SU1620207A1 - Устройство дл измерени уровн металла в кристаллизаторе - Google Patents

Description

(21)4678874/31-02

(22)18.04.89

(46) 15.01.91. Бюл. № 2

(71)Вологодский политехнический институт

(72)С.В.Сорокин, Ю.А.Кал гин, А.Н.Мичков и Н.И.Шестаков

(53)669.18.147(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР Р 520177, к . В 22 D П/16, 1975.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ

(57)Иэобретение относитс  к металлургии , а именно к непрерывной разливке металлов. Цель изобретени  - повышение точности и надежности измерени  уровн  металла в кристаллизаторе . В процессе разливки сигналы (С) от термодатчиков, установленных на входе и выходе вертикального выполненного в стенке кристаллизатора, канала с измерительной средой, поступают на входы блока сравнени . На выходе блока формируетс  С разности температур, который поступает на вход блока перемножени , где перемножаетс  с С датчика расхода измерительной среды. Далее С поступает на вход блока делени . Одновременно С с выхода датчика скорости выт гивани  слитка поступает на вход алгебраического сумматора (АС), где складываетс  с С, поступающим на второй вход АС от датчика посто нного сигнала. С выхода АС С поступает на второй вход блока делени , с выхода которого С поступает на вход измерительного преобразовател , где формируетс  сигнал, пропорциональный уровню металла в кристаллизаторе . Этот сигнал поступает на вход регистрирующего прибора. 1 ил.

СЯ

Изобретение относитс  к металлургии , а именно к непрерывной разливке металлов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и надежности измерени .

На чертеже показана схема предлагаемого устройства дл  измерени  уровн  металла в кристаллизаторе.

Устройство содержит термодатчики 1 и 2, установленные на входе и выходе вертикального, выполненного в стенке кристаллизатора канала 3 с измерительной средой 4, блок 5 сравнени , блок 6 перемножени , датчик 7 расхода измерительной среды, блок 8

делени , датчик 9 скорости выт гивани  слитка, алгебраический сумматор 10, задатчик 11 посто нного сигнала, измерительный преобразователь 12, регистрирующий прибор 13, причем выходы термодатчиков 1 и 2 соединены с входами блока 5 сравнени , выход которого соединен с входом блока 6 перемножени , второй вход которого соединен с выходом датчика 7 расхода измерительной среды, а выход - с входом блока 5 делени , выход датчика 9 скорости выт гивани  слитка соединен с входом алгебраического матора 10, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 посто нного сигнала, а шлход с входом измерительного преобразовател  12, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора 13.

В качестве термодатчиков могут быть использованы термометры сопротивлени , в качестве датчика расхода измерительной среды - расходомер ди- афрагменный, в качестве блоков сравнени , делени , перемножени , алгебраического сумматора, измерительного преобразовател  - серийные приборы такого же функционального назначени  из приборного комплекса АКЗСР, в качестве регистрирующего прибора - прибор КСП.

Как показали экспериментальные исследовани  с помощью 80 медькопе- левых термопар, установленных на глубину 10 и 20 мм от рабочей поверхности в стенках кристаллизатора по все его площади, с увеличением скорости выт гивани  слитка тепловой поток от слитка к рабочим стенкам линейно возрастает.

При разливке стали 2СП в слитке сечением 250x1290 мм увеличение скорости выт гивани  с 0,3 доО,9м/мин вызывает возрастание интегрального теплового потока в кристаллизаторе с 2,6 до 3,4 МВт, т.е. на 30%. Это происходит в результате того, что при увеличении скорости выт гивани  толщина оболочки слитка уменьшаетс . Оболочка меньшей толщины лучше контактирует со стенками кристаллизатора , поэтому услови  передачи тепла от слитка к кристаллизатору улучшаютс . Кроме того, в этом случае уменьшаетс  термическое сопротивление на участке расплав - поверхность слитка.

При номинальном уровне Нн металла вли ние скорости W выт гивани  слитка на тепловой поток О в кристаллизаторе описываетс  зависимостью

Q К , + K2-W

(1)

где К, К - коэффициенты, завис щие от конструктивных параметров кристаллизатора .

В частности, дл  кристаллизатора сечением 1290x250 мм дл  различных марок стали К, 2,4-2,5 МВт, К 0,95-1,05 MJVr/м/мин. Дл  других кристаллизаторов они определ ютс  путем статистической обработки экспериментальных данных зависимости теплового потока в кристаллизаторе от скорости выт гивани  слитка.

