Способ автоматического управления режимом работы кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК B22D11/16 

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов.

Целью изобретения является повы- гаение качества слитка.

На чертеже приведена функциональная . схема устройства, предназначенного для управления режимом работы кристаллизатора.

Устройство содержит измеритель 1 температуры стенки 2 кристаллизатора, блок 3 сравнения, таймер 4, функциональный преобразователь 5, усилитель 6 и исполнительный механизм 7. Таймер 4, функциональный преобразователь 5, блок 3 сравнения, усилитель 6 и исполнительный механизм 7 соединены последовательно. Выход измерителя 1 температуры рабочей стенки кристаллизатора соединен с вторым входом блока 3 сравнения. В качестве измерителя 1 температуры рабочей стенки используется стандартная хро- мель-алюмелевая термопара. Функциональный преобразователь 5 представляет собой нелинейный блок, реализующий зависимость у а . где X - значение входного сигнала; у - значение выходного сигнала.

В качестве исполнительного механизма используется гидропривод, остальные блоки могут быть использованы из системы ККЭСР.

Способ управления режимом работы кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок осуществляют следующим образом.

Способ включает регулирование угла наклона рабочей стенки кристаллизатора на основе замера ее температуры и продолжительности работы кристаллизатора. Иод продолжительностью работы кристаллизатора подразумевают чистое время его работы непосредственно в процессе разливки, начиная с момента начала первой разливки после установки кристаллизатора до момента осуществления регулирования. Температуру рабочей стенки измеряют на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01 - 0,15 его высоты. Этот диапазон установлен экспериментально из условия получения наиболее достоверной информации о тепловых процессах, протекающих в зоне контакта слитка с кристаллизатором.

Как следует из таблицы, при расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, меньшем 0,150 его высоты, диапазон изменения температуры рабочей стенки при изменении угла ее наклона на 0,1 рад не превьшает 10 К. С учетом того, что погрешность замера тем- пературы составляет 1,5-2 К, то чность регулирования угла наклона рабочей стенки при установке термопар в этих зонах будет невысокая. Небольшой диапазон изменения температуры в нижней

части кристаллизатора связан с тем, что существенное влияние на результат замера оказывает вторичное охлаждение интенсивность которого от угла наклона рабочей стенки не зависит,Прирасстоянии от нижнего торца кристаллизатора, большей 0,15 его высоты, оболочка слитка под действием ферроста- тического давления достаточно плотно прижимается к рабочей стенке в широком диапазоне изменения угла ее наклона, поэтому температура стенки изменяется незначительно.

В процессе работы кристаллизатора стенка изнашивается, при этом точка

замера постепенно будет приближаться к слитку, вследствие чего оптимально- му углу наклона рабочей стенки будет соответствовать более высокое значение измеряемой температуры. Приращение температуры U.T линейно зависит от величины износа h:

&Т Kh,

(1)

где К - коэффициент, зависящий от 5 теплопроводности материала рабочей стенки и от расстояния от точки замера температуры до нижнего

торца кристаллизатора.

0

Например, при изменении температуры

медной стенки в точке, расположенной на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,08 его высоты, К 225 К/м. Для стенки, выполненной из нержавеющей стали, К 12 К/м. Экспериментально установлено, что износ увеличивается по степенной зависимости

50

п bt ,

(2)

где b, а 3 - коэффициенты, зависящие от износостойкости материала стенки

о / 1 ГЧ

b 1,1 X 10 - 2,6 X 10

0,20,8. -Например, для медной стенки Ь 1,8 X 10 ; а 0,57.

Из (1) и (2) следует, что приращение температуры также будет изменяться по степенной зависимости

AT

V Й,

aj

(3)

15

где a,j Kb.

Зависимость h bt характеризует износ рабочей стенки кристахшизатора практически при любом угле.ее накло- на. Численные значения параметров Ь и а, зависят в основном от износостойкости материала рабочей стенки. Но на них скрывают некоторое влияние .д угол наклона рабочей стенки и скорость вытягивания слитка.

В таблице представлены экспериментальные данные, показьгаающие зависимость коэффициентов Ь и а от угла наклона медной рабочей стенки кристаллизатора при средней скорости вытягивания слитка 0,8 м/мин.

Поскольку способ предусматривает поддержание угла наклона рабочей стенки на постоянном (оптимальном) уровне, то изменением Ь и а j в про- цессе управления можно пренебречь.

В процессе управления измеренную температуру следует сравнивать со значением Т, соответствующим оптимальному углу наклона рабочей стенки, т.е. угол наклона регулировать в зависимости от величины разности

ST (Т - Т ).

Текущее оптимальное значение определится выражением

TO

т„ + лт.

где Тд - начальное оптимальное значение температуры.

Из (1) - (5), поменяв обозначения, получим

ST Т - (а.

+ а

Г ).

Коэффициенты а , а, а в следующем диапазоне: а , 80-160 К;

2,8-10 - 2,3-10 Величина а.

-3

зависит от материала

рабочей стенки кристаллизатора и от

начального расстояния от точки уста новки термопары до рабочей поверхности кристаллизатора. С увеличением указанного расстояния величина а уменьшается, чем вьше теплопроводность материала рабочей стенки ,тем больше значение а, .

Коэффициент а2 зависит от теплопроводности и износостойкости материала стенки. С увеличением теплопроводности величина а возрастает, а при увеличении износостойкости - снижается.

Значение коэффициента а целиком определяется износостойкостью материала рабочей стенки кристаллизатора. При увеличении износостойкости значение а возрастает.

