способ запуска операции непрерывной разливки металлов

Формула изобретения

1. Способ запуска операции непрерывной разливки металла в установке для непрерывной разливки, содержащей промежуточный ковш (1) с выпускным отверстием (3), которое закрывается стопором (5), опирающимся на седло (6) стопора, средства (8), обеспечивающие механическое соединение стопора (5) и силового цилиндра управления (7) перемещением стопора, и кристаллизатор (20), принимающий металл (2), вытекающий через упомянутое отверстие, отличающийся тем, что перед запуском разливки стопор (5) устанавливается на свое седло (6) только под действием своего собственного веса, при этом силовой цилиндр управления (7) не работает и находится в положении вводного этапа (31), которое определяется положением стопора, определяют упомянутое положение вводного этапа силового цилиндра управления, включают силовой цилиндр управления в направлении закрытия для того, чтобы он прижимал стопор к его седлу, заполняют промежуточный ковш жидким металлом, включают силовой цилиндр управления для перемещения его в положение (33) контролируемого супергерметичного закрытия, определяемое расстоянием (d₂), которое предварительно определяют в зависимости от положения силового цилиндра относительно положения вводного этапа, и для того, чтобы начать разливку, включают силовой цилиндр управления для работы в направлении открытия в соответствии с заданным законом (34) перемещения силового цилиндра управления в зависимости от времени, причем момент (t₁) начала разливки определяют на основании этого закона, вычисляя с помощью этого закона время, которое необходимо затратить для того, чтобы силовой цилиндр перешел из положения контролируемого супергерметичного закрытия (33) в положение вводного этапа, и продолжают использовать силовой цилиндр управления для того, чтобы он работал в направлении открытия для того, чтобы обеспечить вытекание металла в кристаллизатор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стопор прижимают к его седлу до тех пор, пока усилие прижатия, которое осуществляет силовой цилиндр управления, не достигнет заданной величины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стопор прижимают к его седлу до тех пор, пока силовой цилиндр управления не достигнет заданного положения (32).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что при запуске заливки и после перехода силового цилиндра управления в положение вводного этапа продолжают открывать стопор до положения заполнения (35), расположенного под положением полного открытия, причем это положение заполнения сохраняют во время заполнения кристаллизатора.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что перед тем, как уровень (23) металла в кристаллизаторе достигнет номинального уровня заливки заданного количества, включают систему регулировки уровня, которая обеспечивает регулировку уровня, как только уровень металла приблизится к номинальному.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к непрерывной разливке металлов, в частности стали, и конкретно к способу запуска разливки, начиная от положения, когда установка для разливки приготовлена для приема расплавленного металла, находящегося в какой-либо транспортирующей емкости, такой как ковш сталеплавильного цеха.

Обычно такая установка содержит промежуточный ковш, снабженный разливочным стаканом, и кристаллизатор. Промежуточный ковш содержит также средство для закрытия отверстия, которое называется стопором и предназначено для закрытия разливочного стакана и для регулирования количества расплавленного металла, вытекающего во время разливки.

Перед началом разливки в установку устанавливают затравку. Эта затравка содержит головную часть, которую вводят в кристаллизатор для временного его закрытия в начале разливки, а стержень стопора устанавливают в положение закрытия.

Для того чтобы начать разливку, металл выливают из ковша в промежуточный ковш.

Затем открывают стопор для того, чтобы металл заполнял кристаллизатор, вытекая из разливочного стакана. После того как металл достигнет заданного уровня в кристаллизаторе, затравку вытягивают вниз для того, чтобы начать вытягивание литого изделия, которое, по меньшей мере, частично затвердело при контакте с охлажденными стенками кристаллизатора.

В основу изобретения поставлена задача определить момент начала вытягивания, учитывая, в частности, необходимый уровень в кристаллизаторе и время, необходимое для того, чтобы изделие достаточно затвердело перед началом его вытягивания. Итак, поступление металла до необходимого уровня в кристаллизатор зависит от количества металла, подаваемого в разливочный стакан, и следовательно, в частности, от положения открытия стопора.

