автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Управление охлаждением сляба на основе эффекта вторичного разогрева его поверхности

Государственный комитет РФ по высшему образованию ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

РГ6 03 На правах рукописи

УДК 669.02.09

? 2 МАЙ 1995

БАШИРОВ НАВАК ГАСЛИТДИНОВИЧ

УПР/жЗЛЕНИЕ С'ААЖДЕНИЕМ СЛЯБА ^ НА иСНОВЕ ЭФФЕКТА ВТОРИЧНОГО РАЗОГРЕВА ЕГО ПОВЕРХНОСТИ

Спец» .ьносто: С^ .04 - промышленная теплоэнер етика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чеаеповец 1995

Работа выполнена на кафедре "Тепловые процессы в технологических системах" Вологодского политехнического института.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

Ведущее. предприятие - АО "Ново-Липецкий металлургический

комбинат"

Защита состоится "14" июня 1995г. в _14__часов на

заседании диссертационного совета К.064.79.01 при Череповецком государственном индустриальном институте по адресу: 162600, г. Череповец Вологодской обл., пр.Победа, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧГМИ.

РФ, академик Международной и Российской инженерных академий, доктор технических наук, профессор Шичков А.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Лабейш В.Г., кандидат технических наук, доцент Сорокин С.В.

Автореферат разослан _{и___мая 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Акт^альность_2эбота. Одним из перспективных направлений в

мота тт •ттгтгт* атэлаатла ттпо тяпгг-.4 г» mo тт uq »кситпшоу tj arm а-nt-ro tin "пг\ ггггФт_а

i. LJtflVi j jJ-tX yiiJUKlv J.WJ1 <_!«_> */U( ¿¿J U i Ullili IV1 IU X Vi. tJ'^iJ^U ^JJUHUi W lIUI J. U'l

заготовок (МНЛЗ). Широкое применение непрерывного литья стали позволяет сократить цикл металлургического производства, получить широкий диапазон сечений заготовок, уменьшить энергетические расходы, повысить выход годного и улучшить качество литого металла.

Дальнейший рост производительности МНЛЗ, увеличение скорости вытягивания сляба и расширение марочного сортамента разливаемых 1-;т£и16й связаны иротдо ь^го с рбПОНЙбМ вэжной и СЛОНЯНО? устранения дефектов в слябах и особенно трещинообразования. Качество заготовок, а также надежность и производительность МНЛЗ существенно определяются теплоЕыми процессами, протекающими в затвердевающем металле и элементах оборудования машины. Детальное изуче-^ --яие на МНЛЗ конвертерного производства АО "Северсталь" (г. Череповец) причин по ;лок роликов и факторов, опрв'"-тящих коробление и деформацию сляба, а .такав условий обпазовячил трещин н° поверхности сляба показало, что они являются следствием несовершенства управления тепловым режимом сляба в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ. В процессе эксплуатации МНЛЗ происходит отклонение (дрейф) характеристик оборудования машин вследствие засорения форсунок, распыляющих водовоздушную эмульсию различными примесями, "ViaMtttloiüi.-. päirierpOB ЦОДЕОДЯЗЯХ ТрубЛХрййГ.'ОВ BbÄüo£Äov~'Glwoiii рожков и их с^дних опор, изменения параметров регулирующей и подающей аппараг/ры и др.

В эт'--* связи решение практической проблемы контроля и управления прсоссами кристаллизации и затвердевания сляба в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ, основанное на более полной и достоверной информации о текущем состоянии сляба и оборудования является актуальной. Информативной характеристикой процесса затвердевания металла в зоне вторичного охлаждения !.ГГ13 может служить харзктер изменения температуры поверхности сляба - величина его вторичного разогрева, зависящая от текущего состояния технологических, ^аггплл^оических Vг.u^^ут/ftiTjy параметров уптзновки и их отклонений В процесс-

7га лвляетси разработка теории птсричксгс разогрева поверхности сляба в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ и разработка методов и способов управления охлаждением сляба в ЗВО МНЛЗ,

основанные на этом эффекте.

Методы исследования. Работа выполнена на основе комплексных натурных, лабораторных и теоретических исследований теплообмена на машинах непрерывного литья заготовок в зоне вторичного охлаждения с учетом математического моделирования процесса затвердевания и охлаждения сляба.

Научная новизна работы.

