить заготовок на машине непрерывного лить заготовок горизонтального типа с двусторонним выт гиванием. Целью изобретени вл етс повышение качества слитков и увеличение выхода годного. Существо изобретени заключаетс в регулировании скорости выт гивани по результатам расчета на ЭВМ толщины корочки слитка в кристаллизаторе на основе замеров температур в стенке кристаллизатора. Новым вл етс измерение теплового потока в центре днища кристаллизатора и вокруг центра, расчет распределени его по длине кристаллизатора с учетом растекани тепла вдоль и поперек оси выт гивани , расчет раст гивающих напр жений в корочке в области локального минимума ее толщины. Расчет напр жений ведетс дл того из двух выт гиваемых из кристаллизатора слитков, у которого в данный момент времени наибольша скорость выт гивани . Наиболее эффективно применение изобретени при литье тонких сл бов. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к способам управлени выт гиванием слитков на МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним выт гиванием и может быть использовано на предпри ти х черной и цветной металлургии.

Целью изобретени вл етс повы- щение качества слитка и увеличение выхода годного металла.

На чертеже представлена схема расположени датчиков в днище кристаллизатора . Датчики А, 1,2,...,14 : измер ют тепловые потоки Яд, q q ,. q 14 Согласно изобретению измер ют температуры в стенке кристаллизатора по его длине вблизи рабочей поверхности, вычисл ют толщину корочки слитка в кристаллизаторе, регули

руют скорости выт гивани в зависимости от результатов расчета, при этом определ ют раст гивающие напр жени в корочке слитка с учетом фер- ростатики по длине кристаллизатора, рассчитывают средний тепловой поток в кристаллизаторе , измер ют температуру стенки кристаллизатора в точках, расположенных параллельными р дами вдоль оси выт гивани , измер ют плотность теплового потока q ,: в днище кристаллизатора в точке пересечени оси металлопровода с днищем , вычисл ют плотности тепловых потоков q, q, q.j, q в днище в точках, расположенных симметрично оносительно точки замера qд вдоль оси выт гивани (ось X) и перпендикул рно ей (ось у), вычисл ют мак симальную плотность теплового потока от слитков к днищу кристаллизатора по уравнению

.+Чг)- +C5(q,+q4.),(1)

где Сд, CIT. , С - константы, рассчитывают по величинам Чор и ( вычисл ют аналогично закон изменени плотности теплового потока q (х) по длин кристаллизатора, определ ют напр жени в том сечении корочки, которое соответствует локальному минимому ее толщины, и регулируют скорость выт гивани по результатам сравнени расчетных напр жений с максимально допустимыми: при превьшении расчетны ми значени ми допустимого уровн снижают скорость выт гивани , при расчетных значени х ниже допустимого уровн увеличивают скорссть выт гивани , если в этом есть технологи- ческа необходимость (например, на этапе разгона выт гивани ). Контроль напр жений в корочке ведут дл слитка , выт гиваемого с максимальной скоростью.

Осуществление автоматического управлени литьем сл бов на МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним выт гиванием в соответствии с изобретением обеспечивает определение распределени , теплового потока от слитков к кристаллизатору по длине кристаллизатора с учетом растекани теплового потока по длине

и ширине стенки кристаллизатора в его центральной части, расчет затвердевани корочки слитка с учетом неравномерной интенсивности ее охлаждени в кристаллизаторе и теплоотдачи от жидкой фазы слитка, вы вление локального минимума толщины корочки в зоне ее подплавлени , расчет раст гивающих напр жений от сил трени в корочке в этом месте и сравнение их с допустимой величиной. Стру металла вводитс в горизонтальный кристаллизатор через отверстие в верхней рабочей стенке по металлопро- воду.. Соответственно происходит перпендикул рное набегание струи рас- плава на нижнюю рабочую стенку кристаллизатора в точке пересечени оси металлопровода с этой стенкой. Вокруг точки набегани формируетс корочка слитка, и теплоотдача к стенке падает, так что при симметричном затвердевании (относительно центра кристаллизатора) в точке набегани струи существует максимум плотности теплового потока в стенку.