Также уже известно, что для того, чтобы автоматизировать запуск процесса, используют датчик уровня для того, чтобы определить поступление металла до заданного уровня в кристаллизатор и чтобы управлять запуском процесса вытягивания с помощью этого датчика.

Кроме того, также известно, что используют датчик уровня, установленный на кристаллизаторе для того, чтобы регулировать расход или скорость вытягивания в процессе разливки таким образом, чтобы сохранять преимущественно постоянно уровень металла в кристаллизаторе в течение всей разливки.

Однако эти датчики можно устанавливать только в верхней части кристаллизатора. Кроме того, обычно они характеризуются небольшим расстоянием детектирования и их устанавливают с возможностью измерения изменения уровня в пределах заданного уровня в процессе разливки. Поэтому они регистрируют металл в кристаллизаторе только тогда, когда он приближается к заданному уровню. Вследствие этого невозможно контролировать уровень металла в течение почти всего времени заполнения кристаллизатора. Однако в случае, когда датчик может наконец определить присутствие металла и, следовательно, управлять запуском вытягивания, датчик тратит некоторое время перед тем, как войти в режим работы, и поэтому существует опасность, что металл значительно превысит заданный уровень. Это можно частично устранить, управляя одновременно закрытием стопора для того, чтобы уменьшить подаваемое количество. Но время реагирования стопора, положение которого обеспечивается силовым цилиндром, не может быть достаточно уменьшено для того, чтобы полностью устранить вышеописанную проблему. Кроме того, инерция вытекания металла и инерция средств управления стопором вызывают возникновение изменений уровня, которые могут происходить в течение некоторого времени перед тем, как регулирование и, следовательно, уровень стабилизируются и разливка станет равномерной.

Другой задачей изобретения является обеспечение возможности определять момент реального начала разливки, т.е. момент, когда металл, находящийся в промежуточном ковше, начнет вытекать в момент, когда управляют открытием стопора. Эта задача также связана с задачей обеспечения возможности контролировать подъем уровня в кристаллизаторе, причем этот уровень не может быть определен в течение большой части процесса заполнения, как было ранее изложено. Единственный способ, с помощью которого можно контролировать этот подъем уровня, заключается, следовательно, в том, что необходимо воздействовать на расход металла, вытекающего из промежуточного ковша, который зависит от точного положения стопора. Однако согласно общеизвестному варианту определение положения осуществляют с помощью измерительного устройства, расположенного на средствах управления стопором, а не на самом стопоре, из этого следует, что показание, которое дают эти измерительные средства, отражает не точно положение самого стопора, причем это является следствием, в частности, неизбежных люфтов средств механического соединения стопора с его средствами управления. Отсюда следует, что существует не только смещение во времени между командой для открытия стопора и началом реального открытия, и следовательно, началом вытекания металла, но также вследствие этого показания, определяющие положение стопора, не являются точным отражением его действительного положения, которое определяет расход металла. Итак, только зная точно момент начала разливки и расход, можно определить точно уровень в кристаллизаторе в течение заполнения.

Эта проблема становится особенно сложной в случае непрерывной разливки между валками так, как согласно этому способу важно, в первую очередь, определить точно момент начала вытягивания. Следовательно, необходимо знать точный момент начала вытекания и поступающее количество при заполнении тем более, что согласно этому способу время заполнения от начала вытекания до начала вытягивания очень небольшое.

Ожидаемый технический результат изобретения обеспечить возможность точно определять момент начала реальной разливки и начала разливки во время фазы заполнения кристаллизатора.

