Способ управления тепловым состоянием слитка в машине непрерывного литья заготовок

Способ управления тепловым состоянием слитка в машине непрерывного литья заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Р ОПУБЛИК (51)л В 22 О 11/22

ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

Е OMCTBO СССР (ОСПАТЕНТ СССР) .а ()ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ ( ( (, (и т

Г с т ск

1) 4937615/02

2) 25.03.91

6) 23.08.93. Бюл. М 31

1) Вологодский политехнический институт

Череповецкий металлургический комбиат

2) А.Н.Шичков, Л.Г.Быстров, Н.Г,Баширов,,В.Клочай, С.Б.Ябко, Ю.И.Иванов

И.А. Стефанов.

3) Череповецкий металлургический комбиТ

6) Заявка Японии N. 58-35055, . В 22 0 11/16, 1983.

4) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ

ОСТОЯНИЕМ СЛИТКА В МАШИНЕ НЕРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

7) Изобретение относится к металлургии, чнее, к непрерывной разливке металлов. ель изобретения .— снижение процесса ещинообразования Слитка и путем это, повышение качества металла и металлооката. Способ управления тепловым стоянием слитка включает определение мпературы эатвердевания Т1, контроль орости разливки Ч, определение охлаждаИзобретение относится к металлургии, т чнее, к непрерывной разливке металлов. !

Целью изобретения является устранен е указанных недостатков, снижение теми ратурных напряжений в оболочке слитка и, путем этого, уменьшение процесса тренообразования и улучшение качества мет лла, а также оптимального использования в ды.

Поставленная цель достигается тем, что в пособе управления тепловым состоянием с итка в машине непрерывного литья заго5U 1836183 А3 ющей способности кристаллизатора и каждого 1-го участка зоны вторичного охлажде.ния, контроль температуры слитка в зоне .разгиба путем измерения температуры металла за зоной вторичного охлаждения Т, определение перепада температур Л T=T> и

Tz и регулируемую подачу охлаждающей жидкости на поверхность металла в зоне вторичного охлаждения. Новым в способе является то, что дополнительно определяют постоянную С машины, равную произведению эффективной длины кристаллиэатора Нкр, на его охлаждающую способность К1, и при изменении скорости разливки поддерживают постоянный для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения интенсивности охлаждения Кэ и/или Hz участков зоны вторичного охлаждения таким обра- з и зом, чтобы, К21 Hgl ЛТ V C, где n— (=1 число участков эоны вторичного охлаждения. 1 э.п. ф-лы, 6 ил. (л) товок, включающем определение температуры затвердевания металла Т1, контроль скорости разливки V, определение охлажда- Q0 ющей способности каждого i-ro участка зо- Q ны вторичного охлаждения, контроль температуры металла Tz эа зоной вторичного охлаждения, определение перепада температур Л Т эатвердевания металла и за зоной вторичного охлаждения, регулируемую подачу охлаждающей жидкости на поверхность металла в зоне вторичного охлаждения, дополнительно определя ют ох1836183

ЛТЧ вЂ” С

К2 =

Нззо

ЛТЧ вЂ” С

K2 =

Нзво

55 лаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, К1, и, при изменении скорости разливки, поддерживают постоянной для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности К2 и/или длины H2i участков зоны вторичного охлаждения таким образом, чтобы

A

K2i . H2i-Л T . V — С, i=1 где n — число участков зоны вторичного ох- 15 лаждения;

С = Нкр, К1 — постоЯннаЯ ДлЯ Данной

МНЛЗ величина, С м/с;

Кроме того, среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторично- 20

ro охлаждения определяют по соотношению где H3ao — длина всех участков зоны вторичного охлаждения, м, а охлаждающую способность каждого из участков зоны вторичного охлаждения K2i 30 поддерживают равной средней охлаждающей способности всех участков зоны вторичного охлаждения К2.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявля- 35 емый способ отличается от известного тем, что определяют охлаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок К1, и при изменении скорости разливки, поддерживают постоянной 40 для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности K2i и/или длины

H2i участков зоны вторичного охлаждения таким образом, чтобы 45 л

K2i H2i=ЛТ Ч С, i =1

Кроме того, среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторичного охлаждения определяют по соотношению а охлаждающую способность каждого иэ участков зоны вторичного охлаждения K2i поддерживают равной средней охлаждающей способности всех участков зоны вторичного охлаждения К2.

На фиг.1 — расчетная модель теплотехнологии разливки на машине непрерывного литья заготовок; на фиг.2 — зависимость интегральной интенсивности теплосьема в кристаллиэаторе от расхода воды; на фиг.3 — зависимость теплового потока в кристаллизаторе от расхода шлакообраэующей смеси; на фиг.4 — зависимость теплового потока в кристаллиэаторе от частоты качания; на фиг.5 — зависимость теплового потока в кристаллиэаторе от перегрева стали, находящейся в промковше и конусности торцовых стенок; на фиг.6 — зависимость теплового потока в кристаллизаторе от уровня меникса.

