Способ управления процессом непрерывной разливки металла в неподвижный кристаллизатор и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК B22D11/16 

Изобретение относится к технике для непрерывной разливки металла, в частности к оборудованию для контроля и регулирования процесса литья.

Цель изобретения - повьшение качества слитка.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа,

Устройство содержит задатчик 1 амплитуды качания, последовательно соединенные блок 2 деления, блок 3 умножения, функциональный преобразователь 4, сумматор 5, блок 6 сравнения, уси- литель 7, исполнительный механизм 8, измеритель 9 скорости вытягивания слитка, таймер 10 и задатчик 11 среднего уровня металла в кристаллизаторе а также последовательно соединенные измеритель 12 и электронный преобразователь 13 уровня металла в кристаллизаторе 14, причем выход задатчика амплитуды соединен с входом блока 2 деления, а выход измерителя 9 скоро- сти вытягивания слитка соединен с . вторым входом блока 2-деления, выход задатчика 11 среднего уровня металла в кристаллизаторе 14 соединен с: вторым входом сумматора 5, выход зле- ктронного преобразователя 13 - с вторым входом блока 6 сравнения,

В качестве измерителя уровня ме- талла применяется серийно выпускаемый радиоизотопньй датчик. Для изме- рения скорости вытягивания слитка используется цифровой тахометр типа ТЧ-3,

Функциональный преобразователь 4

реализует функцию sin(-K ), которая

3.

раскладывается в ряд Тейлора

sinAw-(-,)-

l V „I

при условии, что (- К)( оо . .

Для упрощения структурной схемы функционального преобразователя ряд Тейлора может быть заменен рядом

зшС-к-гг) -К л

а а

Кроме ioro, в функциональньй преобразователь 4 введены постоянные коэффициенты А и К,

Рейлизуется функциональный преоб- разоватепь на базе микропроцессорной техник;-.

0

5 0 5 0

5

0

5

0

5

При традиционном способе непрерывной разливки кристаллизатор совершает возвратно-поступательные движения (качание) в вертикальной плоскости с частотой 0,5-1,5 Гц, Таким образом происходит относительное перемещение рабочей стенки и зеркала металла в циклическом режиме, что способствует затягиванию жидкого шлака в зону контакта рабочей стенки с поверхностью слитка (для этой цели и осуществляется качание кристаллизатора),

Однако кристаллизатор является довольно массивным узлом машины, поэтому его качание связано со значите- . льнь&О энергетическими затратами. Следовательно, целесообразнее произво- дить разливку в неподвижный кристаллизатор.

Экспериментальным путем установлено, что наилучшее качество металла имеет место при синусоидальном режиме колебания уровня металла в кристаллизаторе, .причем амплитуда колебания должна находиться в диапазоне 0,002- 0,025 высоты кристаллизатора. Меньшее значение выбирают при низком перегреве жидкого металла, а большее - при высоком перегреве.

При низком перегреве жидкого металла величина зоны непосредственного контакта расплава с рабочей стенкой не превьшает 1x10 - 2x10 высоты кристаллизатора, поэтому колебания уровня металла с меньшей амплитудой гарантирует проникновение жидкого шлака в зону контакта оболочки слитка с рабочей стенкой кристаллизатора. При высоком технологически реальном перегреве жидкого металла зона непосредственного контакта расплава с рабочей стенкой может достигать 0,018-0,023 высоты кристаллизатора, В связи с этим амплитуду колебания уровня следует увеличить до верхнего значения, чтобы жидкий шлак мог проникать в зону контакта оболочки слитка с рабочей стенкой.

Установлено, что наиболее высокие- результаты по качеству металла имеют место при частоте Q колебания уровня, определяемой по формуле

СО --К,

3.

где V - скорость вытягивания слитка;

а - амплитуда колебания уровня металла в кристаллизаторе; К - постоянный коэффициент,

К 2,5-12,5.

При этом наименьшее значение коэффициента выбирается при низком перегреве жидкого металла, а наибольшее - при высоком перегреве, что связано с зависимостью вязкости жидкого шлака от температуры.