В соответствии с поставленными задачами в известном способе запуска операции непрерывной разливки металла на установке для разливки стали, содержащей промежуточный ковш, имеющий выпускное отверстие, которое закрывается стопором, опирающимся на седло стопора, средства, обеспечивающие механическое соединение стопора с силовым цилиндром управления перемещением стопора, и кристаллизатор, принимающий металл, вытекающий через упомянутое отверстие. Согласно изобретению перед запуском разливки стопор устанавливается на свое седло только под действием собственного веса, при этом силовой цилиндр управления не работает и находится в положении вводного этапа, которое определяется положением стопора, определяют упомянутое положение вводного этапа силового цилиндра управления, включают в работу силовой цилиндр управления в направлении закрытия для того, чтобы он прижимал стопор к его седлу, заполняют промежуточный ковш жидким металлом, включают силовой цилиндр управления для его перемещения в положение контролируемого супергерметичного закрытия, определяемое расстоянием, которое предварительно определяется от положения силового цилиндра управления относительно положения вводного этапа, и для того, чтобы начать разливку, включают силовой цилиндр управления для работы в направлении открытия в соответствии с заданным законом перемещения силового цилиндра управления в зависимости от времени, причем момент начала разливки определяют на основании этого закона, вычисляя с помощью этого закона время, которое необходимо затратить для того, чтобы силовой цилиндр управления перешел из контролируемого положения супергерметичного закрытия в положение вводного этапа, и продолжают использовать силовой цилиндр управления для того, чтобы он работал в направлении открытия для того, чтобы обеспечить вытекание металла в кристаллизатор.

Как будет понятно из нижеследующего описания, способ согласно изобретению позволяет определить точно момент, когда расплавленный металл может начать вытекать между стопором и его седлом.

Итак, этот момент находится точно в положении, когда стопор отходит от своего седла.

Теоретически достаточно удерживать стопор точно в этом положении и начать перемещать его вверх для того, чтобы его отвести от его седла, чтобы обеспечить точный момент начала перемещения, который определяет момент начала заливки.

На практике это невозможно. Действительно, только вследствие неизбежных люфтов, существующих в средствах механической связи стопора и силового цилиндра управления, и давления, которое создает жидкий металл, находящийся в промежуточном ковше на стопор, ясно, что даже в случае, если силовой цилиндр управления удерживается в неподвижном положении, в упомянутом положении вводного этапа, когда стопор точно прижат к своему седлу, точное положение стопора изменяется в течение заполнения промежуточного ковша жидким металлом, в частности, вследствие устранения механических люфтов или же вследствие явления расширения.

Из этого следует, что возможно герметичность стопора на его седле будет нарушена и что возможно могут происходить утечки расплавленного металла неожиданно даже до того, как промежуточный ковш будет заполнен.

Для того чтобы это устранить с помощью известного способа согласно предшествующему уровню техники, оператор включает в действие силовой цилиндр управления перемещением стопора до начала заполнения промежуточного ковша таким образом, чтобы обеспечить сильное прижатие стопора к его седлу. Начиная с этого момента оператор практически не может знать точно, когда стопор займет свое предельное положение герметичности на своем седле, когда он окажет воздействие на силовой цилиндр управления в другом направлении так, как нет точного соответствия положения силового цилиндра управления и положения стопора.

Действительно, принцип изобретения заключается в том, что поставлена цель восстановить искусственно это соответствие на основании идеи, согласно которой, если нет точного соответствия упомянутых положений стопора и силового цилиндра управления, когда этот стопор приводится в движение в одном направлении, а затем в другом, то в этом случае это соответствие восстанавливают, принимая во внимание только перемещение в одном направлении, а именно в направлении открытия.

Для этого согласно изобретению определяют какое-нибудь положение силового цилиндра управления, которое может быть точно измерено и, следовательно, воспроизведено и которое называется положением контролируемого супергерметичного закрытия, а также закон перемещения силового цилиндра управления в направлении, соответствующем перемещению стопора вверх.

Положение контролируемого супергерметичного закрытия определяют в зависимости от предварительно установленного расстояния, которое определяют исходя из положения силового цилиндра управления, при котором он вызывает точно отрыв стопора от его седла, т.е. положения вводного этапа процесса.

Следует отметить, что оператор не может влиять никоим образом на это положение вводного этапа силового цилиндра управления, оно зависит только от сил тяжести, воздействующих на установку и, в частности, на стопор. Следовательно, только контакт стопора на его седло под действием его веса определяет положение вводного этапа силового цилиндра управления. Итак, следует отметить, что при определении положения вводного этапа именно стопор устанавливает положение силового цилиндра управления в то время, как в течение заливки, конечно, очевидно, что именно силовой цилиндр управления устанавливает положение стопора.

