Установка безперервної розливки металу

Винахід відноситься до розливки металу, зокрема до пристроїв для безперервної розливки металу в заготовки, переважно до пристроїв з кристалізатором горизонтального типу. Широко застосовуються установки безперервної розливки металу, які включають кристалізатор, з'єднаний з герметичним металоприймачем, проміжну ємкість для рідкого металу, яка розміщена над кристалізатором і з'єднана з металоприймачем розливним стаканом, а також розливний ківш, виконаний з можливістю управління подачею рідкого металу із ковша в проміжну ємкість. Відомо, що в таких конструкціях феростатичний тиск рідкого металу на вході в кристалізатор визначається тільки висотою стовпа рідкого металу над входом в кристалізатор. Зниження рівня металу в проміжній ємкості приводить до зменшення тиску на вході в кристалізатор і навпаки. Тиск на вході в кристалізатор в більшості випадків визначає якість заготовки, так як від указаного тиску залежать умови подачі металу в кристалізатор, умови його охолодження і кристалізації. Отже, важливим являється підтримка постійного рівня рідкого металу в проміжній ємкості для одержання однорідної за якісними показниками заготовки. Відомі системи автоматичної стабілізації рівня металу в проміжній ємкості, в яких як датчики рівня металу в проміжній ємкості використовують ваговимірюючі датчики. Сигнали від таких датчиків надходять на стандартні двопозиційні або пропорціонально-інтегральні регулятори, які впливають на серводвигун шиберного затвора або стопор сталерозливного ковша. Така система працює в установці безперервної розливки металу на одному із металургійних заводів фірми "Сій Ніпон Сєйтецу" (Японія). [1, с.13]. Недоліком указаної системи є необхідність використання спеціальних датчиків для вимірювання ваги ємкості з рідким металом, що ускладнює конструкцію установки, знижує її надійність в експлуатації. Відома установка для безперервної розливки металу, яка включає сталерозливний ківш с дозуючим стопором, проміжну ємкість і кристалізатор з металоприймачем. В проміжній ємкості установлений датчик рівня металу, ви хід якого з'єднаний з входом вузла порівняння, вихід якого з'єднаний з регулятором, що взаємодіє з серводвигуном привода дозуючого стопору сталерозливного ковша. Установка працює таким чином. Із сталерозливного ковша рідкий метал, що дозується стопором, надходить в проміжну ємкість і далі в металоприймач кристалізатора. Рівень металу в проміжній ємкості вимірюють датчиком, з якого сигнал подають на вузол порівняння, з виходу вузла порівняння - на регулятор, і далі на серводвигун привода стопора, змінюючи подачу металу в проміжну ємкість в напрямку ліквідації відхилення поточного рівня від заданого значення [1, с.13 - 14]. Спільними ознаками заявленого рішення з указаним аналогом є кристалізатор з металоприймачем, відкрита проміжна ємкість, розміщена над кристалізатором і з'єднана з порожниною металоприймача з допомогою розливного стакана, розливний ківш, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість, засоби управління витратою рідкого металу із розливного ковша, засоби управління рівнем рідкого металу в проміжній ємкості, взаємодіючі з засобами управління витратами рідкого металу із розливного ковша. Недоліком описаного аналога є необхідність використовування датчиків безпосереднього контролю рівня рідкого металу, які в дійсних умовах експлуатації установок неперервної розливки металу мають низьку надійність і приводять до істотного ускладнення установок. Шведська фірма "Електро-Інвест" розробила і пропонує систему стабілізації рівня металу в проміжній ємкості з використанням силовимірюючих датчиків. Силовимірюючі датчики установлені під проміжною ємкістю з можливістю виміру маси проміжної ємкості з металом. Сигнал від силовимірюючих датчиків проходить через нормуючий перетворювач і далі через пристрій автоматичної компенсації маси тари на регулятор, з виходу якого команди управління подають на виконавчий орган, який пересуває шиберний затвор в напрямі відновлення