Способ управления процессом непрерывной разливки металла и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке, и позволяет ликвидировать угловое смещение междупоперечнымисечениями кристаллизатора (К) и поддерживающей секции в процессе разливки. Цель - повышение стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества поверхности формируемого слитка. В способе контролируют разность между суммами температур (Т) двух противоположных стенок К на расстоянии от нижнего торца К, равном 0,01- 0,15 его высоты, на одном уровне вблизи противоположных углов слитка. При превышении значением разности заданного значения К поворачивают вокруг вертикальной

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 22 D 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797830/02 (22) 05.03.90 (46) 07.04.92 Бюл. N. 13 (71) Вологодский политехнический институт (72) Ю.А.Калягин, С.В.Сорокин, Г.Н.Сорокина, В.К.Черкасов и H,А.Сигов (53) 621.746.027 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1276435, кл. В 22 0 11/16, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1271640, кл. В 22 0 11/16, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА И

УСТРОЙСТВО ..ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕИИЯ,, Ы,, 1724426 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке, и позволяет ликвидировать угловое смещение между, поперечными сечениями кристаллизатора (К) и поддерживающей секции в процессе разливки. Цель — повышение стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества поверхности формируемого слитка. В способе контролируют разность между суммами температур (Т) двух противоположных стенок К на расстоянии от нижнего торца К, равном 0,01—

0,15 его высоты, на одном уровне вблизи противоположных углов слитка. При превышении значением разности заданного значения К поворачивают вокруг вертикальной.

1724426 оси в направлении уменьшения указанной разности Т, В процессе разливки сигналы (С) от первых датчиков температур 1 первой и второй рабочих стенок поступают на входы алгебраических сумматоров (АС) 3 и 4, а

С от вторых датчиков температур 2 — на вторые входы АС 3 и 4. С выходов последних

С поступают на входы третьего АС 5, на выходе которого формируется С, пропорциональный разности между суммами Т первой и второй рабочих стенок К в противоположных углах, Этот С поступает на первые входы АС 6 и 7, на вторые входы которых подаются С от задатчика 8 заданного значения разности Т и блока 9 инвертиИзобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке металлов.

Наиболее близким техническим решением является способ управления процессом непрерывной разливки металлов, включающий измерение температуры двух противоположных рабочих стенок кристаллизатора на расстоянии от нижнего торца кристаллиэатора, равном 0,01 — 0,15 его высоты, определение разности этих температур и сравнение его с заданным значением разности. При возникновении рассогласования между текущим значением разности и заданным по его величине и знаку осуществляют перемещение поддерживающей секции или кристаллизации по нормали к поверхности слитка в сторону ликвидации возникшего рассогласования.

Однако по разности температур поверхности двух, противоположных стенок кристаллиэатора, измеренной в двух точках, нельзя зафиксировать и устранить угловое смещение между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции в силу самого принципа измерения, поэтому в способе не предусмотрен поворот кристаллизатора вокруг его вертикальной оси для ликвидации такого смещения, Наличие указанного смещения снижает стойкость рабочих стенок кристаллизатора и качество поверхности формируемого слитка за счет увеличения трещин на его поверхности и количества аварийных ситуаций.

Известно устройство управления процессом непрерывной разливки металлов, содержащее датчики температуры рабочих стенок кристаллизатора, первый, второй, третий, четвертый и пятый алгебраические сумматоры, задатчик разности температур, последовательно соединенные усилитель и

40 рования, который преобразует заданное значение Т в инверсное. При превышении текущим значением разности Т заданного значения С рассогласования проходит с выхода четвертого АС 6 через первый блок 10 одностороннего ограничения, а при превышении разности Т инверсного заданного значения С рассогласования проходит с выхода пятого АС 7 через второй блок 11 одностороннего ограничения на вход усилителя

12 и далее на привод 13 исполнительного механизма, который поворачивает кристаллизатор в сторону уменьшения рассогласования, 2 с,п.ф-лы, 1 ил, привод исполнительного механизма, причем выход первого датчика температуры первой рабочей стенки соединен с первым входом первого алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего алгебраического сумматора, выход первого датчика температуры второй рабочей стенки соединен с первым входом второго алгебраического сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего алгебраического сумматора, а выход задатчика разности температур соединен с вторым входом четвертого алгебраического сумматора. Однако данное устройство не предусматривает измерение разности между суммами температур противоположных стенок в противоположных углах, по величине которой можно ликвидировать угловое смещение между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции путем поворота кристаллизатора вокруг вертикальной оси в направлении уменьшения этой разности, когда ее текущее значение превышает заданное, что не позволяет повысить стойкость рабочих стенок кристаллиэатора и качество поверхности формируемого слитка за счет снижения трещин на его поверхности и числа аварийных ситуаций.