1. На основе комплексных промышленных исследований температурных полей ЗВО МШ13 выяш.ан информативный теплофизический параметр - вторичный разогрев поверхности сляба, характеризующий текущее его тепловое состояние г зависимости от конструктивных, теплофкзических и технологических параметров разливки.

?. Даны общая постановка, основные уравнения и грани'гные условии математической модели процесса вторичного разогрева :.лябэ за '.'ЭМКЛЗ. На осноер созданной модели установлена взашосЕ тепг :-:ах параметров разливки в зависимости от текущего состоя ~~я характеристик оСмщ&ь&Лп уста^о^и*.

З.^йё-Ходя из математического описания- взаимосвязи вторичного разогрева сляба от текущего состояния оборудования МЙЯЗ, разработан принципиально.новый способ определения толщины оболочки сляба в процессе его.вытягивания.

а, Для реализации способа управления охлаждением сляба и ¿ВО ■ШВ разработано способ контроля температуры его поверхности. - ■ ■-Ь--Преддд^л' спас■■ хтрорнозшрования .качества поверг-" сляба ,по величине-д^китературы '-го поверхности за ЗВО.

На защиту выносятся:

- Постановка и решение задачи математического моделирования процесса вторичного разогрева поверхности сляба за зоной вторичного охлаздения МНЛЗ.

- Методика расчета толщины твердой оболочцк сляба, протяженности и температуры максимального его разогрега, полученные с учетом эффекта вторичного разогрева поверхности сляба.

- Способ определения толщины оболочки сляба после ЗВО МНЛЗ.

- Методика настройки вторичного охлзкдения МНЛЗ, обеспечивающая рациональные режимы охлаждения.

Достоверность полученных результатов обусловлена применением современных.--методов . исследований, „и_ подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний способа контроля и управления охлаждением сляба на МНЛЗ.

Практшеская_ценность_работы.

1 На основе решения уравнений математической модели процесса вторичного разогрева поверхности сляба в зависимости от конструктивных и технологических, параметров М11ЛЗ получены и подтверждены экспериментально соотношения для инженерного расчета тепловых параметров сляба при непрерывной разливке.

2. Разработан метод тарирования системы вторичного охлаждения металла. Методике принята в эк тлуатзцию конверторным производством АО "Северсталь".

3. Результаты исследования теплового состояния сляба позволили установить ряд причин коробления сляба, количественно оценить влияние отвода теплоты от слябэ оборудованием. На основе этих данных разработаны ТЭО на реконструкщю системы автоматики МНЛЗ, принятые к реализацию в АО "Северсталь".

" 4. Все машины непрерывного литья заготовок АО "Северсталь" оборудованы- средствами непрерывного контроля охлаждения сляба, разработанные на основе результатов исследован-".

, 5. Разработана инженерная методика о!.х деления параметров вторичного во,, воздушного охлаждения при пе : входных процессах, обеспечивающая рациональные режимы охлаждения. Методика принята к реализацию АО "Северсталь".

6. Раср-зиотзиа методика прогнозирования качества поверхности сляба по величине его температуры за ЗВО МНЮ АС "Созерсталь". ■

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной темой "Теория и метода совершенствования теплофизических процессов в технологических устьтовках" ("Разработка теории метрологического обеспечении вторичногс охлаждения слябовых МНЛЗ") и по заказу АО "Северсталь" 1 рамках хоздоговорных тем "Метрологическое обеспечение ЗВО. МНЛЗ-з, 4. Контро- , и управление затвердеванием сляба" (и 1Ш - 92/181 НС) и "Работь по совершенствованию системы вторичного охлаждения МНЛЗ' (И 57060^).

Апробауия_работы. Основные разделы работы докладывались на техническом совещании в лаборатории непрерывной разливки АО "Северсталь" (г.Череповец, 1992, 1993 г.г.), на Международной конференции "Теплотехнология непрерывной разливки стали и горячей листовой прокатки" (г.Вологда, 1991), на научных семинарах и заседаниях кафедр "Тепловые процессы в технологических системах" ВоПИ и "Теплотехн*жи и гидравлике" ЧГШ.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ. Кроме того, 5 технически решений признаны изобретениями.