При двустороннем выт гивании возможны малые смещени зон начального формировани слитков относительно центра кристаллизатора, соответственно , максимум распределени плотности теплового потока q (х) смещаетс в сторону замера q, или q, В процессе лить

q, « q q, q,« q4 q.

(2) (3)

поэтому происходит растекание теплового потока в двух направлени х вдоль оси выт гивани (ось X) и перпендикул рно ей из точки максимума q foKc- Величину qд, как и другие величины теплового потока q, вычисл ют на основе замера температур в двух точках, из которых одна ближе, а друга дальше по отнощению к рабочей поверхности стенки. Пересчет ведут умножением разности температур на коэффициент теплопроводности Х стенки при полусумме температур и делением на рассто ние между точками замера. Полученна величина q . меньше истинной величины q ,,„„„ вследствие указанного

ЛпСТ КС

растекани тепла. Дл упрощени расчета растекани замен ем гладкое распределение q(x) и q(y) на ступенчатое:

макс

514969

в окрестности замера

Яд радиусом, равным половине рассто ни между точками замера Чд н Я, далее , или q вдоль оси X дл расчета растекани вдоль X, аналогично вдоль оси У: в окрестности замера q „j далее или q. Известное решение Чакрыгина дл растекани тепла в охлаждаемой с од- ной стороны стенке при коэффициенте теплоотдачи об дл величины растекани

qpj(.KC-

q.) У )

J UT (;( cos|4;)

sin|U;, (4)

где S

- толщина стенки;

q--q - соседн с q „„„(.; 1 - радиус ступеньки ,c jUj - i-й корень уравнени

,fS

Н - о, (}

.

71

При литье сталей в кристаллизатор с бронзовыми рабочими стенками характерные значени параметров следующие: 71-380 Вт/М К; 1 0,015 м; ui ( 10 (переходный режим от конвективного режима охлаждени стенки водой к поверхностному кипению дл q 6-10 мВтЛ/ В этом случае первые два корн урав- нени (5) II,0,86 и ш 3,43, дальнейшие члены р да (4) вследствие своей малости могут быть отброшены. Расчет по уравнению (4) показывает, что осевой переток тепла составл ет 40% от разности Ялчакс) Д растекани тепла вдоль одной оси имеем

Чм(,е Ч/«акс-Ч1).

Замен ем q на полусумму q и q (с учетом ранее указанного о слабых вариаци х q при смещени х зон на чального формировани слитка) и получаем

0.69д,„,с .2 (q,+q2)qo

Растекание тепла вдоль перпендикул рной оси X и оси У зависит от сортамента лить . При литье тонких сл бов диаметр струи много меньше стороны сечени и q, « сортовых сечений величина q 3 ненам16 6

НОГО отличаетс от q . Соответственно , дл сортовых сечений нет растекани тепла вдоль оси У и из (7) получаем:

л-акс -0,33(. . (8)

Дл тонких сл бов, счита растекание в перпендикул рных направлени х независимыми, имеем

.Хс-0 (Чмагс-Ч,)- (Ч„,кс-Я5

(9)

откуда

.,2(q,4-q)

- 0,2(), окончательно получаем

(10)

25

%а. 1

/ . 35 40

45

50

55

л«аке

Таким образом, пределы изменений констант в уравнении (1) следующие: ,67-5,00; С,а -(0,33-1,00); С,4 -(0,33-1,00).

Пределы числовых значений констант СА, , С34 вычислены исход из теплофизических расчетов. Граничные значени наборов приведенных констант соответствуют двум предельно возможным случа м - растеканию тепла одинакового по ширине и длине кристаллизатора (литье тонкого сл ба) и растеканию тепла только по длине (литье сортовых слитков). Если значени констант выход т за указанные пределы, то тер етс возможность определени истинных раст гивающих напр жений в корочке слитка при больших скорост х выт гивани , что вызывает по вление трещин в слитке и прорывы корочки; кроме того, неправильный выбор констант приводит к занижению скорости выт гивани , что снижает выход годного при литье за счет перемерзани металлопровода прежде полного опорожнени ковша.