Средн   плотность теплового потока в кристаллизаторе равна

0

5

0

5

0

5

0

5

0

q

о р . н

н

(2)

где Р - периметр кристаллизатора.

Тепло, воспринимаемое измерительной средой в вертикальном канале, пропорционально плотности теплового потока от слитка к рабочим стенкам и уровню Н металла в кристаллизаторе , отсчитываемому от нижнего торца канала

Пс кэ-п-н ,

где К - коэффициент пропорциональности , завис щий от конструкции измерительного канала .

В частности, если канал имеет диаметр 10 и длину 300 мм и расположен на глубине 10 мм от рабочей поверхности стенки так, что верхний конец канала находитс  выше мениска металла на 50 мм, то К} 7,34- 10 . Минимальное значение К- 3,5 х х 10 будет, если диаметр измерительного канала равен 5 мм. Дальнейшее уменьшение диаметра канала ведет к значительному снижению чувствительности измерительного канала и потому нецелесообразно. Увеличение диаметра измерительного канала свыше 10 мм также приводит к снижению чувствительности канала за счет возрастани  вли ни  охлаждающих каналов кристаллизатора , между которыми расположен измерительный канал. Таким образом, поставленна  цель достигаетс  при диаметре измерительного канала 5-10 мм. Длина канала равна 300 мм и выбрана из следующих соображений. Меньша  длина не позволит охватить весь диапазон технологических изменений уровн  металла, увеличение длины более 350 мм ведет к снижению чувствительности канала, так как больша  его часть будет находитьс  ниже мениска и не будет реагировать на изменение уровн  металла. В этих услови х минимальное значение коэффициента К з 3,540 м , а максимальное Kj

7, м-1.

С учетом (1) и (К,

5 (2)

с

KJ Р Н

получим

(

Н

K2-W). Н

Тепловой поток, воспринимаемый измерительной средой, равен

О,

де- С

с

Vpc-Rc

fs

AT,

с )

(4)

ТС

С

т

удельна  теплоемкость, плотность, расход и нагрев среды в измерительном канале. Из данных (3) и (4) получим

КGo-AT с

К

+ K2.W

(5)

где К ; коэффициент

К2

пропорциональности, завис щий от конструктивных параметров кристаллизатора, измерительного канала и теплофизических параметров измерительной среды. Устройство работает следующим образом .

Сигнал от термодатчиков 1 и 2, установленных на входе и выходе вертикального , выполненного в стенке кри- ,сталлизатора канала 3 с измерительной средой 4 поступает на входы блока 5 сравнени . На выходе, этого блока формируетс  сигнал разности температур на входе и выходе измерительного канала. Этот сигнал поступает на вход блока 6 перемножени , где перемножаетс  с сигналом, поступающим с выхода датчика 7 расхода измерительной среды . С выхода блока перемножени  сигнал поступает на вход блока 8 делени . Сигнал с выхода датчика 9 скорости выт гивани  слитка поступает с коэффициентом передачи, численно равным коэффициенту К2, на вход алгебраического сумматора 10, где складываетс  с сигналом, поступающим на второй вход алгебраического сумматора от задатчика 11 посто нного сигнала с коэффициентом передачи, численно равным коэффициенту К. С выхода алгебраического сумматора сигнал, равный К , + Ка- W поступает на второй вход блока 8 делени , с выхода кото1620207

рого сигнал, равный ;;----|--.-т-, постук + К 2-

пает на вход измерительного преобразовател  12. Измерительный преобразователь реализует функцию

к

и

ех

+ U

)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где II

ewX

и

х

и,

к значение выходного сигнала;

значение входного сигнала;

посто нное смещение, пропорциональное уровню расположени  нижнего торца измерительного канала; коэффициент пропорциональности , завис щий от конструктивных параметров кристаллизатора, измерительного канала и теплофизических свойств измерительной сферы. На выходе измерительного преобразовател  формируетс  сигнал, пропорциональный значению уровн  металла в кристаллизаторе. Этот сигнал поступает на входы регистрирующего прибора 13.

Пример. На машине непрерывного лить  заготовок разливают сталь марки 2 СП в мерный кристаллизатор длиной 1200 мм в слитки сечением 0,25 х 1,290 м2со скоростью 0,6 м/мин. R стенке кристаллизатора на глубине 10 мм от рабочей поверхности сделан вертикальный канал диаметром 10 и длиной 300 мм, причем верхний конец канала находитс  выше мениска металла на 50 мм. Через канал прокачиваетс  вода, расход которой замер етс  датчиком и равен 4x10 м3/с. Температура воды на входе равна 25°С, а на выходе из канала -35 С.