ó

0££&§м_ез6оты. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (113 наименований). Объем диссертации составляет 1.2,9 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 2 таблицы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ АНАЛИЗ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МНЛЗ

Рассмотрению вопросов теплофизики формирования непрерывного сляба посвящено значительное количество монографий • и научных статей. Вопросы кристаллизации сляба рассматриваются тз трудах Д.П. Евтеева, В.А. Ефимова, Ю.А. Самойловича, В.Т. : ладкоштеева, ■ В.С.Рутеса, .":.Я.Бровмзна. Теплофизическим аспектам армирования непрерыр-:ого сляба посвящены работы Г.П. *!ванцова, Скворцова и. А.Д. Акименко, А.И. Манохина, ' А.и. Беииика, tí.К. Катаева, К.И. Шеотакова и Б.Т. Борисова. Тепловые процессы при переходных • режимах разливки наиболее полно рассматриваются в работах В.И. Лебедева ,.-'3.К.--Кабакова, A.Z. Кузьминова, Н.И. Никитекко, В.А. Карлика, СТА: Филатова, В.И. Доздикова. Тепловая работа роликов МНЛЗ списана s трудах А.Н. Шгчкозэ, В.М. Нисковскиг.-С.Е. Каритнского, Ю.В. Денисове,- .'.В. Третьякова, В.П. Козлова и др. • Анализ ju'í ^--зтурных источников современного состояния алгс-жт-

1 мов и способов _j фавления затвердеванием сляба в зоне вторичного

охлаждения МНЛЗ позволил сделать следующие выводы: - * • 1. В настоящее время в системах управления охлаждением ЗВО ..'используются разнообразные алгоритмы ~ и способы, которые основываются на различных физических явлениях и математических моделях кристаллизации сляба. Однако неполнота физического и математического описания процесса кристаллизации, приблизительность некоторых теплофизических параметров, сложность математической и аппаратурной реализации алгоритмов, снижающая точность результатов расчета параметров затвердевания, требуют разработки способов контроля и управления тепловыми режимами ЗВО с использованием комплекса.текущей,информации о тепловом состоянии сляба.

2. В существующих математических моделях затвердевания не учитывается • отклонение (дрейф) ' характеристик оборудования в процессе эксплуатации МНЛЗ. Поэтому не обеспечивается требуемое качество охлавдекия при засорении части форсунок, роликов, сред-

них опор роликов, полакщкх трубопроводов и др.

ЯЛйТСЯ "СКТрОЛЯ и

3- Наиболее е.южкш ; у» л L •ешения

управления тепловыми процее сами в с50

"о^зливк;!.

4- Трудности получения теку ин"

'_'лябэ тг^бу^Т р яр 21 J о ti "lí н'. ^редст;

качегтьа ^з^^ре^^й ^«-^тл-^вн*'* ттр-г - л с. '"Пт-.пс;

Z. J П J ¿j Т -Т а Л Г,V Р JJfJ Г\ — ТГ П JT wT^TTA нвоб'

Cí-fif^-u TibT'CíTJUV nrr.-ip.^Sr-, с 'X с. п — -— ----,J-V ..... - íl " ' ''tv тгттг,

-TI^.'-nCitrT

разливки в 2В0 МНПЗ.

3 зтой связи ставятся следующие основные задачи работы:

1. Исследовать теплев?® работу ЗБО ШЛЗ кгн оль^кла управления -6 целью выявления информативного тешюфизического параметра, характеризующего текущее теплофизическое состояние сляба б процессе непрерывной разлиЕки.

2. Разработать математическую модель процесса вторичного разогрева сляб° за зоной вторичного охлажден ~ '.ЩЗ..И ...установить аналитическую ь.-язь его с технологическими, кон" lруктизными и теп-лофазическими парчм^гоемп установки.

3. Ня основе провеяеннн? лсолевовшнй ре^р^'отзть способ и

вытягивания.

4 ^зз'пз(">оф2ТВ в-е з лк - о в з т ^ '/г^войо^вз котовы0 ^ ~~~ ~ v ^ ^ ^ ^ надежный замер контролшзуемчх параметров в ш?,глх осуществления

п^r^ff.ríQ у5. -деления " о* л £ л л в iг" г л '""лясз в промышленных условиях.