заданого рівня металу в проміжній ємкості [1, с.14 - 15]. Аналогічний принцип стабілізації рівня металу в проміжній ємкості реалізований в пристрої для неперервної горизонтальної розливки [2]. Пристрій включає розливний ківш з приводом для розливки рідкого металу із ковша, проміжну ємкість для рідкого металу, кристалізатор з металоприймачем і систему стабілізації рівня металу в проміжній ємкості. Порожнина металоприймача з'єднана з джерелом стиснутого газу через регулятор тиску газу. Розливний ківш розміщений над проміжною ємкістю з можливістю його повороту для подачі рідкого металу в проміжну ємкість. В проміжній ємкості встановлений датчик рівня рідкого металу, який виконаний у вигляді фо тодіодів і оптичної системи. Система управління рівнем металу включає датчик рівня, елемент порівняння, за датчик допустимих рівнів розплаву в проміжній ємкості, логічний блок. Як і у вищеприведених аналогах, система управління забезпечує контроль поточного значення рівня рідкого металу в проміжній ємкості, порівнюючи його з заданим рівнем, і у випадках відхилення, видачу команд на відновлення заданого рівня. Спільними ознаками аналога з заявленим рішенням являються кристалізатор з герметичним металоприймачем, відкрита проміжна ємкість, з'єднана з порожниною металоприймача, розливний ківш, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість, засоби контролю рівня рідкого металу в проміжній ємкості і управління витратою рідкого металу із розливного ковша, а також джерело стиснутого газу, з'єднане з герметичним металоприймачем. Недоліком пристрою, як і вище приведеного аналога, є необхідність використання датчиків безпосереднього контролю рівня рідкого металу, які в реальних умовах експлуатації установок безперервної розливки металу мають низьку надійність і приводять до ускладнення установок. Прототипом вибрана установка для безперервної розливки металу [3], відома як пристрій, що використовується для реалізації заявленого способу. Установка включає проміжну ємкість з розплавленим металом, кристалізатор, верхня частина якого виконана у вигляді герметичного металоприймача і, як само собою розуміється, розливний ківш, із якого подають рідкий метал в проміжну ємкість у міру його витрати в процесі неперервної розливки. Проміжна ємкість з'єднана з герметичним металоприймачем кристалізатора розливним стаканом. Герметичний металоприймач кристалізатора з'єднаний з джерелом стиснутого нейтрального газу. Проміжна ємкість розміщена над кристалізатором і включає стопор як засіб управління витратою рідкого металу із проміжної ємкості. Установка працює таким чином. Проміжну ємкість заповнюють рідким металом із розливного ковша. Стопор проміжної ємкості відкривають, а в герметичний металоприймач кристалізатора подають нейтральний газ під тиском від джерела стиснутого газу. Нейтральний газ після того як заповнить порожнину металоприймача кристалізатора, стравлюється в проміжну ємкість через розливний стакан, здійснює, при цьому рафінування рідкого металу, що надходить в кристалізатор. Після того як рівень рідкого металу в металоприймачі кристалізатора досягне торця розливного стакана, подача металу в металоприймач припиняється, Далі витягують заготовку із кристалізатора, при цьому. рівень металу в металоприймачі продовжує підтримуватися на рівні нижнього торця розливного стакана незалежно від швидкості витягування заготовки. Спільними ознаками пристрою-прототипу з заявленим рішенням є кристалізатор з герметичним металоприймачем, відкрита проміжна ємкість, розміщена над кристалізатором і з'єднана з порожниною металоприймача розливним стаканом, розливний ківш, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість, засобі управління витратою рідкого металу, а також джерело стиснутого газу, з'єднане з герметичним металоприймачем. Пристрій має просту конструкцію, не має спеціальних датчиків безпосереднього контролю рівня рідкого металу в проміжній ємкості і/або датчиків маси рідкого металу в проміжній ємкості, забезпечує рафін ування металу і