Сигнал, пропорциональный температуре 35°С от датчика 1, поступает на вход блока 5, на второй его вход поступает сигнал, пропорциональный температуре 25°С от датчика 2. На выходе блока 5 сравнени  формируетс  сигнал, пропорциональный разности температур 35-25 10°С, который поступает на вход блока 6 перемножени , где перемножаетс  с сигналом, поступающим на его второй вход с выхода датчика 7 расхода воды в канале , пропорциональным расходу 4 х

х 10 . С выхода блока 6 перемножени  сигнал, пропорциональный

произведению G,

Лтс

-з

поступает на вход блока 8 делени . Сигнал , пропорциональный скорости выт гивани  слитка 0,6 м/мин с выхода датчика 9, поступает с коэффициентом передачи равным К 1 на вход алгебраического сумматора 10, на второй его вход поступает с коэффициентом передачи равным Kj 2,45, сигнал, пропорциональный 1 МВт от задатчика 11 посто нного сигнала. С выхода алгебраического сумматора 10 сигнал, пропорциональный К + + K«.W. 3,05, поступает на второй вход блока 8 делени , на выходе котрого формируетс  сигнал, пропорцио

0С-ЛТ

К

K2.W

1,ЗЫО , который поступает на вход измерительного преобразовател  12,где умножаетс  на коэффициент, равный

к C-dkE-LlLn

К. .

Сс 4160 дж/кг,рс 1000 кг/к , 30

Р 3,08 м, 7,3440

Нн 1,1 м, К3

1 м , поэтому .

35

Полученное значение Н 0,25 м в змерительном преобразователе 13 увеичиваетс  на значение высоты расоложени  нижнего торца канала (0,35 м).

Сигнал, пропорциональный значению уровн  металла в кристаллизаторе Н 1,1 м, поступает на регистрирую- Q щий прибор 13 типа КСП-4.

Снижение уровн  металла привело к уменьшению площади контакта метала с рабочей стенкой в зоне расположени  вертикального измерительного щ канала. В результате тепловой поток, поступающий к измерительной среде (воде) уменьшилс , следовательно, нагрев воды снизилс . Температура воды на выходе из канала стала равной 30°С. Соответственно сигнал на выходе блока 5 сравнени  уменьшилс  и стал пропорционален 30-25 5 С. Этот сигнал поступил на вход блока 6 перемножени , где перемножилс  с неизменным сигналом датчика расхода и стал пропорционален произведению г Л . Этот сигнал поступил на вход блока 8 делени , где поделил50

55

с  на неизменившийс  сигнал с алгебраического сумматора 10 и стал проОс 4Тс

,-Ъ

порционален 0, ч Ч2

Этот сигнал поступил на вход измерительного преобразовател  12, где умножилс  на коэффициент К 192, полученное значение в этом преобразователе увеличилось на значение высоты расположени  нижнего торца канала (0,35 м). Сигнал на выходе измерительного преобразовател  12 уменьшилс  и

стал пропорционален новому значению уровн  Н 0,975 м. Этот сигнал поступил на регистрирующий прибор 13. Преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  повышение точности и

надежности измерени  уровн  металла путем устранени  вли ни  изменений условий теплообмена между слитком и рабочей стенкой кристаллизатора в зоне расположени  канала с измерительной средой, завис щих от скорости выт гивани  слитка. Таким обра0

5

Q

0

5

зом, применение устройства позвол ет повысить точность измерени  и регулировани  уровн  металла в кристаллизаторе , а, следовательно, повысить качество отливаемого слитка и производительность разливки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  уровн  металла в кристаллизаторе, содержащее термодатчики, установленные на входе и выходе вертикального} выполненного в стенке кристаллизатора канала с измерительной средой, блок сравнени , измерительный преобразователь , датчик расхода измерительной среды, блок перемножени , регистрирующий прибор, причем входы блока сравнени  соединены с выходами термодатчиков, а выход - с входом , блока перемножени , второй вход которого соединен с выходом датчика расхода измерительной среды, выход измерительного преобразовател  соединен с входом регистрирующего прибора , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности измерени , дополнительно введены датчик скорости выт гивани  слитка, датчик посто нного сигнала , алгебраический сумматор, блок делени , причем первый вход алгебраического сумматора соединен с выходом датчика скорости выт гивани  слитка, второй вход - с выходом датчика посто нного сигнала, а выход - с первым входом блока делени , второй вход которого соединен с выходом блока перемножени , а выход - с входом измерительного преобразовател .