Цель изобретения — повышение стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества формируемого слитка за счет ликвидации углового смещения между поперечными сечечиями кристаллизатора и поддерживающей секции.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом непрерывной разливки металлов, включающему измерение температуры двух противоположных рабочих стенок кристаллизатора на расстоянии от нижнего торца

1724426 кристаллизатора, равном 0,01 — 0,15 его вы- стенки соединен с вторым входом второго соты, и перемещение кристаллизатора от- алгебраического сумматора, а выход второносительно поддерживающей секции, в ro датчика температуры второй рабочей процессе разливки температуруизмеряют в стенки соединен с вторым входом первого двух точках, лежащих на одном уровне от 5 алгебраического сумматора. нижнего торца кристаллиэатора, на обеих После замены кристаллизатора или веррабочих стенках вблизи углов слитка,опре- хней поддерживающей секции по окончаделяют разность между суммами темпера- нии серии разливок или после прорыва тур противоположных стенок в жидкого металла возможна последующая противоположных углах и при превышении 10 неточная установка указанных узлов с некозначением разности заданного значения торим угловым смещением между поперечповорачивают кристаллизатор вокруг вер- ными сечениями кристаллизатора в его тикальной оси в направлении уменьшения нижней части и поддерживающей секции в указанной разности температур. ее верхней части, так как контроль их выДля осуществления способа использу- 15 ставкиотносительнодругдругаосуществляют устройство управления процессом не- ется визуально. Это приводит к прерывной разливки. металлов, содержащее возникновению дополнительных скручивадатчики температуры рабочих стенок кри- ющих напряжений по сечению твердой фасталлизатора, первый, второй, третий, чет- зы слитка, что является одной из причин вертый и пятый алгебраические сумматоры, 20 возникновения трещин на поверхности задатчик разности температур, последова- слитка и аварийных (предпрорывных) ситуательносоединенныеусилитель и приводис- ций. Поскольку зарождение трещин происполнительного механизма поворота ходит в кристаллизаторе, важно иметь кристаллиэатора, причем выход первого информациюоналичиитакогосмещениядо датчика температуры первой рабочей стен-.. 25 выхода слитка из кристаллизатора с целью ки соединен с первым входом первого ал- устранения дополнительных деформаций гебраического сумматора, выход которого оболочки слитка путемликвидации углового соединен с первым входом третьего алгеб- смещения между поперечными сечениями раического сумматора, выход первого дат- кристаллизатора и поддерживающей секчика температуры второй рабочей стенки 30 ции. Крометого,наличиеукаэанногосмещесоединен с первым входом второго алгебра- ния повышает механический износ рабочих ического сумматора, выход которого соеди- стенок и его равномерность, что снижает нен с вторым входом третьего стойкость кристаллизатора, алгебраического сумматора, а выход задат- В качестве показателя наличия углового чика разности температур соединен с вто- 35 смещения между поперечными сечениями рым входом четвертого алгебраического кристаллиэатора и поддерживающей сексумматора. С целью повышения стойкости ции может быть использована информация рабочих стенок кристаллизатора и качества об изменении величины разности меж ти между поверхности. формируемого слитка за счет суммами температур противоположных раликвидации углового смещения между по- 40 бочих стенок в их противоположных углах, перечными сечениями кристаллизатора и измеренной в нижней части кристаллизатоподдерживающейсекции,онодополнитель- ра на одном уровне от его торца, равном

Но содержит блок инвертирования, первый 0,01 — 0,15 высоты кристаллизатора. Это слеи второй блоки одностороннего ограниче- дует из результатов экспериментальных исния, причем выход третьего алгебраическо- 45 следований, проведенных на

ro сумматора соединен с первыми входами криволинейной машине непрерывного четвертого и пятого алгебраических сумма- литья заготовок, с помощью зачеканенных в торов, второй вход пятого алгебраического рабочие стенки кристаллизатора в указансумматора соединен с выходом блока ин- ных местах на различной высоте медь-конвертирования, входкоторогосоединен с вы- 50 стантовых датчиков температуры. При ходом задатчика разности температур, установке кристаллизатора относительно выход четвертого алгебраического суммато- . поддерживающей секции беэ углового смещера соединен с входом первого блока одно- ния между их поперечными сечениями укастороннего ограничения, а выход IlsiTolo занная разность температур отсутствует алгебраического сумматора соединен с вхо- 55 или ее величина незначительна (G — 5 С). При дом второго блока одностороннего ограни- наличии указанного углового смещения сумчения, выходы первого и второго блоков ма температур противоположных рабочих одностороннего ограничения соединены с стенок в противоположных углах больше в входом усилителя, кроме того, выход второ- тех углах, к которым прижата оболочка слитго датчика температуры первой рабочей кл и, наоборот, меньше в тех углах, к кото1724426

