Способ контроля работы металлоприемника машины непрерывного литья

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью. Цель - повышение качества и увеличение выхода годного. Способ состоит в определении времени пребывания металла в металлоприемнике в зависимости от температуры металла в ковше и плотности теплового потока через футеровку металлоприемника.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам контроля процессов непрерывного литья металлов. Цель предлагаемого способа - повышение качества слитков и увеличение выхода годного за счет уменьшения загрязненности слитка неметаллическими включениями. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе контроля работы металлоприемника, включающем сравнение времени пребывания металла в металлоприемнике с минимально допустимым временем пребывания, измеряют температуру металла в ковше Т, температуру металла в металлоприемнике, температуру футеровки на двух расстояниях от ее рабочей поверхности и рассчитывают плотность теплового потока через футеровку по зависимости: q = , Вт/м², где t₁ и t₂ - температура футеровки на меньшей и большей глубине от ее рабочей поверхности, ^оС; Δz - разность глубин измерения температур t₁ и t₂, м; - коэффициент теплопроводности футеровки при средней температуре ее слоя, Вт/м^оС. После чего определяют время пребывания по зависимости: τ = , где С₁ - величина охлаждения металла в струе при приливе из ковша, равная 2-20^оС; М - масса металла в металлоприемнике, кг, определяемая по уровню металла; С - теплоемкость расплава металла, Дж/кг ^оС; С₂ - площадь контакта металла с футеровкой, м², определяемая по уровню металла в металлоприемнике; С₃ - степень черноты расплава; С₄ - площадь поверхности расплава металла, м². Предлагаемый способ основан на использовании аналогий в процессе переноса тепла и включений в металлоприемнике. Чем больше время пребывания данной порции расплава, тем больше будет ее рафинирование от включений и тем в большей степени она остынет в металлоприемнике за счет теплоотдачи в футеровку и излучением с поверхности расплава. При сильном развитии застойных зон уменьшается рафинирование и падает теплоотдача в футеровку. При турболизации растет вынос включений на поверхность и увеличиваются потери тепла в металлоприемнике. Известно уравнение для определения температуры на выходе из металлоприемника t через время пребывания τ :
t = T = C₁ - τ [C₂q + C₄q_изл]MC, (2) где q_изл - плотность потока излучения с поверхности расплава, откуда следует справедливость выражения (1). Константа С₁, входящая в зависимости (1) и (2), зависит от способа перелива металла из ковша в металлоприемник, в случае подвода металла через погружной стакан охлаждение составляет 2^оС, в случае перелива металла открытой струей охлаждение излучением может быть вычислено по известной методике, которая дает значение С₁ до 20^оС. Наиболее точно время пребывания может быть вычислено при подводе через погружной стакан, а именно этот вариант является оптимальным с технической точки зрения. Предлагаемый способ контроля работы металлоприемника реализован следующим образом. Непрерывное литье стали осуществляли на МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним вытягиванием слитка. Конструктивной особенностью этих МНЛЗ является жесткая установка металлоприемника на качающемся кристаллизаторе, что не позволяет использовать металлоприемники большой емкости. Разливка ведется в слябы сечением 50 x 500 мм при температуре в ковше Т=1582, в металлоприемнике t = 1520^oC, с подачей металла в металлоприемник через погружной стакан. Скорость вытягивания v 2 м/мин. Контроль температуры в ковше и металлоприемнике осуществляют термопарами ВР 5/20 постоянного погружения в кварцевых защитных колпачках. Плотность теплового потока через футеровку измеряли по сигналам t₁и t₂ двух термопар ВР 5/20, расположенных на глубинах 5 и 15 мм от рабочей поверхности футеровки пересчетом по зависимости:
q = × 0,69+0,00075; в процессе литья t₁ = 1434, t₂ = 1262. q = 0,69+0,00075 = 2920 Вт/м². Глубины установки термопар в футеровку 5 и 15 мм от рабочей поверхности обусловлены следующим. Меньшая глубина - 5 мм - выбрана с учетом факта эрозии футеровки металлоприемника в процессе разливки на величину 1-4 мм и требования отсутствия контакта жидкого металла с термопарами футеровки во избежание их разрушения при одновременном стремлении разместить эту термопару на минимальной глубине для большей точности измерения нестационарных температур футеровки. Большая глубина - 15 мм - выбрана с учетом достаточно большой разности температур t₁ и t₂ для снижения погрешности расчета t₁ = t₂ при ограничении на тепловую инерционность слоя футеровки между двумя глубинами (установки термопар) в нестационарных тепловых режимах. Теплоемкость расплава С = 720 Дж/кг^оС, степень черноты расплава С₃= 0,96. У металлоприемника при литье С₂ = 5 м² С₄= 2м². Сигналы T, t, t₁, t₂, v поступают в ЭВМ КТС ЛИУС-2 с периодичностью опроса 3 с. ЭВМ вычисляет текущее значение С₂ по зависимости:
C₂ = 2 + м², где 2 - площадь днища футеровки, м²;
3 - площадь боковой футеровки, м², при уровне металла в металлоприемнике 0,5 м;
Н - текущий уровень металла в металлоприемнике, м; Н = 0,5. ЭВМ вычисляет текущее значение М по зависимости
М = 700 кг = 700 × = 700 кг. где 700 - масса металла, при уровне 0,5 м. Информация о величине τ выдается на дисплей на пульте управления. Время пребывания составило 4 мин при минимально допустимой величине 5 мин, поэтому было принято решение о снижении скорости вытягивания до 1,5 м/мин. При скорости 2 м/мин массовая скорость литья составляла 780 кг/мин, так что оценка времени пребывания определяется известным способом и составляет 700 кг/780 кг/мин = 9 мин, так что реальное время, определяемое по предлагаемому способу, в 2 раза ниже оценочного значения. Использование только оценочного значения для контроля приводит к загрязнению металла включениями. Слиток, отлитый при скорости 2 м/мин, недопустимо загрязнен, а при 1,5 мин/мин достаточно чист по включениям. Использование предлагаемого способа позволяет по ходу литья определить реальное значение времени пребывания металла в металлоприемнике, исключать загрязненность слитка неметаллическими включениями, за счет уменьшения отбраковки увеличить выход годного на 5%.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ МЕТАЛЛОПРИЕМНИКА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, включающий сравнение времени пребывания металла в металлоприемнике с минимально допустимым временем пребывания, отличающийся тем, что, с целью повышения качества слитков и увеличения выхода годного за счет уменьшения загрязненности слитка неметаллическими включениями, измеряют температуру металла в ковше T, температуру металла в металлоприемнике t, температуру футеровки и на двух расстояниях от ее рабочей поверхности t₁ и t₂ рассчитывают плотность теплового потока через футеровку по математической зависимости
q = , Вт/м²,
где t₁ - t₂ - температуры футеровки на меньшей и большей глубине от ее рабочей поверхности, ^oС;
Δz - разность глубин измерения температур t₁ и t₂, мм;
- коэффициент теплопроводности футеровки при средней температуре ее слоя, Вт/м^oС,
и определяют время пребывания по математической зависимости
τ = , C,
где C₁ - величина охлаждения металла в струе при переливе из ковша, равная 2 - 20^oС;
M - масса металла в металлоприемнике, кг, определяемая по уровню металла;
C - теплоемкость расплава металла, Дж/кг^oС;
C₂ - площадь контакта металла с футеровкой металлоприемника, определяемая по уровню металла в металлоприемнике, м²;
C₃ - степень черноты расплава;
C₄ - площадь свободной поверхности расплава металла, м².