Способ управления тепловым состоянием слитка в машине непрерывного литья заготовок Советский патент 1993 года по МПК B22D11/22 

лаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок, Ki, и, при изменении скорости разливки, поддерживают постоянной для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности K2I и/или длины Н2| участков зоны вторичного охлаждения таким образом, чтобы

2 К2| Н2| ДТ V-C,

где п - число участков зоны вторичного охлаждения;

С Нкр, Ki - постоянная для данной МНЛЗ величина, °С м/с;

Кроме того, среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторичного охлаждения определяют по соотношению

К2

ATV-C

н

380

где Нзво - длина всех участков зоны вторичного охлаждения м,. а охлаждающую способность каждого из участков зоны вторичного охлаждения K2i поддерживают равной средней охлаждающей способности всех участков зоны вторичного охлаждения Кг.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал/что заявляемый способ отличается от известного тем, что определяют охлаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок Ki, и при изменении скорости разливки, поддерживают постоянной для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности К21 и/или длины Н2г участков зоны вторичного охлаждения таким образом, чтобы

Ј К2| -Н2, АТ -V-C, 1 1

Кроме того, среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторичного охлаждения определяют по соотношению

0

щей способности всех участков зоны вторичного охлаждения Ка.

На фиг.1 - расчетная модель теплотех- нологии разливки на машине непрерывного литья заготовок; на фиг.2 - зависимость интегральной интенсивности теплосъема в кристаллизаторе от расхода воды; на фиг.З - зависимость теплового потока в кристаллизаторе от расхода шлакообразующей смеси; на фиг.4 - зависимость теплового потока в кристаллизаторе от частоты качания; на фиг.5 - зависимость теплового потока в кристаллизаторе от перегрева стали, находящейся в промковше и конусности

5 торцовых стенок; на фиг.6 - зависимость теплового потока в кристаллизаторе от уровня меникса.

Распределение температуры на поверхности слитка в машине непрерывного литья заготовок в кристаллизаторе, зоне вторичного охлаждения, непосредственно за зоной вторичного охлаждения и за точкой перегиба мохшо, с достаточной для инженерной практики, точностью аппроксимиро- в ать линейными функциями с угловыми коэффициентами соответственно Ki, Кг, Кз, К4 f C/c). Перегиб интенсивности изменения температуры поверхности слитка объясняется завершением затвердевания жидкой

0 фазы (фиг.1). На основании вышеизложенного:

0

5

К2 Нзво )-Кз-(НКз-Нзво-Нкр)- -КгНкр.

где Нзво - длина всех участков зоны вторичного охлаждения при данной скорости разливки, м;

Ti -температура затвердевания данной марки стали, °С;

Т2 - температура поверхности за зоной вторичного охлаждения, °С;

Нкэ - 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 ,03 °С/с, то изменением температуры на данном участке можно пренебречь и тогда формула (1) принимает вид:

К2

ATV-C

Н

зво

а охлаждающую способность каждого- из участков зоны вторичного охлаждения К2| поддерживают равной средней охлаждаю55

Н3во -К2 Д T-V-Нк- Ki

(2)

где AT - перепад температур затвердевания и за зоной вторичного охлаждения, °С. Наши исследования показали, что интегральная интенсивность теплосъема в

кристаллизаторе мало зависит от технологических параметров разливки. Так при отклонении расхода воды на кристаллизатор на 4Ь% от номинального, интегральный тепловой поток изменяется на 0,7% (фиг.2). На 5-7% изменяется тепловой поток при возрастании или уменьшении расхода шлако- образующей смеси на 30% (от 0,65 кг/т до 1,2 кг/т металла) (фиг.З). При увеличении частоты качания кристаллизатора с 20 до 100 качаний в минуту, тепловой поток возрастает на 3% (фиг,4). Перегрев стали в промковше оказывает влияние на интенсивность теплосъема в кристаллизаторе до скорости 0.9 м/мин. 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 теплосье.ма возрастает на 12% (фиг.5). Колебание уровня металла в кристаллизаторе на 60 мм приводит к изменению интегрального теплосъема на 2% (фиг,6). Это объясняется тем, что основной теплосъем осуществляется на длине 0,8 м. Т.е. интегральный теплосьем в кристаллизаторе определяется его длиной. С увеличением его высоты от 0,8 ми более величина теплосъема падает. Так в кристаллизаторе Нкр 0,9 м интенсивность изменения температуры поверхности слитка равна С/с, а при Нкр 1.2 м - Ki 3,7 °С/с.

Приведенные выше результаты исследований убедительно показывают, что управлять интенсивностью теплосъема в кристаллизаторе практически невозможно. Таким образом, для данного кристаллизатора величина KI -Икр С - const и согласно(2) для того, чтобы температура в зоне разгиба слитка оставалась постоянной при изменении скорости разливки, необходимо изменение 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 ,0167 м/с произведение расхода воды на длину зоны вторичного охлаждения составляет;

5для 8-й МНЛЗ ЧерМК: 22 м-16,67 л/с

3,67-102 л -м/с;

для 10-й МНЛЗ ЧерМК: 30,4 м-13,3 л/с 4,04-102л-м/с;

для машины фирмы Фест Альпине : 0 14,5м 266,6 л/с 3,87 л-м/с.