При низкой температуре жидкого шлака, его вязкость очень высока, поэтому необходимо уменыпить частоту

уровня металла в кристаллизаторе. Этот сигнал поступает на вход блока 2 деления, на второй вход которого пода- . ется сигнал, формируемый измерителем 9 скорости вытягивания слитка. На выходе блока 2 получается сигнал, пропорциональный отношению скорости к амплитуде. Этот сигнал поступает на первый вход блока 3 умножения; На второй вход блока 3 подается сигнал с таймера 10. Этот сигнал пропорционален продолжительности разливки металла. С выхода блока 3 умножения

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывной .разливке металлов в неподвижный кристаллизатор. Изобретение может быть использовано в литейных цехах машиностроительных предприятий. Целью изобретения является повышение качества слитка. Способ включает измерение уровня металла в кристаллизаторе и регулирование расхода металла из промежуточного ковша. Новизна способа заключается в том, что при разливке в неподвижньш кристаллизатор дополнительно измеряют скорость вытягивания слитка и продолжительность разливки. Определяют требуемый уровень металла в кристаллизаторе по формуле: Н Н + а sin(V/aK c), где Нр - средняя величина уровня металла в кристаллизаторе, зависящая от высоты машины; а - амплитуда колебания уровня металла в кристаллизаторе, а 0,002 - 0,035 высоты кристаллизатора; К - постоянный коэффициент, К 2,5-12,5; :V - скорость, вытягивания слитка; t - продолжительность разливки. Определяют разность требуемого уровня металла в кристаллизаторе и измеренного значения этого уровня. При увеличении этой разности расход металла из промежуточного ковша увеличивают, а при снижении - уменьшают. 2 с.п. ф-лы, 1 .ил. (Л 4;; СП ел

колебаний уровня, чтобы улучшить ус- 15 сигнал с коэффициентом передачи К

ловия затекания шлака в зону контакта оболочки слитка с кристаллизатором. Наименьшая частота колебания уровня соответствует значению коэффициента

2,5. При меньшем значении этого коэф-20 2,5 до 12,5 единиц. На выходе блока 4 фицнента хотя условия затекания жидкого шлака и улучшаются, качество поверхности слитка резко снижается (появляются ужимины). При высокой температуре жидкого шлака он успе- 25 вает затечь в зону даже при максимальной (технологически реальной) частоте колебаний уровня.

Таким образом, требуемьй (оптимальный) уровень металла в .кристалли- 30 заторе определяется по формуле

iпоявляется сигнал, равный значению

V sin(-K fc) и осуществляющий генератор . 3

Iный режим. Этот сигнал с коэффициентом передачи А поступает на вход блока 5 сумматора. Коэффициент передачи А зависит от амплитуды колебаний уровня металла 15 в кристаллизаторе 14. На второй вход сз мматора 5 подается сигнал с задатчика 11 среднего уровня металла в кристаллизаторе. В этом блоке происходит суммирование сигналов с блоков 4 и 11. Выходной сигнал блока 5 пропорционален значеHT Н„

Г-.1ГЛЧ

a Sin(-.K o) ,

где Н - средняя величина уровня металла в кристаллизаторе.

Величина Нд является точкой отсчета и зависит только от выбранной системы координат. За начало координат может быть принят нижний торец .: кристаллизатора, уровень горизонталь ного участка криволинейной машины и т.п., т.е. величина Не является рабочим уровнем металла в кристаллизаторе, относительно которого и происходит колебание уровня.

В процессе реализации предложенного способа непрерьшно измеряют фактический уровень металла и сравнивают, его с требуемым. По полученной разности формируют команду на подъем или опускание стопораi Таким образом изменяют количество металла, подаваемого из промемкости.. :

Устройство работает следующим образом. Задатчик 1 амплитуды колебания уровня металла вырабатьшает сигнал задания, необходимый для изменения

поступает на вход функционального преобразователя 4. Коэффициент передачи К зависит от степени перегрева металла и принимает значения от

20 2,5 до 12,5 единиц. На выходе блока 25

30

35

iпоявляется сигнал, равный значению

V sin(-K fc) и осуществляющий генератор . 3

Iный режим. Этот сигнал с коэффициентом передачи А поступает на вход блока 5 сумматора. Коэффициент передачи А зависит от амплитуды колебаний уровня металла 15 в кристаллизаторе 14. На второй вход сз мматора 5 подается сигнал с задатчика 11 среднего уровня металла в кристаллизаторе. В этом блоке происходит суммирование сигналов с блоков 4 и 11. Выходной сигнал блока 5 пропорционален значению Н -ь а-sin(- K J),