підтримку рівень металу в металоприймачі кристалізатора, але не вирішує задачу стабілізації феростатичного тиску на вході в кристалізатор, так як не забезпечує постійність рівня рідкого металу в проміжній ємкості, що негативно впливає на показники якості одержуваної заготовки. В основу винаходу поставлена задача удосконалення установки безперервної розливки металу, в якій за рахунок конструктивних особливостей її виконання забезпечується постійність феростатичного тиску на вході в кристалізатор, чим досягається рівномірність якісних показників одержуваної заготовки. Поставлена задача вирішується тим, що в установці безперервної розливки металу, що включає кристалізатор з герметичним металоприймачем, відкриту проміжну ємкість, розміщену над кристалізатором і з'єднану з порожниною металоприймача розливним стаканом, розливний ківш, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість, засоби управління витратою рідкого металу, а також джерело стиснутого газу, з'єднане з герметичним металоприймачем, згідно з винаходом, засоби управління витратою рідкого металу встановлені в розливному ковші, джерело стиснутого газу виконане у вигляді джерела постійного тиску, яке з'єднане з порожниною металоприймача через витратомір, вихід якого з'єднаний з входом регулятора витрати рідкого металу, а ви хід регулятора з'єднаний з засобами управління витратою рідкого металу. Указані ознаки становлять суть заявленого винаходу. Досягнений технічний результат (постійний феростатичний тиск на вході кристалізатора) знаходиться в причинно-.наслідковому зв'язку з суттєвими ознаками, так як у запропонованій установці, що включає кристалізатор з герметичним металоприймачем, відкриту проміжну ємкість, розміщену над кристалізатором і з'єднану з порожниною металоприймача при допомозі розливного стакана, розливний ківш, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість, засоби управління витратою рідкого металу, а також джерело стиснутого газу, з'єднане з герметичним металоприймачем, використана встановлена авторами залежність між рівнем рідкого металу в проміжній ємкості, тиском стиснутого газу в металоприймачі і витратою газу від джерела стиснутого газу в металоприймач, яка може бути використана для управління рівнем металу в проміжній ємкості, а значить і феростатичним тиском на вході кристалізатора. Така залежність реалізована шляхом установки засобів управління витратою рідкого металу в розливному ковші, виконанням джерела стиснутого газу у вигляді джерела постійного тиску, яке з'єднане з порожниною металоприймача через витратомір, з'єднанням виходу витратоміра з входом регулятора витрати рідкого металу і з'єднанням виходу регулятора з засобами управління витратою рідкого металу. При такому виконанні, встановлюючи рівень тиску газу в металоприймачі, контролюючи витрати газу витратоміром, а також враховуючи вказану вище залежність, стає можливим керувати рівнем рідкого металу в проміжній ємкості, тим самим забезпечити управління феростатичним тиском на вході в кристалізатор, в тому числі забезпечити і постійність указаного тиску. На кресленні (фіг.) схематично показано загальний вигляд установки. Установка безперервної розливки металу містить кристалізатор 1 з герметичним металоприймачем 2, відкриту проміжну ємкість 3, розміщену над кристалізатором 1 і з'єднану з порожниною металоприймача 2 при допомозі розливного стакана 4, розливний ківш 5, виконаний з можливістю подачі рідкого металу в проміжну ємкість 3, засоби управління витратою рідкого металу, джерело стиснутого газу 6, з'єднане з герметичним металоприймачем 2 через витратомір 7, а також регулятор витрати рідкого металу 8. Засоби управління витратою рідкого металу встановлені в розливному ковші 5 і включають шиберний затвор 9 і сервопривод 10 шиберного затвора 9. Джерело стиснутого газу 6 виконано у вигляді джерела постійного тиску, яке з'єднане з порожниною металоприймача 2 через витратомір 7. Вихід 11 витратоміру 7 з'єднаний з входом 12 регулятора витрати рідкого металу 8, вихід 