Величина . на выходе из кристаллизатора может быть найдена по показани м термопар в стенке кристаллизатора . Средний тепловой поток в кристаллизаторе q р рассчитьшают умножением расхода охлаждающей воды на ее теплоемкость и на ее нагрев

R кристаллизаторе н делением результата на суммарную площадь рабочих стенок. Типичные значени плотностей тепловых потоков при литье сталей: MBт/м q, MBт/м q 0,5 МВт/м. Закон изменени плотности теплового потока вдоль оси X (х) естественно прин ть в форме кривой нормального распределени

Ч()4л,ич 4махс-4/«ич 1 (12)

где k - мера точности распределени .

Тогда при

макс

при Х- 00

(выход из кристаллизатора) функци q(x) монотонно убьшающа . Интегриру по X от О до L (половина длины кристаллизатора) величину q, получаем дл наблюдающихс больших мер точности

К 0,541 -a -s - iajjiHH, .. (13) Р

ЧС.Р Ч мин -1

При литье сталей k 12-18 м . Рассчитанную величину k подставл ют в уравнение и дл любого X в интервале О X L наход т q (х) .

Толидана корочки слитка пр моугольного сечени с учетом теплоотдачи от жидкой фазы слитка к его корочке определ етс решением уравнени теплового баланса корочек. Переход от граничного услови второго рода в виде уравнени (12) к граничным уело- ВИЯМ третьего рода производитс по соотношению

В

а А

1300 Д

. (14)

где А - половина сечени слитка.

Величина uiy коэффициент теплоотдачи от жидкой фазы к корочке, мен етс на длине кристаллизатора линейно от величины q ддокс/А tneb ° 5000 Вт/м К, где ,- перегрев расплава в металлоприемнике над температурой ликвидус.

Решение дл толщины корочки h(x) имеет локальный минимум на рассто - НИИ примерно 1/3 полудлины кристаллизатора , при этом остаточна толщина корочки составл ет около 60% от толщины перед началом размывани корочки или около 30% от толщины корочки на выходе из кристаллизатора

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что эффективньй коэффициент трени |1( корочки слитка о стенки кристаллизатора уменьшаетс в направлении от центра кристаллизатора к выходу из него вследствие растущей усадки слитка. Дл лить в кристаллизатор без смазки

1 (15)

со смазкой на основе дисульфида молибдена

X

|U 0.5/1 --- (16)

5

0

5

0 5

0

5

-

Напр жени в корочке рассчитывают с учетом ферростатического давлени расплава высотой Н+2А по уравнению

,81 X р(Н+2 A)|U/h, Па. (17)

В сечении корочки, соответствую- щем локальному минимому h, напр жение в два раза выше, чем на выходе из кристаллизатора.

В начале процесса лить скорость разливки увеличиваетс от нул до рабочего значени (разгон выт гивани ) . В течение разгона производ т замеры и вычислени по описанной схеме и сравнивают напр жени в месте утонени корочки с предельно допустимыми . Периодичность сравнени определ етс быстродействием ЭВМ, производ щей вычислени . Если после очередного цикла вычислений напр жени ниже предельно допустимых, увеличивают скорость выт гивани на величину , равную произведению времени цикла вычислений на темп разгона (ускорение выт гивани ), в противном случае разгон прекращают.