20

45

55 рым оболочка слитка не прижата. Таким образом, при наличии углового смещения между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции всегда присутствует разность температур между этими суммами, составляющая, по результатам исследований, в зависимости от величины смещения 10 — 20 С, причем большее значение соответствует большей величине смещения, При возрастании (или снижении) скорости разливки поднимается (или опускается) температура во всех измеряемых точках, при этом величина укаэанной разности температур практически не изменяется.

Для ликвидации углового смещения между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции необходимо повернуть кристаллизатор вокруг его вертикальной оси на некоторый угол в направлении уменьшения указанной разности температур. Поворот кристаллизатора осуществляется до достижения величиной разности некоторого заданного значения, при котором остаточная величина углового смещения незначительна и не оказывает влияния на качественные характеристики процесса разливки.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет ликвидировать угловое смещение между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции путем определения и сравнения с заданным значением величины разности между суммами температур противоположных рабочих стенок в противоположных углах на одном уровне от нижнего торца кристаллизатора, равном 0,01--0,15

его высоты, и поворот кристаллизатора вокруг вертикальной оси в направлении уменьшения этой разности, когда ее текущее значение превышает заданное. Это является причиной повышения стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества формируемого слитка.

На чертеже приведена схема устройства, предназначенного для осуществления разработанного способа, Устройство содержит первый 1 и второй

2 датчики температуры первой и второй рабочих стенок кристаллизатора, размешенные вблизи углов слитка на одном уровне от нижнего торца кристаллизатора, равном

0,01-0,15 его высоты, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 и пятый 7 алгебраические сумматоры, эадатчик 8 разности температур, блок 9 инвертирования, первый 10 и второй 11 блоки одностороннего ограниче-. ния, усилитель 12 и привод 13 исполнительного механизма поворота кристаллизатора вокруг вертикальной оси.

В качестве датчиков температуры рабочих стенок кристаллизатора могут быть использованы зачеканенные в стенку хромель-копелевые термопары, в качестве эадатчика разности, алгебраических сумматоров, блока инвертиования, блоков одностороннего ограничения и усилителя— серийные приборы такого же функционального назначения из приборного комплекса

АКЭСР. В качестве привода исполнительного механизма — регулируемый сервопривод, Устройство работает следующим образом.

Сигналы от первых датчиков 1 температуры первой и второй рабочих стенок поступают на первые входы соответственно первого 3 и второго 4 алгебраических сумматоров, а сигналы от вторых датчиков 2 температуры первой и второй рабочих стенок поступают на вторые входы соответственно второго 4 и первого 3 алгебраических сумматоров. Сигналы, пропорциональные суммам температур первой и второй рабочих стенок в противоположных углах, поступают соответственно с выходов первого и второго 4 алгебраических сумматоров на первый и второй входы третьего алгебраического сумматора 5, на выходе которого формируется сигнал, и ропорциональн ый разности между этими суммами, Этот сигнал поступает на первые входы четвертого

6 и пятого 7 алгебраических сумматоров, на вторые входы которых поступают сигналы от задатчика 8, заданного значения разности температур и блока 9 инвертирования, который преобразует заданное значение разности температур в инверсное значение.

При превышении текущим значением разности температур заданного значения сигнала рассогласования проходит с выхода четвертого алгебраического сумматора 6 через первый блок 10 одностороннего ограничения, реализующий функцию y.=kx при х>0 и у=О при х < О, на вход усилителя 12 и далее на привод 13 исполнительного механизма, который поворачивает кристаллизатор вокруг вертикальной оси в направлении уменьшения указанной разности температур до достижения ею заданного значения.