13 регулятора 8 з'єднаний з сервоприводом 10 шиберного затвора 9. Установка працює таким чином. Рідкий метал із розливного ковша 5 подають в проміжну ємкість 3, із проміжної ємкості 3 рідкий метал через розливний стакан 4 надходить в порожнину герметичного металоприймача 2. В металоприймач 2 надходить також інертний газ, наприклад аргон, від джерела стиснутого газу 6 через витратомір 7. Завдяки тому, що джерело стиснутого газу 6 виконане у вигляді джерела постійного тиску, в порожнині металоприймача 2 забезпечується постійний тиск газу. У міру заповнення металоприймача 2 рідким металом рівень рідкого металу в металоприймачі 2 піднімається. Інертний газ, що надходить в металоприймач 2, стравлюється із порожнини металоприймача 2 через розливний стакан 4 і проміжну ємкість 3. При цьому рідкий метал рафінується продувкою інертним газом, так як в процесі стравлювання інертний газ проходить через рідкий метал, що знаходиться в розливному стакані 4 і в проміжній ємкості 3. Процес стравлювання інертного газу із металоприймача 2 проходить до тих пір, поки рівень металу в металоприймачі 2 не досягне нижнього торця розливного стакана 4 і не перекриє його як канал для стравлювання інертного газу із порожнини металоприймача 2. При цьому витрати газ у від джерела стиснутого газу 6 в металоприймач 2 через витратомір 7припиняється. Рівноважний режим наступає при умові рівності тиску газу в металоприймачі 2 феростатичному тиску стовпа рідкого металу H, який визначається рівнем рідкого металу в проміжній ємкості 3. Таким чином, встановлюючи рівень тиску газу в металоприймачі 2, контролюючи витрати газу витратоміром 7, а також враховуючи залежність між тиском газу в металоприймачі 2 і рівнем рідкого металу в проміжній ємкості 3, стає можливим керувати рівнем рідкого металу в проміжній ємкості 3 і, тим самим, забезпечити управління феростатичним тиском на вході в кристалізатор 1, в тому числі забезпечити і постійність указаного тиску. На цьому принципі засновано управління рівнем рідкого металу в проміжній ємкості 3 у запропонованій установці. Витратоміром 7 контролюють витрати газу при постійному заданому тиску газу. Збільшення витрати газу свідчить про те, що рівень рідкого металу в металоприймачі 2 опустився нижче торця розливного стакана 4. Така ситуація виникає, коли рівень металу в проміжній ємкості 3 опускається нижче заданого, і феростатичний тиск стовпа рідкого металу стає нижче заданого тиску газу в металоприймачі 2. Зменшення витрати газу свідчить про те, що рівень рідкого металу в металоприймачі 2 піднявся вище торця розливного стакана 4, при цьому рідкий метал перекриває канал стравлювання газу і зменшує його витрати до нульового значення. Така ситуація виникає, коли рівень металу в проміжній ємкості 3 піднімається вище заданого і її феростатичний тиск стовпа рідкого металу стає більшим заданого тиску газу в металоприймачі 2. Для відновлення заданого рівноважного режиму в першому випадку необхідно збільшити подачу рідкого металу із розливного ковша 5 в проміжну ємкість 3, в другому випадку - зменшити. Ця задача реалізується таким чином. Сигнал про величину витрати газу з виходу витратоміру 7 поступає на вхід регулятора 8, з виходу 13 якого перетворений сигнал надходить на сервопривод 10, який пересуває шиберний затвор, змінюючи подачу рідкого металу із розливного ковша 5 в проміжну ємкість 3 в напрямку ліквідації відхилення поточного значення рівня рідкого металу в проміжній ємкості 3 від заданого значення. При цьому потрібний рівень рідкого металу в проміжній ємкості 3 задають величиною постійного тиску в металоприймачі 2, тобто шляхом регулювання джерела постійного тиску 6. Заявлений пристрій забезпечує безперервну розливку металу в заготовку, рафінування металу в процесі розливки продувкою інертним газом, підтримує постійний тиск на вході в кристалізатор простими засобами без використовування спеціальних датчиків рівня металу, що при відносній простоті пристрою дозволяє одержати однорідну якісну заготовку на ви ході пристрою.