Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ (стр. 1 из 9)

На рис. 1 схематично показана часть технологической линии разливки металла от промежуточного ковша до тянущей клети. Жидкий металл, находящийся в промежуточном ковше, под действием силы тяжести вытекает через стакан в ковше и попадает в кристаллизатор, где начинаются кристаллизация и образование слитка.

Дальше металл с определенной скоростью вытягивается из кристаллизатора, проходит зону вторичного охлаждения и входит в ролики тянущей клети, которые обеспечивают его непрерывное движение по технологической линии. Затвердевший слиток после тянущей клети разрезается на заготовки заданной длины.

Основные особенности технологии разливки следующие.

Рис.1. Технологическая схема разливки металла в кристаллизатор: ПК — промежуточный ковш; К — кристаллизатор; ТК - тянущая клеть; Р — резак.

Технологический цикл имеет, как правило, постоянную длительность и большую часть времени процесс является стационарным. Только дважды, в начале разливки и в конце, имеет место нестационарный режим.

Переход от нестационарного режима к стационарному можно охарактеризовать следующей системой равенств:

(1)

где H_T и H_З соответственно текущий и заданный уровень металла в промежуточном ковше; V_T и V₃ — скорости тянущей клети; h_T и h₃— уровни металла в кристаллизаторе. Считается, что на установке могут быть обеспечены заданные значения H_З, V₃и h₃.

Четвертое равенство, характеризующее состояние теплового баланса, не показано, поскольку, оно непринципиально для рассматриваемого случая.

Для подавляющего большинства МНЛЗ величины H_З и h₃ от разливки к разливке изменяются незначительно. Скорость v3 колеблется в 10 раз и более. Сечения кристаллизаторов также могут изменяться в больших пределах от 100X100 мм до 250Х 1600 мм (от 0,01 м² до 0,4 м²), т. е. в 40 раз.

Однако изменения скорости v3 разливки и сечений кристаллизаторов характерны для разных типов МНЛЗ, а не конкретных, Для конкретной МНЛЗ эти параметры почти неизменны или изменяются в более узких пределах, например, скорость — в 2 раза, сечение — в 4 раза.

Можно также отметить тенденцию к сохранению постоянства производительности МНЛЗ, т. е. сохраняется произведение

П = Vc • S_K м³/мин,

где 1>с — скорость движения слитка; SK — сечение кристаллизатора.

При одинаковых объемах разливаемой стали это означает, что время разливки, а следовательно, и расходные характеристики стопорных пар ковшей не изменяются.

Кратко рассмотрим особенности применяемых стопорных пар промежуточных ковшей. Как правило, стаканы имеют комбинированные внутренние стенки. Верхняя часть стакана выполняется по форме коноидальной насадки, которая позволяет избежать образования внутреннего сжатия струи, значительно уменьшает сопротивление стакана, а также увеличивает расход.

Рис. 2. Характеристика стопорной пары:

Q_n , h_С , h'c , h"c— координаты рабочей точки; Q_n— значение расхода при разливе стопорной пары и фиксированном положении стопора;

h 0, hQ — смещение координаты положения стопора при его закрытии.

Форма стопора в большинстве случаев определяется требованиями высокой стойкости при дросселировании металла через стопорную пару.

Результирующая расходная характеристика является сложной кривой. На ней можно выделить три основных участка (рис. 2).

Первый (нижний) характерен для случая сравнительно высокого сопротивления стопорной пары. Струя жидкого металла неплотная, имеет малую кинетическую энергию и тенденцию к периодическим движениям по стенкам стакана.

Второй (средний) характеризует резкое увеличение расхода через стопорную пару вследствие эффекта подсасывания стакана. Сопротивление стопорной пары остается сравнительно высоким, кинетическая энергия струи возрастает. Поэтому стопорная пара достаточно сильно подвержена разрушающему действию жидкого металла.

Третий (верхний) характеризует выход стопора из зоны интенсивного дросселирования. Сопротивление жидкому металлу уменьшается. Струя почти полностью заполняет стакан, стопор не оказывает никакого сопротивления потоку металла, и расход определяется только сечением стакана и гидростатическим напором (кривая переходит в прямую линию).

Для определения расхода при полностью открытом стопоре можно воспользоваться известной из гидравлики формулой

Qm =μS_c

2gH_T, (2)

Где S_c — сечение стакана;

g — ускорение свободного падения.

Величина уровня металла в промежуточном ковше H_ПК должна отсчитываться от центра тяжести столба металла в стакане.

Как показывает опытная проверка, для спокойных марок стали в нормальных условиях разливки μ=0,9

Общая протяженность расходной характеристики для стопорной пары при наибольшей устойчивости размыву небольшая, около 15 мм. Из них на наиболее крутую и линейную часть приходится а..-7 мм. Изменяя геометрию и форму стопорной пары, можно расширить линейную часть, однако в процессе разливки при недостаточной стойкости огнеупоров могут произойти необратимые изменения конфигурации стопора и стакана и соответственно существенные искажения всей формы расходной характеристики.

Поэтому часто оказывается целесообразным выбрать такую форму дросселирующей пары, при которой ее геометрические размеры в процессе разливки не изменяются. В этом случае вид кривой расходной характеристики также не изменяется, она только перемещается параллельно самой себе влево вдоль оси h_C (кривые 1, 2, 3).

Все сказанное относится прежде всего к стопору, поскольку в основном он подвержен размыву струей металла. Положение усложняется, когда значительно размывается стакан.

Одним из важных моментов перехода к стационарному режиму разливки является правильный выбор положения рабочей точки на расходной характеристике. Кроме того, для обеспечения нормального режима дросселирования необходимо, чтобы это положение сохранялось фиксированным от разливки « разливке.

Выполнение этих требований создает дополнительные трудности, а иногда, при частом изменении заказов на слитки, оказывается чрезвычайно сложным.

Действительно, для того чтобы рабочая точка при достижений стационарного режима находилась в заданном положении, необходимо:

1)строго соблюдать допуски на изготовление стаканов и стопоров;

2)сохранять постоянной производительность МНЛЗ при изменениях размеров слитка, когда сечения стаканов остаются неизменными;

3)стабилизировать заданное значение уровня металла в промежуточном ковше;

4)обеспечить постоянство вязкости стали в определенных пределах.

Одним из вариантов технологического режима является разливка через стакан без дросселирования, так называемая разливка

с дозатором. В этом случае стопор выводится из зоны дросселирования и расход определяется в соответствии с формулой (2).

Такой режим применяется при получении слитков малых сечений и обеспечивает хорошую струю металла <из промежуточного ковша. Соответствующим выбором материала огнеупора достигается высокая стойкость стакана и отсутствие размыва. При такой разливке требования, перечисленные в пунктах 1, 3, ,4, остаются в силе. Невыполнение одного из них приводит к нарушению режима разливки и может крайне неблагоприятно сказаться на качестве слитка.

Рассмотренные технологические особенности разливки стали имеют большое значение для проектирования систем автоматизации МНЛЗ, в частности, системы автоматического регулирована уровня металла в кристаллизаторе. Одним из важных технологических требований является стабилизация уровня металла в кристаллизаторе, качество которой необходимо оценивать в первую очередь по амплитудному критерию.