Закон управления перемещением стопора в зависимости от времени определяют опытным путем в зависимости от характеристик установки для разливки и способа таким образом, чтобы установить четко определенную связь между перемещением силового цилиндра управления и перемещением стопора, как только перемещающийся вверх стопор выходит из контакта с его седлом. Напротив, до этого момента не существует такой четко определенной связи, а существует лишь определение положения силового цилиндра управления в зависимости от времени, причем реальное положение стопора не связано с положением силового цилиндра.

Следовательно, этот закон позволит в начале обеспечить перемещение силового цилиндра, не обеспечивая при этом пропорциональное перемещение стопора, причем это перемещение силового цилиндра способствует в какой-то степени ослаблению напряжений создаваемых усилий при опоре стопора на его седло.

Затем, как только напряжения устранены, т.е. с момента, когда контакт стопора с его седлом нарушен, перемещение силового цилиндра вызывает перемещение стопора и, следовательно, вытекание металла, находящегося в промежуточном ковше, причем в этом случае расход расплавленного металла регулируют, воздействуя на силовой цилиндр, и он зависит от положения упомянутого силового цилиндра.

Вышеприведенное объяснение предназначено для того, чтобы изложить принцип изобретения, и поэтому является весьма теоретическим. На практике совершенно очевидно, что реальное начало вытекания не соответствует точно моменту, при котором нарушается контакт между стопором и его седлом, в частности, потому, что геометрия контактных поверхностей не является идеальной и вступают в действие физические характеристики расплавленного металла (текучесть, поверхностное напряжение и т.д.). Поэтому закон перемещения силового цилиндра определяют экспериментально, причем, одной из целей, поставленных в изобретении, является, в основном, обеспечение возможности воспроизвести условия начала разливки от одной разливки до другой.

Согласно частному варианту выполнения изобретения стопор прижимают к его седлу так, чтобы усилие прижатия, создаваемое средствами управления, достигло заданной величины.

В качестве варианта, прижимают стопор к его седлу так, чтобы средства управления достигли заданного положения.

Независимо от случая, усилие прижатия, прилагаемое к стопору перед введением расплавленного металла в промежуточный ковш, должно быть достаточным для того, чтобы гарантировать высокую герметичность стопора на его седле и одновременно устранять опасности нарушения этой герметичности при заполнении промежуточного ковша. Напротив, это положение супергерметичного закрытия будет располагаться выше в направлении закрытия над положением контролируемой супергерметичности закрытия.

Согласно другому дополнительному варианту выполнения при запуске разливки и после перехода средств управления в положение вводного этапа процесса автоматическое открытие стопора продолжается в соответствии с законом заданного открытия до положения, которое называется положением заполнения. Это положение заполнения сохраняется в течение заполнения кристаллизатора. Действительно, этот вариант позволяет обеспечить заполнение кристаллизатора при контролируемом расходе таким образом, что подъем жидкого металла в кристаллизаторе происходит как можно более плавно и таким образом, что регулировка уровня согласно способу использовалась без перебоев в работе в момент, когда уровень металла в кристаллизаторе приблизится к номинальному уровню. Таким образом устраняют, в частности, любую опасность переливания металла через край из кристаллизатора. Таким же образом обеспечивают плавный переход меду фазой запуска и началом вытягивания, т.е. так, чтобы уровень в кристаллизаторе оставался на номинальном уровне.

Согласно еще одному предпочтительному варианту перед тем, как уровень металла в кристаллизаторе достигнет номинального уровня заданной разливки, вводят в действие регулировку уровня, которая обеспечивает регулировку уровня, как только уровень металла приблизится к номинальному уровню. Итак, регулировку уровня, которая хорошо известна в установках непрерывной разливки, включают до того, как уровень металла может быть определен датчиком, который используется обычно в системах регулирования. Однако регулировка выполняется таким образом, чтобы она не вызвала дополнительное открытие стопора (обычно это может произойти, поскольку уровень металла в этом случае находится значительно ниже нормального уровня). Напротив, благодаря тому, что цепи регулирования были включены раньше, чем датчик обнаружил металл, залитый в кристаллизатор, регулировка включается в действие без задержки после того, как определен уровень металла. Вследствие этого реакция, вызванная упомянутой регулировкой в момент, когда залитый металл приближается к номинальному уровню, является менее резкой и не вызывает резкого перемещения стопора или же резкого изменения вытягивания.