При превышении текущим значением разности температур инверсного заданного значения сигнал рассогласования проходит с выхода пятого алгебраического сумматора

7 через второй блок 11 одностороннего ограничения, реализующий функцию y=kx при х <О и у=О при х >О, на вход усилителя

12 и далее на привод 13 исполнительного

1724426

25

35

40 сталлизатора или вследствие других причин 45 возникло угловое смещение между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секцией, например, кристаллизатор повернут относительно секции на некоторый угол против часовой 50 стрелки. Это привело к тому, что температура, измеряемая датчиками 1 и 2, на первой стенке стала 135 и 125 С соответственно, а . на второй — 127 и 137 С соответственно.

55 механизма, который поворачивает кристаллизатор в обратном направлении до достижения значением разности заданного инверсного значения.

Пример 1. На машине непрерывного литья заготовок разливают сталь марки ЗСП в медный кристаллизатор длиной 1,2 м в слитки сечением 0;25 х 1,29 м со скоростью

1 мlмин. Датчики 1 и 2 температуры, представляющие собой естественные термопары медь-константам, причем медным электродом является рабочая стенка, установлены на глубине 5 мм от поверхностей, обращенных к вытягиваемому слитку, на обеих широких стенках в двух точках по их ширине в местах, прилегающих к углам слитка и равноудаленных от них, на уровне

0,1 м от нижней кромки кристаллизатора.

При нормальном ходе процесса, при отсутствии углового смещения между кристаллизатором и верхней секцией датчики 1 показывают температуру 130 и 132 С соответственно, а датчики 2 — также 130 и 132 С соответственно, Некоторые различия в показаниях датчиков 1 и 2, расположенных на разных стенках, связаны с особенностью разливки в радиальный кристаллизатор, В этом случае на входах алгебраических сумматоров 3 и 4 формируются сигналы, пропорциональные суммам температур первой и второй рабочих стенок в противоположных углах, т.е. значение (130+132) С, а на выходе алгебраического сумматора 5 — сигнал, пропорциональный разности между этими суммами. Так как суммы температур равны, то в данном случае сигнал на выходе этого сумматора 5 равен нулю, На задатчике

8 установлено заданное значение, пропорциональное разности температур в 8 С. В этом случае отсутствует сигнал рассогласования на выходах алгебраических сумматоров 6 и 7 и поворот кристаллизатора вокруг вертикальной оси не производится.

fl р и м е р 2. После перестановки криЭто произошло вследствие того, что оболочка слитка более плотно прижалась к меету измерения датчиком 1 на первой стенке, и к датчику 2 — на второй стенке. На.выходе алгебраического сумматора 3 сформировался сигнал, пропорциональный сумме темпе5

20 ратур (135+137) С, а на выходе алгебраического сумматора 4 — сумме температур . (127+125) С. Эти сигналы поступают на вход алгебраического сумматора 5, на выходе которого сформировался сигнал, пропорциональный разности между этими суммами, т,е. 272 — 252=20 С, поступивший на первые входы алгебраических сумматоров. 6 и 7, На второй вход алгебраического сумматора 6 поступил сигнал, пропорциональный значению в 8 С, от задатчика 8, а на второй вход алгебраического сумматора

7 — сигнал, пропорциональный значению в (-8 С), от блока 9 инвертирования.

Сигнал рассогласования, пропорциональный значению(20 — 8) С, прошел с выхода алгебраического сумматора 6 через блок

10 одностороннего ограничения, так как сигнал рассогласования >0, на вход усилителя 12 и далее на вход привода 13 исполнительного механизма, который начал поворот кристаллизатора Ilo часовой стрелке, что ведет к выравниванию температуры стенок в углах,. При достижении разностью между суммами температур заданного значения в 8 С поворот прекратился.

С выхода алгебраического сумматора 7 сигнал рассогласования, пропорциональный значению 20 — (-8 С)=28 С, не проходит через блок 11 одностороннего ограничения, так и сигнал на его выходе равен нулю при положительном входном сигнале (у=О при х >О).

Пример 3. В процессе разливки, вследствие каких-либо причин или после снятия и последующей установки кристаллизатора возникает угловое смещение между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции, причем кристаллизатор повернут относительно секции по часовой стрелке. В этом случае оболочка слитка более плотно прижалась к месту измерения датчиком 2 на первой стенке и к датчику 1 — на второй стенке.