Т5Ш10ФИБИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ СЛЯБА Б "ОКЕ В70РКЧКСГ0 ОХШЦЕНШ МЮГЗ

Как известно из теории теплопроводности, при затвердевании непрерыЕноотливаемого сляба ка МНЛЗ все тепловые воздействия на слиток осуществляются в основном через его поверхность. Поэтому температура поверхности кристаллизирующегося сляба является важней его внешней характеристикой, п& которой можно судить о тепловом состоянии его внутренних "Сластей; Пои промышленных измерениях теплового режима работы зоны вторичного охлаждения на !>ШЗ конструкции Уралмягаяяеодя v "¡сгр.в; "Фест Альшгяе" (ФРГ) К"ми выявлено, что происходит изменение сазогсеЕ) температуры поверхности сляба при уменьшении интенсивности охлаждения с большей величины на меньшую. На рис.1 показаны экспериментально измеренные температур-

ше поля металла в слябовых 1ШЛ2 фирмы "Фест Аллане "(ФРП вдоль ее технологической оси. На участка:«: поверхности сляба сразу после кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения МНЛЗ температура начинает повышаться. Анализ показал, что в этих случаях изменения температуры поверхности сляба связаны с существенным уменьшением теплосъема с его поверхности при переходе от одной зоны машины непрерывного литья заготовок к другой (от кристаллизатора к ЗВО и от ЗВО к свободному охлаждению на воздухе).

Дальнейшие детальные исследования зависимости вторичного разогрева от состояния охлаадающих роликов и их водоохлаждаемых средних опор, от отклонений гидродинамических и технологических характеристик форсунок, от распределения расходов воды (водоеозду-ха) по зонам вторичного охлаждения при стационарной скорости вытягивания сля*;; и переходных режимах разливки (смены разливочного стакана и г .межуточного кова: и др.) показали информативность параметра е "жчного разогрева поверхности сляба. Н? рис.2 представлен характерный' фрат-т температурного ииля - на поверхности сляба по малому радгусу вдоль технологической оси машины АО "Северсталь" при разливке стали марки 16ГС, когда температура стали б промновше была рактэ В данном

случае ' разливочный стакан сменили зй" 7" минут. Разливка велась н? «км лети о,я м/ыин. Диализ температур^?* ПО-«в;' «а пс£-:рхностй сляба показ«?'">т, что в зависимости от ие -та установки датчиков г зона: вторичного охлаждения МНЛЗ изыа-нение температур происходит по- разному и в разных направлениях (конструкция и принцип действия датчиков приводится в 4 главе). Например, на отметке 7,6 м датчики Д1 и Д2 показали уменьшение температуры поверхности после снижения скорости разливки, а в точках 12,5 м и 19,2 м после уменьшения скорости разливки сначала происходит разогрев поверхности сляба, а лишь затем - ее понижение. После выхода на новую скорость вытягивания сляба температуры поверхности в данных точках ЗВО изменяются также по-разному и с разной интенсивностью. Как видно, зафиксированные колебания температуры поверхности сляба указывают*на то, что управление расходами воды (Еодовоздухэ> не обеспечивает нужый режим охлаждения сляба.

Учитывая информативность параметра вторичного разогрева поверхности сляба и его зависимость от текущего состояния теплофизических, конструктивных и технологических параметров МНЛЗ, поставлена задача исследовать теплофизику данного явления на стационарных и переходных режимах формирования слябя и разработать

t ,°с

1400

1200

1000

800

о

б

12 18 24 30 36 Ъ, м

Рис.1. Температурное поле сляба:

1 - в центре сляба, 2 - в промежуточной области, 3 - на поверхности сляба. '

10 20

70 80 Т,мин

Рис.2.Температура поверхности сляба

при переменной скорости разливки

способ и алготжтм управления охлаждением сляба с использованием этого явления.

Процесс затвердевания слябь ' ъ зоне вторичного разогрева поверхности "сляба решен прибликэнным аналигическтсч: методом. Математически задача сформулирована следующим образом (рис.з):

ati(sIT) вЧ^х.т)

---------= ai------------, i = 1,2; 1 > О;

д% Эх* О х2 5; б < xt<

где а - коэффициент температуропроводности, С - толщина оболочки, т - время, х - координата, А - толщина сляба. Система допо.гляется условиями однозначности

tt(xfT) = í.>0;

t2(x,t) = г х);

= -

- Зх

tt(6,t) = t^G-O = tv; ■ t(0,T) = tn ,

где . :-->>). - некоторые заданные функция; - '^«терлтура

ктзиотаптщгацгаг; L. - гущ;*:уат{ц,^:.;иоверхности сляба.