Распределение температуры на поверх.йости слитка в машине непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе, зоне вторичного охлаждения, непосредственно за зоной вторичного охлаждения и эа точкой перегиба можно, с достаточной для инженерной практики, точностью аппроксимироaàTü линейными функциями с угловыми коэффициентами соответственно К1, К2, Кз, К4 (С/с). Перегиб интенсивности изменения температуры поверхности слитка обьясняется завершением затвердевания жидкой фазы (фиг.1). На основании вышеизложенного:

К2 H3so (Т1 Т2) / КЗ (КЗ Нзво Нкр)

K1 Нкр где Нззо — длина всех участков зоны вторичного охлаждения при данной скорости разливки, м;

Т1 — температура эатве рдевания данной марки стали, С;

Т2 — температура поверхности за зоной вторичного охлаждения, С;

Нкз — координата конца полного затвердевания металла„м;

V — скорость разливки, м/с;

Нкр — эффективная длина кристаллизатора, м;

Так как охлаждающая способность машины после вторичного охлаждения до полного затвердевания К3=0,03 С/с, то изменением температуры на данном участке можно пренебречь и тогда формула (1) принимает вид:

Нзво К2 = Л Т V — Нк К1, (2) где Ь Т вЂ” перепад температур эатвердевания и за зоной вторичного охлаждения, С, Наши исследования показали, что интегральная интенсивность теплосъема в

1836183 кристаллизаторе мало зависит от технологических параметров разливки. Так при отклонении расхода воды на кристаллизатор на 4д% от номинального, интегральный тепловой поток изменяется на 0,7% (фиг.2). На

5 — 7% изменяется тепловой поток при возрастании или уменьшении расхода шлакообраэующей смеси на 30% (от 0,65 кг/т до

1,2 кг/т металла) (фиг,3). При увеличении частоты качания кристаллизатора с 20 до

100 качаний в минуту, тепловой поток возрастает на 3% (фиг,4). Перегрев стали в и ромковше окаэЫвает влияние íà интенсивность теплосъема в кристаллизаторе до скорости .0,9 мlмин. При скорости разливки

0,6 м/мин увеличение перегрева от 10К до

ЗОК дает увеличение теплосъема на 10, а при скорости разливки 0,8 м/мин увеличение составляет 3%.

Конусность торцевых стенок также влияет незначительно. При скорости разливки

0,5-0,6 м/мин увеличение конусности-от

0 68 до 1,36% приводит к возрастанию теплового потока в медных торцевых стенках на 25%, а при скорости разливки 0,9 м/мин тепловой поток в них увеличивается только на 9%. Т.е. интегральный тепловой поток в кристаллизаторе увеличивается не более, чем на 5;(, При увеличении скорости разливки с 0,6 м/мин до 1,2 м/мин интенсивность теплосъема возрастает на 12 (фиг.5). Колебание уровня металла в кристаллиэаторе на 60 мм приводит к изменению интегрального теплосъема на 2% (фиг,б). Это объясняется тем, что основной теплосъем осуществляется на длине 0,8 м.

Т.е. интегральный теплосъем в кристаллизаторе определяется его длиной. С увеличением его высоты от 0,8 м и более величина теплосъема падает. Так в кристаллизаторе

Нкр - 0,9 м интенсивность изменения температуры поверхности слитка равна К1=6

С/с, а при Н<р «1,2 м — К1 = 3,7 ОС/с.

Приведенные выше результаты исследований убедительно показывают, что управлять интенсивностью теплосъема в кристаллиэаторе практически невозможно.

Таким образом, для данного кристаллизатора величина К1 Нкр = С вЂ” const и согласно (2) для того, чтобы температура в зоне разгиба слитка оставалась постоянной при изменении скорости разливки, необходимо изме-, нение охлаждающей способности зоны вторичного охлаждения.

Нами установлено, что проектная мощность зоны вторичного охлаждения аналогичных машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа с радиусом кривизны радиального участка 10 м и толщиной отливаемого слитка 250 мм равны, Так, при скорости Н=0,0167 м/с произведение расхода воды на длину зоны вторичного охлаждения составляет; для 8-й МНЛЗ ЧерМК: 22 м 16,67 л/с =

=3,67.10 л.м/с; для 10-й МНЛЗ ЧерМК: 30,4 м -13,3 л/с =

=4,04.10 л м/с; для машины фирмы "Фест Альпине":

14,5 м 266,6 л/с = 3,87 л.м/с.

Таким образом. имеет место единая для данного типа машин характеристика мощности вторичного охлаждения для всего диапазона технологических скоростей разливки;

Gb Нзво=20 10 Н+ 3.10 (л м/c) (3) К2= а 6 -р, (4) где 3- постоянная величина, зависит от числа включенных участков

Для 0,01 « V < 0,0133 и Hugo - 12,86 м, ф =5,1 С/с;

В основе управления теплотехнологией

20 разливки на МНЛЗ лежит принцип изменения охлаждающей способности каждого участка, а также, изменение числа участков, участвующих во вторичном охлаждении, в зависимости от скорости разливки.