Температура, измерямая датчиками 1 и 2, на первой стенке установилась 125 и 135 С соответственно, а на второй — 137 и 127 С соответственно. На выходах алгебраических сумматоров 3 и 4 сформировались сигналы, пропорциональные соответственно суммам температур (125+127) С и (137+135) С, т.е. в 252 и 272О С. Тогда на выходе алгебраического сумматора 5 сформировался сигнал, пропорциональный разности (252 — 272)=-20 С, который поступил на первые входы алгебраических сумматоров 6 и 7. На второй вход алгебраического сумматора 6 поступил сигнал от задатчика 8, пропорциональный значению в 8 С, а на второй вход алгебраического сумматора 7—

172.4426

25

35

30х3х30

5Î сигнал, пропорциональный значению в (-8 С), от блока 9 инвертирования, Сигнал рассогласования, пропорциональный значению (-20 — 8)=-28 С, с выхода алгебраического сумматора 6 поступает на вход блока 10 одностороннего ограничения, но далее не проходит, так как его значение < О.

Сигнал рассогласования, пропорциональный значению (-20+8 =-12 С, прошел с выхода алгебраического сумматора 7 через блок 11 одностороннего ограничения (так как его входной сигнал отрицателен) на вход усилителя 12 и далее на вход привода

13 исполнительного механизма, ко орый повернул кристаллизатор против часовой стрелки до достижения разностью между суммами температур заданного значения в

8 С, после чего поворот прекращается.

Техническое преимущество предлагаемого технического решения перед известными заключается в возможности устранения углового смещения между поперечными сечениями кристаллизатора и поддерживающей секции путем поворота кристаллиэатора вокруг его вертикальной оси по величине отклонения разности между суммами температур противоположных рабочих стенок в противоположных углах, измеренной на одном уровне от нижней кромки кристаллизатора, что позволяет устранить дополнительные скручивающие напряжения по сечению оболочки слитка и уменьшить пораженность металла трещинами, снизить число аварийных (предпрорывных) ситуаций, а также повысить стойкость рабочих стенок кристаллизатора, Производительность разливки за счет повышения качества слитка и увеличения выхода годного в процессе разливки повысилось на

3, Относительное изменение себестоимости продукции при повышении производительности на 3 Д составит

УхПхЛ

100. где У вЂ” доля условно постоянных расходов в расходах по переделу, ;

П вЂ” повышение производительности, ;

Л- удельный вес расходов по переделу в себестоимости, $, Ф ормул а изобретения

1, Способ управления процессом непрерывной разливки металла, включающий измерение температуры двух противоположных рабочих стенок кристаллизатора на расстоянии от нижнего торца кристаллизатора. равном 0,01-0,15 его высоты, и перемещение кристаллизатора относительно поддерживающей секции, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества поверхности формируемого слитка, температуру измеряют в двух точках, лежащих на одном уровне от нижнего торца кристаллизатора, на обеих рабочих стенках вблизи углов слитка, определяют разность между суммами температур противоположных стенок в противоположных углах и при превышении значением разности заданного значения поворачивают кристаллизатор вокруг вертикальной оси в направлении уменьшения укаэанной разности температур.

2. Устройство для управления процессом непрерывной разливки металлов, содержащее датчики температуры рабочих стенок кристаллизатора, первый, второй, третий, четвертый и пятый алгебраические сумматоры, эадатчик разности температур, последовательно соединенные усилитель и привод исполнительного механизма поворота кристаллизатора, причем выход первого датчика температуры первой рабочей стенки соединен с первым входом первого алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего алгебраического сумматора, выход первого датчика температуры второй рабочей стенки соединен с первым входом второго алгебраического сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего алгебраического сумматора, а выход задатчика разности температур соединен с вторым входом четвертого алгебраического сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стойкости рабочих стенок кристаллизатора и качества формируемого слитка, оно дополнительно содержит блок инвертирования, первый и второй блоки одностороннего ограничения, причем выход третьего алгебраического сумматора соединен с первыми входами четвертого и пятого алгебраических сумматоров, второй вход пятого алгебраического сумматора соединен с выходом блока инвертирования, вход которото соединен с выходом задатчика разности температур, выход четвертого алгебраического сумматора соединен с входом первого блоке одностороннего ограничения, а выход пятого алгебраического сумматоре соединен с входом второго блока одностороннего ограничения, .выходы первого к второго блоков одностороннего ограничения соединены е входом усилителя, кроме тото, выход второго датчике температуры первой рабочей стенки соединен с вторым входом второго алгебраического

1724426

Составитель Ю.Калягин

Техред М. Моргентал

Редактор С.Патрушева

Корректор Т,Палий

Заказ 1692 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 сумматора, а выход второго датчика температуры второй рабочей стенки соединен с вторым входом первого алгебраического сумматора.