На гр-зще раздела фаз справа .;шео длффер^щиальное уравнение

теплового баланса ñt (0>, , дг ,%) Р г J*L = ^ „i------------,

dT 9х <3х

где г - удельная теплота кристаллизации; к, р - коэффициент теплопроводности и плотность металла соответственно.

Так как после зоны вторичного охлаждения процесс кристаллизации металла происходит в условиях снятого перегрева, поэтому в решении задачи температура жидкой фазы в зоне вторичного разогрева постоянна и равна температуре кристаллизации металл?. Температурное поле по сечению затвердевшей оболочки задано в вид.- линейной зависимости. Датчик Д1 измеряет температуру ti поверхности сляба в начале процесса разогрева, а датчик Д2- через время, равное l/v, где i - расстояние меж®' датчиками температурь: поверхности сляба. Ясно, что толщина оболочки о и температура поверхности сляба t под первым датчиком, как начальные условия, определяют для каждого режима работы МНЛЗ законы изменения температуры слоя и

X \

Рис.3. Расчетная схема: I, с - жирная и тсзрдая <рьиы; 3, 4 - водоохлаждаемы'; ролик*, о, £ - датчики температуры поверхности сгиба

толщины оболочки ео все последующие моменты времени. Однако, - в условиях МНЛЗ нельзя измерить. "Поэтому главным в рассматриваемом методе будет возможность- замены начальных условий t и S измеряемыми температурами t и t„ при разогреве поверхности сляба.

Решение поставленной задачи при граничных условиях первого рода методом, интегрального теплового баланса дает уравнение тгля определения толщины оболочки сляба под первым датчиком в виде

£1 в

Q -----Т (2)

i' (Р - а)

Эта формула определяет толщину оболочки под первым датчиком по -результатам измерения температур tt и t2 двумя датчиками, удаленными на расстоянии I так, что Т = l/fl (без учета теплосъема со слитка). Здесь ао и в - константы, характеризующие металл (а0- 2г/с,

в = л/рг), аир выражаются через t4 и t2: t, - t

f(х) = 1 + - -----

1 i" f v. f i- 1 p = _ (, _ __i) L (1 _ __£_), 6 = _£_( __£--- }

2f* • X22 ft f2 f2 ft - 1

С учете;,! охлаждения сляба в соке вторичного разогрева роли катет, охлаждаемыми прокачиваемой через них водой,, и- излучением тепла в окружающее межроликовое пространство получено соотношение для определения- тп.ллптны оболочки сляба р. виде-:-!.

S = z - а/3, (3)

где z находится решением уравнения

z3 + р z + q = Л, где р = а2 - а*/з; q = га/г? - at э2/з + f . . Значения корней даются известными формулами Кардано: если Д<0 и р<0, то

р ч

Д = (—)э + (—)г. Тогда решение находится по 3 2

з = 2 (- р/з)°'= cos(а/з 1 г/з);

z2 3 = 2(-p/3)0,=cos(a/3 х/3), где сова

I

2 (- (р/3 )3)°,=

где

3

S - 1

•(36 эе + 1.5а. в т е + 1.5а в Г - За в f Т);

1

а =-----(аеэ + 1.5а в ж т - 1,5в т т2}.

8Э- 1

Данная математическая модель затвердевания сляба также позволяет рассчитать зону протяженности участка вторичного разогрева i и температуру максимального рззогрева поверхности сляба t3. Полученное уравнение имеет вид:

12?

f ----------[—5J. - -—б3 - алв-о Г т_ + fl^if, - Г;+ал в ó :¿

3 2 1 3 О 3Р 3 3- О 1

5. Í. О 3 3

y!2í- 1)у В] Т*],

2G с (t - t ) -______5__ЕЫХ_____ЗХ____. Z'1- Jl—

С р Б S Т

Также по полученному соотношению бэ = a - 1} экспериментально находя температуру максимума разогрева, можно оценить толщину оболочки сляба в данной точке.

Аналитически вычисленные значения зоны протяженности участка и . максимальной температуры вторичного разогрева сляба можно сравнить с их экспериментально измеренными параметрами для данной марки стали и еносить соответствующие коррективы в принятую математическую модель.

