Способ измерения скорости течения расплавленного металла в жидкой фазе слитка при непрерывной разливке в зоне установки электромагнитного перемешивания Советский патент 1988 года по МПК B22D11/16 G01P5/08 

10

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к непрерывному литью металла с применением кондукционного электромагнитного перемешивания, и предназначено для измерения средней по сечению непрерывного слитка скорости течения расплава в районе перемешивающего устройства.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 и 2 изображен непрерывный слиток, горизонтальное и вертикальное сечения соответственно; на фиг. 3 - пары электродов, вмороженные в твердую корку; на .4 - блок измерительных элементов, вмороженный в непрерьшный слиток; на фиг.5 - узел I на фиг. 4; на фиг.6 и 7 - уст- 2о ройство кондукционного перемешивания жидкого металла непрерывного слитка - сляба; на фиг. 8 и 9 - измерение скорости с помощью трубки ПитоКИМ образом, что линия, соеди няющ электроды в пару, перпендикулярна указанной плоскости, а электроды объединенные в пару, равноудалены плоскости. Далее под сечением неп рьшного слитка, имеется ввиду опи санное сечение, в котором определ ют среднюю скорость.

Между электродами каждой пары меряют разность потенциалов, возн кающую в результате течения распл ва в магнитном поле.

g Для того, чтобы провести измер ние разностей потенциалов в точка рассматриваемого сечения, которое может находиться на большом расст янии от мениска жидкого металла, пары электродов 6 (фиг.З) вводят рез мениск жидкого металла 3 и фи сируют относительно твердой корки непрерывного слитка путем вморажи вания изолированной части 7 элект

таким образом пары электродов дви жутся со скоростью вытягивания вм те со слитком, пересекая в некото моменты времени указанное сечение где и производят измерения разнос потенциалов между электродами каж дой пары.

Среднюю по сечению жидкого ядр скорость течения расплава определ 35 через измеренные в описанном сече нии разности потенциалов

N

Z, &Ч, + I

40

В

Прандтля и предлагаемым способом со- 25 Д° твердую корку. Вмороженные ответственно.

На фиг. 1-9 даны магнитная система 1 кондукционного электромагнитного перемешивающего устройства, пары точек 2, в которые помещают пары -JQ электродов, жидкий металл 3, двухфазная зона 4, твердая корка 5 непрерывного слитка, электроды 6, изолированная часть 7 пары электродов, термопара 8, измерительный элемент 9,. блок 10 измерительных элементов, не- прерьшный слиток 11, токоподводящие

ролики 12, катушки 13, ванна 14,ьх у

сплав 15 галлия, сердечники 16, маг-j-j &2

нитное ярмо 17, трубочка 18 Пито- Прандтля, отверстие 19, точки 20 измерения скорости, щуп 21, срстоящий из двух электродов,точки 22 и 23 из- мерения разности потенциалов.

В области действия электромагнитного перемешивающего устройства производят измерение скорости течения расплава, осредненной по сечению жидкого ядра непрерывного слитка. Для этого в зоне действия постоянного магнитного поля, создаваемого магнитной системой 1 (фиг. 1 и 2) электромагнитного перемешивающего устройства в плоскости, параллельной вектору магнитной индукции и вектору измеряемой скорости в парах точек 2, помещают большое число пар электродов, размешан их в жидком металле 3, двухфазной зоне 4 и твердой корке 5 та45

50

55

где 4X, ьу - расстояние между пар электродов в рассмат ваемом сечении; 4z,u4,- расстояние и разност

потенциалов между эл родами, объединенным в пару;

число пар электродов (точек измерения в у занном сечении ; электропроводность в i-й измерительной то ке, различная для тв дой и жидкой фаз, дв фазной зоны; индукция магнитного ля, создаваемого маг ной системой перемеш

N В 10

2о717642

КИМ образом, что линия, соеди няющая электроды в пару, перпендикулярна - указанной плоскости, а электроды, объединенные в пару, равноудалены от плоскости. Далее под сечением непре- рьшного слитка, имеется ввиду опи- . санное сечение, в котором определяют среднюю скорость.

Между электродами каждой пары из- меряют разность потенциалов, возникающую в результате течения расплава в магнитном поле.

