Механизм качания кристаллизатора. Режимы движения кристаллизатора по трапецеидальному или синусоидальному законам, страница 2

Все складки представляют собой наплывы металла, которые располагаются через определенные интервалы времени. Образование складки происходит в момент, когда кристаллизатор начинает опережать по скорости движения слиток и тонкая корочка, примыкающая к выпуклому мениску, получая деформацию сжатия, отрывается от пленки, находящейся на поверхности мениска. Жидкий металл переливается через край разрыва, соприкасается со стенками кристаллизатора и затвердевает, образовав наплыв или складку на поверхности слитка, после чего на зеркале вновь образуется выпуклый мениск. При трапецеидальном законе движения складки более грубые, чем при синусоидальном. Для получения необходимого качества поверхности и повышения скорости разливки необходимо устанавливать оптимальные значения частоты и амплитуды качания, а также скорости литья. В настоящее время наибольшее распространение получил синусоидальный закон движения кристаллизатора.

Перемещение кристаллизатора при возвратно-поступательном движении по синусоидальному закону и его скорость V_к описывается следующими уравнениями:

S = Asinwt

V_к = dS/dt = wAcoswt, где S – путь движения кристаллизатора;

A – амплитуда качания;

w – круговая частота вращения кривошипа (w=2p/T или w=2pf;

здесь T – период, равный продолжительности цикла);

f и t – частота и время качания кристаллизатора соответственно).

Необходимо так подобрать частоту и амплитуду качания кристаллизатора для данной скорости вытягивания слитка, чтобы время залечивания или опережения движения слитка кристаллизатором было достаточным для залечивания разрывов корочки. При этом необходимо учитывать, что возрастание амплитуды способствует увеличению времени опережения, но в то же время это приводит к более грубым и глубоким поверхностным складкам. К увеличению времени опережения приводит также снижение частоты качания, но при этом ухудшается качество поверхности, так как увеличивается расстояние между складками.

Анализ свидетельствует о том, что имеется точка в которой скорости слитка V_с и кристаллизатора V_к равны. Поэтому можно записать:

V_с = -2pfAcos2pft₁, где t₁ = T/2-t/2 или t₁ = 1/2f- t/2.

Заменив в этом уравнении t₁ на его значение и решив его относительно времени опережения, получим выражение:

t=1/f[1-1/parccos(-v_с/2pfA)], которое связывает между собой скорость движения слитка и параметры качания кристаллизатора. Исследование этой зависимости на экстремум показывает, что:

f= 0,244v_c/A

Тогда критерий оптимального опережения К при синусоидальном законе качания кристаллизатора:

К= ft = 0,274

Максимальная скорость кристаллизатора относительно слитка, будет в 1,53 раза больше. Заменяя значение оптимальной частоты через критерий оптимального опережения, получаем формулу для определения минимальной величины амплитуды (мм), при которой обеспечивается необходимое время опережения:

А = 14,8V_ct

Условия стабильного процесса при непрерывном литье стали должны рассматриваться из условия обеспечения допустимого времени опережения t и максимальной скорости вытягивания слитка:

f= 0,274/ t

А  = 14,8Vt

Необходимое время для залечивания разрывов оболочки слитка или время опережения составляет t= 0,1...0,3 с.

В последнее время наметилась тенденция эксплуатации МНЛЗ с частотой качания кристаллизатора 4...6,5 Гц или 240...400 качаний за 1 мин. Время опережения слитка кристаллизатором в этом случае составляет незначительную величину, а качество поверхности значительно улучшается. При таких больших частотах качания не происходит прилипания оболочки слитка к кристаллизатору и соответственно ее разрывов. Поверхность заготовки характеризуется меньшей складчатостью и меньшей их глубиной.