Математическое описание взаимосвязи теплофизических и конструктивных параметров MHJ.13 было использовано для разработки способов и алгоритмов управления тепловым режимом сляба в ЭВО МНЛЗ.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ ПРОЦЕССА1®! РАЗЛИВКИ В ЗВО НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ВТОРИЧНОГО РАЗОГРЕВА ПОВЕРХНОСТИ СлЯБА

На основе проведенных исследований разработан способ непре-

равного контроля толщины оболочки слябз после ЗВО по результатам косвенных замеров. Способ включает измерение расходов охлаждающей воды в роликах Gi и ее нагрев -скорости вытягивания сляба V, шага роликов Б, расстояния между .датчиками 1 и замера разогрева сляба ^ и ^ . на данном' расстоянии. Расчет толщины оболочки производится в соответствии с выше полученной формулой:

г1/г2'+ Т ®/а0 13)3 - в" + 1.5а0 в Т(Г/Ггч Т^ + б,) -

-1.5в т ш2 - з а0 в £1 (31 ш = о, (5)

где зо, £г, е, ж, з. 7, а1, а2, аз - коэффициенты, зависящие от теплофизических параметров разливаемого металла, охлавдающей воды и конструктивных■характеристик оборудования МНЛЗ.

Данный способ позволяет вести контроль толщины оболочки сляба с точностью 1,5*1 о-3 м. Разработанный способ реализуется следующим образом. С помощью соответствующих датчиков непрерывно измеряется разогрев температуры поверхности сляба, расхода охлаждающей воды в роликах, ее нагрев, г-сорость вытягивания сляба. Информация о результате замеров непх -вно поступает в блок числительных операций, где по ьысснуа^тюму алгоритму рассчитывается величина толщины оболочки в' зоне разгиба сляба. В устройство сравнения сигналы поступай- о вычислительного устройства и с задатчяка постоянных сигналов. Здесь производится сравнение фактических значений толщины оболочки с технологически заданной толщиной при данной скорости вытягивания. В случае несовпадения формируются сигналы на исполнительные механизмы об измэнении расходов охлаждающей воды в ЗВО, которые определяются экспериментальным способом. Разработана методика определения охлаждаюту.:' способности ЗВО "МНЛЗ. Разработанный способ успешно испытан в условиях МЮГЗ АО "Северсталь".

Для разработки способа контроля за т- мпературой максимального разогрева и продолжительности участка вторичного разогрева поверхности сляба после ЗВО МНЛЗ использовано следующее полученное соотношение:

^ = — - ---5* - а0в IV- 1) +а0 в б,х

\ о 3 з

х(21г 1)тр + в т г^ ]. (6)

Для решения уравнения методом итераций необходимо воспользоваться также полученными следующими уравнениями:

а (а в

У г9из ' ' '

и

С81

Полученный способ успешно испытан в условиях АО "Северсталь".

Дополнительно разработан способ управления теплосъемом со сляба на переходных режимах работы МНЛЗ с использоьанием вторичного разогрева сляба. При переходных режимах разливки параметр вторичного разогрева поверхности сляба- позволяет оценить величину изменения теплосъема в зонах вторичного охлаждения МНЛЗ. Эти экспериментальные данные служат основой для организации управляющего воздействия на поверхность сляба с целью снятия перегрева и переохлаждения поверхностей сляба. В основу управления расходами воды в зонах вторичного охлаждения предложен ЗСГСиН лйкиийоГО умвйешоппЯ роСХидиБ . оидл ПрЙ СМбпв разливочного стзкака ш промковша, который задается в Биде:

о = л. V / I, "V -Ч'н ' ь'

где - скорость уменьшения расходов воды в лзнной зоне при снижении скорости вытягивания,

ъ, а,...,- .длина и расход воды б данной зоне до снижения скорости

И 1-' I

вытягивзнйя,

vн - новая сниженная скорость вытягивания сляба. Элементы данного способа испытаны в условиях МНЛЗ АО "Северсталь".

Разработанные способы управления тепловым режимом ЗВО МНЛЗ для своей реализации требуют наличия надежно действующего

. устройства измерения температуры поверхности сляба в условиях МНЛЗ.

ОСВОЕНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ' СЛЯБА В ЗВО

Для реализации предлагаемых способов разработан измеритель (датчик) температуры поверхности сляба в условиях непрерывной разливки (рис..4). Измеритель действует на принципе тепломера, где лучистый тепловой поток от сляба определяется дифференциальной термопарой. Нормирование второго спая осуществляется путем регламентированного отвода теплоты принудительно подаваемым воздухом в зазор между внутренней трубкой и корпусом датчика. Для определения метрологических характеристик измерителя температуры поверхности

Рис.4. Датчик температуры поверхности сляба:

1 - верхняя хрынка, 2 - несущий хорпус, 3 - опорное кольцо, 4 - соединительный блок термопары, 5 -соединительный итуцер подачи воздуха, 6 - термопаре, 7 - соединительный разъем, 8 - термостабижиаатор, 9 - стопорная гайха, 10 - муфта, II - изолшция, 12 -теплоприешик, 13 - жидкость.

сляг'- ц:.т;*чено соотношение, ошгсывашвб распределение температур 1 по длине стержня теплоприемника:

о ,4 ъ x

- С/Б -г Ь - а)е

= - [Цъ -а Е

и ,=:■

+ а

0,5 в ' 1

- о/В + 'Л В - а)е

.-В 1

в°'51 -В°»*1

где 1; - текущее значение температуры теплоприемника, ^ - псчслыое значена '^д

- конечное значение температуры охлаждающего Еоздуха. в = к и / Я г, а = в г, о = в - Чэ),

X, к, I, и, 1 - коэффициенты теплопроводности, теплопередачи, площадь поперечкисго сечения, периметр и температура в поперечном сечении стержня тегогеприемниха соответственно.

Также аналитически получено соотношение, оххисыьсгг^э зависимость показаний -ъмерителя от способа чновки на МКЛс и оптических свойств системы "сляб-измер, тель":

и (^в - а)еБ°'в1 - о/Б°'в

а £ ___ ___ _ 0/з > ]_

° -Б 1 , -В 1

— с

°о [(^/ЮО)4 - (т/юоПф^

£ - приведенная степень черноты системы, с - постоянная Стефаяэ-Больимана,

о ^

Т - ■:ешёрзтура поверхности сляба,

? - „емпература тепловосприниманцей поверхности измерителя, Ф - угловой коэффициент системы сляб-измеритель, т - площадь тепловоспришшающей поверхности измерителя.

ф12= [ъ - (гг - д^н2)0'5,

Р. = г /Ь, Н = "п/'г, 2 = 1+0 +К2)Н2,

+

ia

г, h - радиус круга площади визирования на слябе, радиус

тепловоспринимающей поверхности измерителя, расстояние до сляба

соответственно.

В целях экспериментальной проверки выведенных соотношений для измерителя температуры поверхности сляба разработан лабораторный стенд. С его помощью исследованы основные метрологические характеристики измерителя: зависимость еыходного сигнала от температуры поверхности и расстояния до сляба, от количества и рода теплоноситель, эт расхода (давления) и температуры охлаждающего воздуха л от степени черноты тепловоспринимающей поверхности теплоприемника.

Разработан и принят в эксплуатацию промышленный вариант измерителя температуры поверхности сляба на АО "Северсталь". Способ и устройство измерителя признаны изобретениями. С помощью данных измерителей поверхности сляба испытаны предлагаемые способы контроля теплового режима -сляба в SB0 МНЛЗ.

О РОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Нч основе обзора литературных данных и натурных исследований тепловой работы ЗВО МНЛЗ показано, что в существующих математических моделях затвердевания не учитывается отклонение (дрейф) характеристик оборудования в процессе эксплуатации, что не обеспечивает требуемого качества непрерывнсотливаемого сляба при засорении части форсунок, роликов, средних опор роликов, подающих трубопроводе:; и чегулирулидзй аппаратуры.

2. На основе комплексных пг-'мышленных исследований температурных полей ЗВО МНЛЗ ЕЫЯЕлен информативный теплофизический параметр - вторичный разогрев поверхности сляба, характеризующий текущее тепловое состояние сляба в завилимости от конструктивных, теплофизических и технологических параме .'ров разливки.

3. Даны общая постановка, основные уравнения и граничные условия математической модели процесса вторичного разогрева сляба за ЗВО МНЛЗ. Ча основе созданной модели выполнены расчеты тепловых параметров разливки в зависимости от текущего состояния характеристик оборудования установки.