25 Анализ изменения температуры поверхности в зоне вторичного охлаждения показывает, что охлаждение металла может быть реализовано различными способами. Например, если в зоне вторичного охлажде30 ния, состоящей иэ двух участков (фиг,l), на первом охлаждающая способность — К z, а на втором — К"z, то при переходе с первого участка на второй возникают дополнительные температурные напряжения в оболочке

35 слитка, что приводит к увеличению процесса трещинообразования и, как следствие, ухудшению качества металла. Если охлаждающая способность первого и второго участков равна средней охлаждающей

40 способности всех участков зоны вторичного охлаждения, то есть К г=К"z =Kz. то обеспечивается минимальная величина термических напряжений в оболочке слитка и система вторичного охлаждения данной ма45 шины настроена верно, Промышленные испытания на ряде

МНЛЗ ЧерМК и машине фирмы "Фест Альпине" показал, что зависимость средней охлаждающей способности всех участков

50 зоны вторичного охлаждения Kz от расхода . . подаваемой воды линейна. Так, для десятой

МНЛЗ ЧерМК она имеет вид:

1836183

Для 0,0133 Ч < 0,0167 и Нзво - 24,2 м, P-10,В С/с, а = 34,7 С/л.

Предлагаемый способ управЛения тепловым состоянием слитка реализует- 5 ся следующим образом. На машинах непрерывного литья заготовок идет разливка при скорости V1. Известная охлаждающая способность каждого участка зоны вторичного охлаждения К2ь Контроль температуры 10 слитка в зоне разгиба определяют путем измерения температуры поверхности за зоной вторичного охлаждения Т2, например, оптическим пирометром. Температуру затвердевания Т1 определяют как полусумму 15 температур ликвидуса и солидуса для данной марки стали. В. процессе разливки определяют перепад температур Ь Т= Т1-Т2, рассчитывают среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторичного ох- 20 лаждения К2 соответствующую температуре за зоной вторичного охлаждения T2:

К2-(ЬТ V С)/Нзвo. (5)

Далее, согласно (4) определяют требуемый суммарный расход в зоне вторичного охлаждения.

Скорость разливки увеличилась до V2. 8 этом случае определяют длину зоны вторич- 30 ного охлаждения, соответствующую данной скорости. разливки Ч2, интегральную охлаждающую способность К2 согласно. (5) и требуемый суммарный расход. При этом, длина и охлаждающая способность отдельных уча- 35 стков равны: дпя 1-m- Н 2 и К 2,для 2-Го — Н "2 и К"2. для 3-го -Н2 " и К ", для 4-го — Н2(4) и К (4)

Ha:òåx участках, где охлаждающая способность отличается от средней, согласно (4) 40 корректируют, т,е. определяют Kz для выше названных участков и определяют соответствующие им отклонения расходов соответствующих участков.

6» Ф

h K 2 К2-К 2, Ь К2-К2-K2", К2(з)К2К (з) Д К2(4)К К «)

А61- Ь К 2/аЬ Ь = ЬК"2 /а { S К2(э)/а, Л64 Л К2(4)/

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает снижение температур- 55 ных напряжений в оболочке слитка и, путем

t этого, уменьшение трещинообразования и улучшение качества металла, а также оптимального использования воды.

Формула изобретения

1, Способ управления тепловым состоянием слитка в машине непрерывного литья заготовок, включающий определение температуры затвердевания металла Т1, контроль скорости разливки Ч, определение охлаждающей способности каждого i-го участка зоны вторичного охлаждения. контроль температуры слитка в зоне разгиба путем измерения температуры металла Т2 за зоной вторичного охлаждения, регулируемую подачу охлаждающей жидкости на поверхность металла в зоне вторичного охлаждения, отличающийся тем, что, с целью снижения температурных напряжений в оболочке слитка и путем этого уменьшения процесса трещинообразования и улучшения качества металла, а также оптимального использования воды, определяют перепад температур ЛТ затвердевания металла и за зоной вторичного охлаждения, определяют

Интегральную охлаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок К1 и при изменении скорости разливки поддерживают постоянной для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности К2 и/или длины

H2i участков эоны вторичного охлаждения таким образом, чтобы

n ° - - I

K2t H2i= AT V- Kt Нкр. град м/с, I =1 где n — число участков зоны вторичного охлаждения, i Нкр- технологическая длина кристаллиза1ора, м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднюю охлаждающую способHocTb всех участков зоны вторичного охлаждения определяют по соотношению

К2= (AT V-K> Нкр)/Нзво гРад/с где Нзво — длина всех участков зоны вторичного охлаждения, м.. а охлаждающую способность каждого иэ участков зоны вторичного охлаждения K2i поддерживают равной средней охлаждающей способности всех участков зоны вторичного охлаждения К2.

1836183

Фиг.

3,2

065

1836183

; Я,g5 ,У

М 40 60 И них

trit 4

НВг

-3,2.30

Составитель Л. Быстров

Техред М.Моргентал

Редактор Е, Полионова

Корректор С. Патрушева

Заказ 2996 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101