Другие характеристики и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания способа запуска непрерывной разливки стали согласно изобретению.

На прилагаемых чертежах на фиг.1 изображен схематичный вид установки для непрерывной разливки стали в кристаллизатор;

фиг. 2 изображает график, показывающий измеренное положение силового цилиндра управления стопора в зависимости от времени.

Установка для непрерывной разливки, изображенная на фиг.1 в процессе разливки, содержит промежуточный ковш 1, содержащий расплавленную сталь 2, снабженный выпускным отверстием 3, которое оборудовано разливочным стаканом 4. Выпускное отверстие 3 может быть закрыто стопором 5, опирающимся на седло 6. Перемещение стопора 5 осуществляется с помощью силового цилиндра управления 7, соединенного со стопором 5 с помощью средств механической связи, например рычага 8, который шарнирно установлен в подшипнике 9.

Кроме того, установка содержит согласно известному варианту кристаллизатор 20, стенки которого интенсивно охлаждаются для того, чтобы обеспечить охлаждение и затвердевание расплавленного металла, который заливают через разливочный стакан 4 в кристаллизатор. При нормальном режиме разливки металл, который, по крайней мере, частично затвердел в виде сляба 21, вытягивается из кристаллизатора вниз с помощью тянущих роликов 22, приводимых во вращение двигателями (на чертеже не показаны).

Силовой цилиндр управления 7 снабжен датчиком положения 10, который позволяет постоянно измерять точное положение штока силового цилиндра. Кроме того, установка содержит систему регулирования 11, которая схематично изображена на чертеже, и с которой также соединен датчик уровня 12, который позволяет определять и измерять уровень 23 металла в кристаллизаторе.

Система регулирования 11 также соединена с электроклапаном 13 или же с таким же аналогичным средством управления для того, чтобы управлять перемещениями силового цилиндра 7, а также с двигателями тянущих валков 22 для того, чтобы регулировать их скорость.

Все эти средства хорошо известны и используются в существующих установках для разливки.

Однако следует отметить, что под силовым цилиндром управления следует понимать, конечно, не только обычный силовой цилиндр, содержащий подвижный шток, перемещающийся в корпусе силового цилиндра, такой как силовой цилиндр 7, изображенный на фиг.1, но также и любой другой приводной механизм, который может обеспечить выполнение той же функции перемещения стопора.

График, изображенный на фиг.2, представляет в качестве примера, осуществляемый согласно изобретению, способ изменения положения d силового цилиндра 7 в зависимости от времени t, начиная от момента перед процессом запуска до достижения нормального режима разливки.

Траектория 31 соответствует положению вводной части "О" силового цилиндра управления, т.е. положению, замеренному на штоке силового цилиндра, когда стопор 5 опирается под действием собственного веса на его седло 6. В этот момент никакое давление электроклапана 13 не действует на силовой цилиндр, причем положение штока определяется только в зависимости от положения стопора 5. Из описываемого примера легко понять, что вес стопора и вес штока силового цилиндра создают на рычаге 8 усилия, направленные вниз, и что вследствие этого неизбежные люфты, образовавшиеся на уровне всех шарнирных соединений, расположены в верхней части для шарнирных соединений 51 и 61 и штока силового цилиндра на рычаге, а также для шарнирного соединения оси 9 рычага на установке.

Во время этого положения силовой цилиндр управляется таким образом, чтобы его шток перемещался на величину d1, которая может компенсировать различные вышеупомянутые люфты и способствовать сильному прижатию стопора к его седлу. Это положение сохраняется во время всего периода заполнения промежуточного ковша металлом так, как изображено линией 32. Вместо того, чтобы определять на этой стадии положение силового цилиндра d₁, можно будет также определить усилие или давление подачи рабочей жидкости в силовой цилиндр так, как уже было описано.