Для того, чтобы провести измерение разностей потенциалов в точках рассматриваемого сечения, которое может находиться на большом расстоянии от мениска жидкого металла, пары электродов 6 (фиг.З) вводят через мениск жидкого металла 3 и фиксируют относительно твердой корки 5 непрерывного слитка путем вмораживания изолированной части 7 электротаким образом пары электродов движутся со скоростью вытягивания вместе со слитком, пересекая в некоторые моменты времени указанное сечение, где и производят измерения разности потенциалов между электродами каждой пары.

Д° твердую корку. Вмороженные

Среднюю по сечению жидкого ядра скорость течения расплава определяют 35 через измеренные в описанном сечении разности потенциалов

N

-JQ

ьх у

Z, &Ч, + I

40

В

5

0

5

где 4X, ьу - расстояние между парами электродов в рассматриваемом сечении; 4z,u4,- расстояние и разность

потенциалов между электродами, объединенными в пару;

число пар электродов (точек измерения в указанном сечении ; электропроводность в i-й измерительной точке, различная для твердой и жидкой фаз, двухфазной зоны; индукция магнитного поля, создаваемого магнитной системой перемешиваN В 313

ющего устройства в рассматриваемом сечении; I - полный ток через указанное сечение, равный току, пропускаемому через слиток при электромагнитном перемешивании; площадь жидкого ядра в

указанном сечении; б ) - электропроводность расплава.

Измеренные в сечении разности потенциалов uV суммируют с весом, зависящим от электропроводности среды (жидкой фазы, двухфазной зоны или твердой фазы), в которой находится соответствующая пара электродов в момент прохождения рассматриваемого сечения. Значение электропроводности S , в измерительных точках сечения определяют по температурной зависимости электропроводности изучаемого сплава и по известному распределению температуры в рассматриваемом сечении. По распределению температуры в сечении определяют также площадь жидкого ядра S , входящую в формулу. Полный ток I и магнитная индукция В являются, известными параметрами электромагнитного перемещивания.

Распределение температуры по сечению непрерьшного слитка зависит от температуры разливки, химического состава разливаемого сплава, скорое- ти вытягивания и условий охлаждения слитка. Указанные условия литья меняются от разливки к разливке и вместе с ними меняется распределение температуры в непрерывном слитке. Поэтому для повышения точности измерения скорости температурные измерения проводят одновременно с измерением разности потенциалов и в тех же точках сечения слитка. С этой целью каждую пару электродов 6 (фиг.4) объединяют с термопарой 8 в один иэмери- .тельный элемент 9. Измеренные в точках сечения значения температуры используют в формуле суммирования для определения электропроводности в измерительных точках и для вычисления площади жидкого ядра в сечении.

С целью повышения точности и уменьшения времени измерения измерительные элементы 9 (фиг.А) объединяют в один измерительный блок 10 (фиг.5), позволяющий ввести в непрерывный слиток 11 все измерительные элементы одно1764временно. Положение каждого измерительного элемента в блоке жестко зафиксировано, поэтому они располагаются в нужных точках сечения и пе ресекают сечение непрерывного слитка одновременно. Сокращение времени проведения эксперимента по измерению скорости происходит за счет того, что

0

0

0

0

5

0

операция вмораживания производится

один раз для всего блока, а не для каждого измерительного элемента отдельно .

П р и м е р. Способ опробован на

физической модели процесса перемещивания жидкого ядра непрерьшного слитка. Схема модели представлена на фиг. 7.

Устройство кондукционного перемешивания жидкого металла непрерывного слитка - сляба (фиг.6) реализует способ кондукционного перемешивания, причем электрический ток к непрерывному слитку 11 подводится

через токоподводящие ролики 12, а магнитное поле создается электромагнитом, образованным роликами МНЛЗ с надетыми на них катушками 13. Физическая модель представляет собой закрытую ванну 14 размерами 300 мм- , выполненную из органического стекла и заполненную сплавом галлия 15 (Ga 82%, Zn 12%, Sn 6%). Модельный сплав имеет точку плавления и остается жидким

fпри комнатной температуре. С торцов в ванну помещены токоподводы 6, предназначенные для подвода постоянного электрического тока. На расплавленный металл в ванне действует магнитное поле, которое создает электромагнит, состояш й из четырех катушек 13,двух сердечников 16, замыкаемых магнитными ярмами 17. Сердечники 16 моделируют электромагнитные ролики МНЛЗ (фиг.7), а ванна с расплавом является моделью жидкого ядра слитка.