В процессе лить скорость выт гивани на данном ручье может быть увеличена с целью поддержани у центра кристаллизатора зоны нач ального формировани слитков, сместившейс в сторону другого ручь о В этом случае описанна процедура.замеров и вычислений реализуетс дл ускор емого слитка (второй слиток выт гиваетс при этом с замедленной скоростью ) , так как у него корка тоньше и веро тность по влени трещины выше . Если превышаетс допустимый уровень напр жений, дисбаланс скоростей снижают. Во второй половине разливки увеличивают скорость выт гивани вследствие поступлени в кристаллизатор более холодных порций расплава

из ковша, в котором происходит остывание металла. При этом возникает необходимость контрол напр жений, который реализуетс указанным способом . Если в очередном цикле вычислений превышаетс допустимый уровень напр жений, скорость выт гивани снижают до значени , соответствовавшего последнему сравнению напр жений, ког да не был превьш1ен допускаемый уровень . Как бьто указано, контроль напр жений в корочке по результатам расчета ее толщины ведут дл того из двух слитков, у которого скорость выт гивани выше. Если дл него соблюдено условие действи неразрушающих напр жений, то оно будет соблюдено и дл слитка, выт гиваемого в противоположную сторону с меньшей скоростью, 1

Пример. На МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним выт гиванием разливают сталь 35 в слитки сечением 50x5000 мм из ковша емкостью 5 т через металлоприемник емкостью 500 кг. В начале разливки перегрев стали над температурой ликвидус в Металлоприемнике 50 С, его снижают со скоростью 3°С/мин после первой минуты разливки, в течение которой он увеличилс на 10°С. Технологи выт гивани предусматривает разгон выт гивани 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, представл ющие собой два подпружиненных Копелевых штырька, упирающиес в глухие торцы сверлений в стенке кристаллизатора на разных рассто ни х от рабочей поверхности стенки. Место контакта штырек-стенка вл етс тер- мопарой, термоЭДС которой пропорциональна температуре в точке контакта Две термопары одного датчика включен последовательно одноименными полюсами навстречу друг другу, так что выходной сигнал датчика пропорционален разности температур в точках замера на разных рассто ни х от рабочей поверхности стенки. Плотность теплового потока определ ют по урав- нению

q

м о7оТ

. 380, Вт/м К,

5

5 0

где 380 - теплопроводность бронзовой стенки в интервале темпе- .ратур ЗОО-АОО С, Вт/м К; 0,01 - рассто ние между точками

замера, м.

Среднюю плотность теплового потока рассчитывают по уравнению

G.4,18 -10 о / -2(0 5То:05ГТ:5

где At- нагрев воды в кристаллизаторе ,С;

G - расход воды в кристаллизаторе , кг/с, .

Величина At увеличиваетс с ростом скорости выт гивани и дл скорости 3 м/мин достигает 25 С. По результа- . там расчета ,9 МВт/м .

Датчики теплового потока расположены в днище кристаллизатора так, как показано на фиг.1.

Вдоль центральной оси днища, совпадающей с осью выт гивани , расположены датчики А,1,2,10 и 13, причем датчик А - в точке пересечени оси металлопровода с днищем (геометри- ческий центр днища), датчики 1 и

2- по обе стороны от датчика А на рассто ни х 15 мм от него; датчики 10 и 13 - на выходах из кристаллизатора , причем датчики 1 и 10 - по одну сторону выт гивани . Вдоль средней линии кристаллизатора, перпендикул рной оси выт гивани , по обе стороны от датчика А на рассто ни х по 15 мм от него расположены датчики

3и 4. Датчики 5-8 расположены в вершинах квадрата, серединами сторон которого вл ютс точки расположени датчиков 1-4, датчики 5-8 не используютс дл управлени , они применены в исследовательских цел х. Датчики 12, 14 и 9, 11 расположены в углах днища, причем датчики 12-14 и 9-1t наход тс на параллельных лини х, перпендикул рных оси выт гивани .

По величинам q,-q , (или ,) вычисл ют усреднением. Величины q увеличиваютс с увеличением скорости выт гивани и при разгоне до 3 м/мин достигают значений: q 2;

q, q) мвт/м Расчеты

ведут по уравнени м (11)-(13). Получают qд,aкc МВт/м, ,5 q(x)0,5+5, МВт/м.