Таким образом, имеет место единая для данного типа машин характеристика мощности вторичного охлаждения для всего ди- апазона технологических скоростей 5 разливки;

6ь-Нзво 20 -103-У + 3-103(л-м/с) (3)

В основе управления теплотехнологией

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

5 Анализ изменения температуры поверхности в зоне вторичного охлаждения показывает, что охлаждение металла может быть реализовано различными способами. Например, если в зоне вторичного охлажде0 ния, состоящей из двух участков (фиг.1), на первом охлаждающая способность - К 2, а на втором - , то при переходе с первого участка на второй возникают дополнительные температурные напряжения в оболочке

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

0 способности всех участков зоны вторичного охлаждения, то есть Кг, то обеспечивается минимальная величина термических напряжений в оболочке слитка и система вторичного охлаждения данной ма5 шины настроена верно.

Промышленные испытания на ряде МНЛЗ ЧерМК и машине фирмы Фест Альпине показал, что зависимость средней охлаждающей способности всех участков

0 зоны вторичного охлаждения Кз от расхода подаваемой воды линейна. Так, для десятой МНЛЗ ЧерМК она имеет вид:

55:

Ка а Gi-Д

(4)

где/3- постоянная величина, зависит от числа включенных участков

Для 0,01 V 0,0133 и Нзво - 12,86 м, ,1 °С/с;

Для 0,0133 V 0,0167 и Нэво - 24,2 м, /НО,8°С/с,

,7°С/л.

Предлагаемый способ управления тепловым состоянием слитка реализуется следующим образом. На машинах непрерывного литья заготовок идет разливка при скорости Л/1. Известная охлаждающая способность каждого участка зоны вторичного охлаждения Kai. Контроль температуры слитка в зоне разгиба определяют путем измерения температуры поверхности за зоной вторичного охлаждения Та, например, оптическим пирометром. Температуру затвердевания TI определяют как полусумму температур ликвидуса и солидуса для данной марки стали. В процессе разливки определяют перепад температур Д Т Ti-Ta, рассчитывают среднюю охлаждающую способность всех участков зоны вторичного охлаждения Ка соответствующую температуре за зоной вторичного охлаждения Та:

KHAT-V-C)/H3Bo. (5)

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

Скорость разливки увеличилась до Va. В этом случае определяют длину зоны вторичного охлаждения, соответствующую данной скоросткразливки Va, интегральную охлаждающую способность Ка согласно (5) и требуемый суммарный расход. При этом, длина и охлаждающая способность отдельных участков равны:

для 3-го- Н а и К а; для 2-го- Н.а и . для 3-го -На и , для 4-го - На(4) и Ка(4). Йа- .тёх участках, где охлаждающая способ- ность отличается от средней, согласно (4) корректируют, т.е. определяют Kai для выше названных участков и определяют соответствующие им отклонения расходов соответствующих участков.

ДК Ка-К 2,ДкЈ Кг -К21

ДК2(3)К2-К2(3),ДК2(К2-К2

Д GI- Д К а/а,Д Ga Д /а ДСз-Д Ка(3)/а, Д G4 Д Ka(4)/ct.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает снижение температурных напряжений в оболочке слитка и, путем

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

Формула изобре тения

охлаждающей способности каждого 1-го участка зоны вторичного охлаждения, контроль температуры слитка в зоне разгиба путем измерения температуры металла Та 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 ДТ затвердевания металла и за зоной вторичного охлаждения, определяют

интегральную охлаждающую способность кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок KI и при изменении скорости разливки поддерживают постоянной для заданной марки стали температуру металла в зоне разгиба путем изменения охлаждающей способности Kai и/или длины Hai участков зоны вторичного охлаждения таким образом,чтобы

п .../

2 Kai H2i ДТ V- Kt-Hicp, град-м/с,

.

где п - число участков зоны вторичного ох- лзждения,

Нкр- технологическая длина кристаллизатора, м.

Ка( ДТЛ/-КгНкр)/Н3во. град/с,

где Нзво - длина всех участков зоны вторичного охлаждения, м.,

а охлаждающую способность каждого из участков зоны вторичного охлаждения Каг поддерживают равной средней охлаждающей способности всех участков зоны вторичного охлаждения Кг.

. 4 .

Фиг. I

,

Ufa $,$S

2W

OMr 54

P.BQ

0,650,&5 i.05Фиг. 3

н 3-H/2

Фиг 2

520 Ј,.,

t.

m.

/77

20 W ВО 80 Pf ннн Фиг.4

о,

НВт

$.2

ы

ЬЬ

-/

н

Q,b О,€ ,.У, .

,- Фиг.5.--:::.