Скорость течения модельного сплава под магнитным роликом определяют двумя способами. С помощью трубочки 18 Пито-Прандтля, (фиг. 8 и 9), которую помещали в жидкость через специальные отверстия 19, измеряли значения скорости течения модельного сплава в точках 20 рассматриваемого сечения. С помощью щупа 21, состоящего из двух электродов 6, измеряли разность потенциалов в точках 23 рассматриваемого сечения. Далее по формуле определяли среднюю по данному сечению скорость течения модельного сплава.

Результаты измерений для эксперимента при токе ванны I 80 А (в формуле величина тока берется со Знаком минус), магнитной индукции В 0,136 Тл и электропроводности В 0, 1/Ом-м приведены в таблице. Среднее значение скорости в сечении по результатам измерения с помощью трубки Пито-Прандтля составляет 0,16 м/с, а по результатам измерения разностей потенциалов в 18 точках сечения парами электродов с расстоянием &.I 23 мм и с применением формулы - 0,135 м/с. Различие результатов составляет 16% и может быть отнесено как за счет погрешности измерения скорости трубкой Пито- Прандтля, так и за счет погрешности описанного метода.

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает снижение затрат на экспериментальные работы в процессе освоения электромагнитного перемешивания жидкого ядра непрерывного слитка, так как позволяет провести измерение основного параметра перемешивания, отвечающего за качество литого металла - скорости течения расплава относительно фронта кристаллизации, сравнить измеренную скорость с рекомендуемой и, изменив необходимым образом параметры электромагнитного воздействия (ток через слиток и индукцию магнитного поля), привести скорость течения расплава в соответствие с рекомендуемым диапазоном скоростей.

Формула изобретения

1. Способ измерения скорости течения расплавленного металла в жидкой фазе слитка при непрерывной разливке в зоне установки электромагнитного перемешивания, включающий индуцирование в расплаве электродвижущей силы при движении его в маг

нитном поле и измерение с поМощью электродов разности потенциалов электрического поля между парами электродов, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, пары электродов вводят через мениск жидкого металла и после захвата их кристаллизующимся металлом пропускают со скоростью вытягивания слитка через зону действия магнитного поля, производят в точках сечения слитка измерение разности потенциалов и среднюю по сечению слитка скорость течения металла определяют по формуле

..,-1

,и

i.z

1- I

BS.Gгде л X, ь у

расстояние между парами электродов в сечении непрерьшного слитка; , N - число пар электродов в

сечении; & - электропроводность в

i-й измерительной точке; UZ, ьч - расстояние и разность

потенциалов между электродами, объединенными в i-ю пару;

I - полный ток , проходящий через сечение слитка при электромагнитном перемепшвании; В - индукция внешнего магнитного поля в сечении . слитка; S - площадь жидкого ядра в

сечении;

Q - электропроводность жидкой фазы.

2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что одновременно с измерением разности потенциалов в тех же точках сечейия слитка производят измерение температуры.

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что измерительные элементы объединяют в один блок для ввода их в слиток одновременно.

Фиг 2

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для измерения скорости течения расплавленного металла в слитке при электромагнитном перемешивании металла в слитке. Цель изобретения - повьппение точности измерения. Существо изобретения заключается в том, что вводят через мениск жидкого металла 3 в слиток пары электродов 6 и после захвата их кристаллизующимся металлом пропускают со скоростью вытягивания слитка через зону действия магнитного поля. Производят в точках сечения слитка измерение разности потенциалов между электродами, и среднюю по сечению слитка скорость течения металла определяют по математическому выражению. 3 з.п. ф-лы. 9 ил. К ЯДЙЙу У У i сл САЭ 9д

/.

/

X

cpuz.if

8

I

Фиг.

.6

X

к MUKpodo/tbrnnempy К пакропанопетрд / А

fae. 9

fue. 7

иг. 8