3Этот сигнал подается на вход блока 6 сравнения, в

40 который через второй вход подается сигнал через электронный преобразователь 13 с блока 12 измерителя уровня металла 15 в кристаллизаторе. Блок 12 вырабатывает импульсы, интенсив45 ность которых пропорциональна уровню металла в кристаллизаторе. Электронный преобразователь 13 вырабатывает электрический сигнал, величина которого пропорциональна количеству эле50 ктрических импульсов на входе блока. Управляющий сигнал в блоке 6 сравнивается с сигналом, вырабатываемом S блоке 12 измерителя уровня и поступает на вход усилителя 7, где усили55 вается до мощности, необходимой для /управления исполнительным механизмом

514475

Пример , Пусть металл поступает в кристаллизатор при высоком перегреве, тогда постоянный коэффициент К 12,5, а значение амплитуды колебаний уровня жидкого металла в кристаллизаторе а 0,025 м при высоте кристаллизатора 1 м. Пусть скорость вытягивания слитка V 1/60 м/с, тогда частота колебаний уровня метал- IQ ла в кристаллизаторе

V,K

0,025х21Гх60

1,33 Гн,

Период одного точного колебания Т 1/f 0,754. Следовательно, значение функции а sin(- K t) периодичеса

ки изменяется по синусоидальному закону от величины а -2,5 х 10 до а 2,5 X 10 м. Величина требуемого уровня жидкого металла в кристаллизаторе меняется по синусоидальному закону с периодом колебаний Т 0,754 с амплитудой а 2,5 х Ю около среднезаданного.уровня Нд,

Например, спустя 3 мин после включения таймера требуемьй уровень жидкого металла в кристаллизаторе

+ а sin(- КС) Н +0,025

Н. Н„

-- б5- 7о25- «° «с

+ 2,165 -10-2 м

Затем информация о.требуемом уровне поступает на блок сравнения, где происходит сравнение уровня, в результате чего на используемый механизм подается команда на восстановление заданного уровня металла в кри- сталлизаторе.

Техническое преимущество изобретения заключается в повышении качества металла за счет улучшения условий контакта рабочей стенки кристаллизато ра с оболочкой слитка, благодаря чему жидкий шлак более эффективно попадает в зону контакта, что приводит к уменьшениюпораженности металла трещинами на 15-20%,

Формула изобретения

6

из промежуточного ковша, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения качества слитка, дополнительно измеряют скорость вытягивания слитка и продолжительность разливки, определяют требуемый уровень металла в кристаллизаторе по математическому выражению

н, н.

V + a.sin(- К€-),

3

где Н

0

5

Н, а К

V

требуемый уровень металла в кристаллизаторе; средняя величина уровня металла в кристаллизаторе, зависящая от высоты ма.шины; амплитуда колебания уровня металла в кристаллизаторе, а 0,002-0,025 высоты кристаллизатора;

2,5-12,5 - постоянньш коэффициент;

-скорость вытягивания слитка;

-продолжительность разливки, определяет разность требуемого уровня металла в кристаллизаторе и измеренного значения этого уровня и -при увеличении зтой разности расход металла

0 из промежуточного ковша увеличивают, а при снижении - уменьшают,

2, Устройство управления процессом непрерывной разливки металла в неподвижный кристаллизатор, содержаg щее блок деления, последовательно соединенные блок сравнения, усилитель и исполнительный механизм, последовательно соединенные измеритель уровня металла в кристаллизаторе и

0 электронньй преобразователь, о т л и- .чающееся тем, что, с целью повышения качества слитка, оно дополнительно содержит измеритель скорости вытягивания слитка, задатчик

5 амплитуды колебаний уровня металла в кристаллизаторе, задатчик величины уровня металла в кристаллизаторе, а также последовательно соединенные та-ймер, блок умножения, функциональный преобразователь и сумматор, причем выход электронного преобразователя соединен с входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй вход сум-

g матора соединен с выходом задатчика уровня металла в кристаллизаторе, выход измерителя скорости вытягивания слитка соединен с входом блока деления, второй вход которого соеди0

нен с выходом задатчика амплитуды колебаний уровня металла в кристаллизаторе, а выход соединен с вторьм входом блока умножения.