Из расчетов используют ЭВМ СМ 1634, информаци в которую поступает через коммутатор при периодичности

опроса 5 с. Расчет показывает, что при разгоне до 3 м/мин толщина корочки мен етс по длине кристаллизатора следующим образом: на рассто нии мм от центра кристаллизатора достигает 8 мм, далее размывающее действие жидкой фазы про вл етс в том, что при мм толщина корочки уменьшаетс до 5 мм и далее моно- тонно увеличиваетс на выходе из кристаллизатора, достига 15 мм.

Высота уровн расплава в металло- приемнике 700 мм над уровнем верхней грани слитка, йа уровне нижней грани 800 м. Напр жени в корочке при Х 250 мм достигают 2,4 МПа, Предел прочности углеродистых сталей на разрыв при температуре затвердевани 2 МПа. Поэтому скорость выт гивани снижают до 2, 6 м/мин, при которой по расчетам величина раст гиваницих напр жений составл ет 1,9 МПа, т.е. в допустимых пределах,

В тот момент, когда скорость вы- т гивани одного из слитков достигает 3 м/мин, скорость другого составл ет 2,5 м/мин: дисбаланс в 0,5 м/мин создан на смещение к центру отклонившейс от него зоны начального форми- ровани слитков. .

К концу разливки, когда размывающее действие жидкой фазы снижаетс вследствие остывани металла в ковше , скорость лить увеличивают до 3,5 м/мин при напр жени х 1,9 МПа, т.е. в допустимых пределах.

Применение способа автоматического управлени процессом непрерывного лить сл бов на машине непре- рьшного лить заготовок горизонтального типа с двусторонним выт гиванием обеспечивает снижение цоражен- ности слитков поперечны трещинами в два раза и устран ет прорывы за кристаллизатором, наблюдающиес в 50% разливок, если не контролировать напр жени в корочке слитка.

Способ обеспечивает надежное литье сл бов полосового сечени (толщиной 40-60 мм и шириной 500-800 мм) что позвол ет отказатьс от черновой гор чей прокатки сл бов и перейти на холодную прокатку тонкой полосы, создава большую экономию фондов, энергетических и трудовых-ресурсов.

Claims

Формула изобретени Способ автоматического управлени процессом непрерывного лить сл бов

5

ю

5 20

25 30

на машине непрерывного лить заготовок горизонтального типа с двусторонним выт гиванием, включающий измерение температур в стенке кристаллизатора по его длине вблизи рабочей поверхности, вычисление толщины корочки слитка в кристаллизаторе, регулирование скорости выт гивани в зависимости от результатов расчета, отличающийс тем, что, с целью повьипени качества слитка и увеличени выхода годного металла, определ ют раст гивающие напр жени в корочке слитка на длине кристаллизатора с учетом высоты столба расплава , рассчитывают средний тепловой поток в кристаллизаторе q. , измер ют температуру стенки кристаллизатора в точках, расположенных параллельными р дами вдоль оси выт гивани , измер ют плотность теплового потока q в днище кристаллизатора в точке пересечени оси металлопровода с днищем , вычисл ют плотности тепловых потоков q., q, q , q в днище в точках , расположенных симметрично относительно точки замера вдоль оси выт гивани и перпендикул рно ей, вычисл ют максимальную плотность теплового потока от слитков к днищу кристаллизатора по уравнению

35

,(q,4-q,) + + C.Cq.),

где С(, С,2 константы, характеризующие растекание тепла по длине и ширине кристаллизатора,

определ ют по величинам Icp .1/«йн l мим вычисл ют аналогич7 , но Ч/viavP закон изменени плот . нрстй теплового потока q(x) по длине кристаллизатора, определ ют напр жени в том сечении корочки, которое соответствует локальному минимуму ее толщины, и регулируют скорость выт гивани по результатам сравнени расчетных напр жений с максимально допустимыми , при этом при превьш1ении расчетными значени ми допустимого по технологии уровн напр жени снижают скорость выт гивани , при расчетных напр жени х ниже допустимого уровн увеличивают скорость выт гивани , причем расчет толщины корочки и напр жений в ней ведут дл наибольшей из двух скоростей выт гивани слитков.