4. Исходя из математического описания взаимосвязи вторичного разогрева сляба от текущего состояния оборудования МШ13, разработан способ и алгоритм упрэБлемя тепловым режимп;,« зво MK7IG, основанные на измерении величины вторичного разогрева поверхности сляба за ЗВО МНЛЗ в процессе непрерывной разливки. По этой информации

формируется сигнал на охлаждающие устройства. Разработанный способ признан изобретением.

5. На основе решения задач:' затвердевания сляба за ЗВО МНЛЗ с учетом явления Еторичного разогрева его поверхности разработан метод прогнозирования длины и максимальной температуры разогрева поверхности сляба в зависимости от конструктивных, теплофизических и технологических параметров разливки.

ь. На основе натурных и лабораторных исследований разработаны и в промышленных условиях реализованы устройства, позволяющие устойчиво' измерять температуру поверхности' сляба. Выполнено математическое моделирование температурных полей измерителя температуры с целью оценки его метрологических характеристик. Предложенное техническое решение признано изобретением.

7. Разработан способ настройки системы вторичного охлаждения МНЛЗ с использованием эффекта вторичного разогрева его поверхности. Данный способ принят для промышленного использования на АО Северсталь". . -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Баширов Н.Г. "?тод непрерывного контроля толщины оболочки слитка на MHJIS // Тепловые процесс:. б технологически систс -ах: Всерос. :б. научных трудов. - Вып.1. - Череповец: ЧГШ* 1995. >". 9-52.

2. Быстров Л.Г., Баширов Н.Г., Шичков А.Н. Измерительная система для тарирования зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок // Теплотехнология непрерывной разливки стали

и горячей .чистовой прокатки: Материалы международной конференции.- Вып.З. - Вологда, 1991. С. 50-58.

3. Баширов Н.Г., Быстров Л.Г., Шичков А.Н. Измеритель теплового состояния слитка машины непрерывного литья заготовок // Теплотехнология непрерывной разливки стали и горячей листовой прокатки: Материалы международной конференции.- Вып.З,- Вологда, 19Э1.- С. 42-50.

4. Шичков А.Н., Быкасовз E.H., Быстров Л.Г., Баширов Н.Г. Тарирование системы охлаждения в слябовых машинах непрерывного литья заготовок // Сталь. 1993. N4. С.34-36.

5. Баширов Н.Г., Попов С.А. Измеритель теплового состояния слитка МНЛЗ // Технические проблемы в машиностроении и на транспорте: Сборник научных трудов.- Ч.1.- Вологда: BoIM, 1994. С.102-105.

6. Баширов И.Г. Инженерный ме^од определения толщины оболочки слитка зв зоной вторичкого охлаждения МНЛЗ // Технические проблема в машиностроении и яэ транспорте: Сборник научных трудов.-'Т.1.- Псл-.-даг Л.ПЙ, 1334. С.105-103.

7. A.c. I77I673 'СССР). Способ измерения теплового состояния поверхности горячего металла / А.Н. ГОичков, Я.Г. Бистров, К.Г. Ба-ШИрОЕ. И Др.- ПттУбЛ. В Б.И., 1992, N40.

8. A.c. I77I87: (СССР). Устройство для .^мерения теплового состояния поверхности горячего металла /А.Н. Шичков, E.H. Быкасова, С.Б. Ябко, Н.Г. Баширов и др.- Опубл. в Б.И., 1992, N40.

9. Патент N 1836183, МКИ В 22,в 11/16. Способ управления тепловым состоянием сляитка в машинах непрерывного литья заготовок / А.Н. Шичков, Л.Г. Быс-тров, Н.Г. Баширов и др.

ю. Способ определения интенсивности охлаждения слитка в зоне вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок. Заявл. 12.07.91. Полож. решение N rQ?'<"¡68/02 (П62570) от 21-05.92Г. ШЧ ß 22D 11 -Мб.

. Патент' N I8II656, .МКИ Б I й 11/16. Способ рег$ .ровашгп '"•еглоЕогп рр^йгя горячего металла. / Д.". ^-ксв. 5.BV Клоча?:, Б,п. Солтус. Л.Г. Быстрое, Н.Г. Базаров и др.

.-'"А . ---

Издательский код 55Д(03). Лицензия ЛР №020890 от 26.05.94. Сдано е набор 29.04.95. Формат 210x297. Гарнитура "Машинопись". Ксерокопия. Усл.печ.л. 0,9 . Тираж 100 экз.

г.Череповец. РИО ЧГИИ, Дзержинского. 30