Информационный алгоритм разработан с учетом закона Фурье и на основе изученной экспериментальным путем закономерности износа рабочей стенки кристаллизатора во времени. Как было установлено, величина износа изменяется во времени в соответствии состе- пенной функцией h Ь , где Ь - коэффициент, зависящий от износостойкости материала стенки, Ь 1, 2,6-10 , причем большее значение соответствует материалу, обладающему большей износостойкостью.

Таким образом, информационный сигнал характеризует тепловое состояние

рабочей стенки кристаллизатора в обобщенном виде, он пропорционален тепловому потоку от слитка. В этой связи способ позволяет регулировать тепло- отвод от слитка как в номинальных ус30 ловиях, так и при наличии ромбичностн слитка и его перекосов. Последнее оказывается возможным вследствие того, что каждая стенка кристаллизатора оснащена индивидуальной системой ре35 гулирования, т.е. система симметрична относительно оси кристаллизатора (вторая, симметричная часть системы на фигуре условно не показана).

Вследствие ромбичности или перекосов к какой-либо рабочей стенке оболочка слитка или ее часть прижимаются более плотно, что вызывает увеличение измеряемой температуры. В соответствии с информационным алгоритмом выбирают вырабатывается управляющий сигнал на измерение угла наклона рабочей стенки. Причем регулирование осуществляется дифференцированно по каждой стенке.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель 1 измеряет температуру рабочей стенки кристаллизатора и точ(4)

(5)

40

а, 0,2-0,8.

50

55

ке, расположенной на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01 - 0,15 его высоты. Сигнал, соответствующий измеренной температуре, поступает в блок 3 сравнения. Сигнал,

ст

50

55

ке, расположенной на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01 - 0,15 его высоты. Сигнал, соответствующий измеренной температуре, поступает в блок 3 сравнения. Сигнал,

соответствующий продолжительности работы кристаллизатора, с таймера 4 поступает в функциональный преобразователь 5. В блоке 3 сравнения сигнал, поступивший с измерителя 1, сравнивается с сигналом, вьфабатывае- мым функциональным преобразователем 5 и поступает на вход усилителя, где усиливается до мощности, необходимой для управления исполнительным меха- низмом 7 двигателя, вращающего рабочую стенку кристаллизатора вокруг горизонтальной оси 8.

Пример ,. На машине непрерывного литья заготовок разливают сталь в слитки сечением 0,25 х 1,2 м. Температуру рабочей стенки кристаллизатора измеряют в точке, расположенной на расстоянии 0,08 м от его нижнего торца и на расстоянии 0,005 м от ра- бочей поверхности. Для данного случая а , а, 4,1 х ; а 0,57. Через 100 ч работы кристаллизатора ( 3,6 X ) измеренные значения температуры Т 129°С. Тогда 5т. 129-С120 + 4,1 х 10 (3,6х 105)° )J 2,98 С. Сигнал, пропорциональный Б Т, после усиления поступает на привод вращения рабочей стенки кристаллизатора, при этом угол наклона стенки уменьшается.

Пусть через 200 ч работы кристаллизатора ( ir 7,2 X 10 с) Т 127 С. В этом случаеSТ 1,2°С, следовательно угол наклона рабочей стенки следует увеличить.

Техническое преимущество изобретения заключается в повышении степени достоверности информации о тепловых процессах, протекающих в кристаллизаторе, что позволяет осуществить обоснованное регулирование угла наклона рабочих стенок.

Способ прошел стадию опытно про- мьшшенного опробования в условиях конверторного цеха металлургического комбината. Во время опробования удалось снизить пораженность металла по

Ъ.х 10

1,66 1,74 1,80 . 1,83 1,87

0,52 0,55 0,57 0,58 . 0,59 0,59

20010

fo f520 25Q

35

перечными трещинами с 0,043 до 0,032%, продольными трещинами - с. 0,020 до 0,015%.

Формула изобретения

1.Способ автоматического управле- ния режимом работы кристаллизатора

машины непрерывного литья заготовок, включающий регулирование угла наклона рабочей стенки кристаллизатора, отличающийся тем что, с целью повьш1ения качества слитка, измеряют продолжительность работы кристаллизатора и температуру его рабочей стенки на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01 - 0,15 его высоты, определяют разность - (а + ), где Т - температура рабочей стенки; t - продолжительность работы кристаллизатора; а,, а у, - постоянные коэффициенты, зависящие от материала рабочей стенки и начального расстояния от точки замера температуры до поверхности рабочей стенки, и при возрастании этой разности угоЛ наклона рабочей стенки кристаллизатора уменьшают, а при СНИЖЕНИИ - увеличивают,

2.Устройство автоматического управления режимом работы кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, содержащее блок сравнения, а также последовательно соединенные усилитель и исполнительный механизм, отличающееся тем, что, С

снабжено измерителем температуры рабочей стенки кристаллизатора, а также последовательно соединенными таймером и функционалг ным преобразователем, причем выход измерителя температуры рабочей стенки кристаллизатора соединен с вхидом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, а выход соединен с входом усилителя.

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов. Цель изоб- ретения - повышение качества слитка. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе разливки измеритель 1 измеряет температуру рабочей стенки 2 кристаллизатора в точке, расположенной на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01-0,15 его высоты. Сигнал с измерителя 1 поступает в блок 3 сравне - ния, на второй вход которого поступает сигнал с функционального преобразователя 5. Сигнал с выхода блока 3 сравнения через усилитель 6 и исполнительный механизм 7 изменяет угол наклона рабочей стенки кристаллизатора. 2 с о По ф-лы, 1 ил., 1 табл. & (Л С