После того как промежуточный ковш заполнен, в этот момент силовой цилиндр приводится в действие для того, чтобы переместить его шток до положения, называемого положением контролируемого супергерметичного закрытия (линия 33 на фиг.2). Это положение определяется расстоянием d₂ относительно положения вводного этапа, а расстояние может быть выражено заданной процентной величиной, например 3%, от всего хода силового цилиндра. На практике это расстояние будет определяться экспериментально таким образом, чтобы оно не было слишком большим, но, однако, достаточным для того, чтобы стопор оставался в хорошо прижатом положении к седлу и чтобы никакой люфт не мог образоваться на уровне различных шарнирных соединений.

Указанное положение будет рассмотрено ниже как исходная точка привода силового цилиндра согласно уже изложенному закону заданного открытия.

Этот закон изображен на фиг.2 линией 34. Представленный таким образом закон, определяющий перемещение штока силового цилиндра в зависимости от времени, является линейным. Однако это не является обязательным, причем характерная кривая упомянутого закона может немного отклоняться от прямой в зависимости от собственной кинематики средств соединения между силовым цилиндром и стопором, а также от условий расхода заполнения кристаллизатора так, как будет изложено ниже.

Итак, зная закон перемещения силового цилиндра, расстояние ₂ и момент t₀, при котором силовой цилиндр был приведен в движение согласно этому закону, точный момент запуска t₁ будет определяться посредством вычисления как момент, равный t₀+t, где t - время, затраченное на то, чтобы шток силового цилиндра переместился на расстояние d₂. В этот момент перемещение силового цилиндра снимает давление, которое оказывал силовой цилиндр на его седло в течение фазы контролируемого супергерметичного закрытия, и устранит все люфты шарнирных соединений в направлении, противоположном направлению, при котором осуществили включение силового цилиндра под давление перед заполнением промежуточного ковша. Вследствие этого комплекс, включающий силовой цилиндр, рычаг и стопор, оказывается, преимущественно, в том же самом положении, как и при вводном этапе, так как воздействующие усилия практически такие же, как усилия, воздействующие при вводном этапе, причем единственное отличие заключается в том, что это именно силовой цилиндр тянет стопор вверх в то время, как в течение вводного этапа стопор удерживал силовой цилиндр.

Следовательно, начиная с момента t₁, выпускное отверстие открывается постепенно, при этом увеличение открытия регулируется посредством перемещения силового цилиндра, перемещение которого продолжается под контролем заданного закона до точки, определенной расстоянием d₃, причем это расстояние d₃ определяют таким образом, чтобы обеспечить его соответствие заданному открытию стопора. Оно может отличаться от максимального открытия, предусмотренного для нормального режима разливки, который будет осуществляться только после начала вытягивания. Итак, начиная с момента t₁, металл, находящийся в промежуточном ковше, начинает вытекать в кристаллизатор при определенном расходе через раствор отверстия, образованный стопором, т.е. при расходе, который увеличивается постепенно до того момента, когда силовой цилиндр достигнет положения d₃, затем он устанавливается на заданной величине во время продолжения заполнения кристаллизатора (линия 35).

В течение периода заполнения кристаллизатора, во время которого вытягивание металла еще не началось, расход металла может отличаться от номинального, при котором металл будет вытекать из промежуточного ковша в кристаллизатор после включения тянущих валков. Лишь только после того, как уровень металла в кристаллизаторе приблизится к датчику уровня 12, реле начнет регулировку уровня согласно варианту, который сам по себе известен, для того, чтобы управлять работой силового цилиндра 7, а также, в случае необходимости, скоростью тянущих валков 22 для того, чтобы привести в соответствие расход со скоростью вытягивания таким образом, чтобы сохранить, преимущественно, постоянный уровень металла в кристаллизаторе согласно ранее известному способу.

Изобретение не ограничивается способом запуска, который был описан только в качестве примера. В частности, предпочтительно, чтобы способ согласно изобретению был использован в установках непрерывной разливки между валками.

Также вместо датчика 10, который устанавливается непосредственно на силовом цилиндре и измеряет положение его штока, измерения положения могут осуществляться с помощью любого измерительного средства, которое может точно определять положение средств привода стопора.