Способ регулирования и/или поддержания температуры расплава и устройство для его осуществления

1 Изобретение относится к способу регулирования и/или поддержания температуры расплава, предпочтительно стального расплава,причем температуру расплава измеряют в емкости, результат измерения сравнивают с задаваемым температурным интервалом в виде заданных значений и в расплав за счет магнитной индукции катушки индуктивности вводят или посредством охлаждающего устройства отбирают у расплава столько тепла, что температура расплава лежит в пределах заданного интервала. Изобретение относится также к устройству для осуществления способа. При непрерывной разливке, в частности,стали, в распределительной емкости, называемой ниже также "Tundish", для повышения качества и надежности эксплуатации требуется как можно более равномерная температура расплава или соблюдение узкого температурного интервала. Из-за потерь температуры расплава в ковше при передаче из ковша в распределитель и в самом распределителе продолжительность разливки ограничена по времени. За счет встраивания устройства для регулирования температуры расплава в распределительную емкость можно компенсировать различные температуры расплава в ковшах в распределительной емкости и увеличить возможную продолжительность разливки. Преимущества такого устройства заключаются далее в большей гибкости при сбоях во время разливки и, прежде всего, в равномерности температурного уровня в "Tundish". От этого ожидается повышение качества продукта, полученного непрерывной разливкой. Также становится возможной разливка ближе к ликвидусу. Известными устройствами для регулирования температуры в распределителе являются,например, плазменные нагреватели, которые располагают обычно над распределителем. Принцип плазменного нагрева состоит в том,чтобы в камере с электродами, вертикально следующей за уровнем расплава в "Tundish", передавать на свободную поверхность металла дугу. Дугу стабилизируют аргоном - отсюда термин"плазма". В зоне камеры возникает горячее пятно, мимо которого сталь следует пропустить либо через пороги и затворы, либо дополнительно размещаемые продувочные устройства,например пористые, проницаемые для газа подовые продувочные камни. Недостатком этого варианта способа является необходимость наличия свободной поверхности расплава внутри камеры, так что приходится считаться с физическими и химическими взаимосвязями между атмосферой камеры и расплавом. Из-за очень высоких температур в дуге внутри камеры происходит паро- и пылеобразование. Далее, известны индуктивные нагреватели в "Tundish", у которых различают так называемые индукторы тигля и индукторы желоба или 2 канала, которые в большинстве случаев прочно прифланцованы к конструкции распределителя. При этом индукторы желоба по сравнению с индукторами тигля сравнительно сложны в изготовлении и обслуживании. В US-A-5084089 раскрыто устройство, содержащее катушки индуктивности, неподвижно расположенные снаружи в углубленной зоне распределителя, и погружающееся в расплав в распределителе охлаждающее устройство для регулирования температуры расплава. Преимущества индуктивного нагрева заключаются в отсутствии контакта с расплавом, а также в том, что с индуктированным электромагнитным переменным полем связано создание усилия в расплаве, которое обеспечивает движение перемешивания расплава и, тем самым,более быстрое распределение тепла внутри распределительной емкости. Недостатки прежних индуктивных нагревателей в "Tundish" заключаются в жестком размещении на "Tundish", что негативно сказывается на гибкости. Значительными являются также необходимые затраты на обслуживание и ремонт. Неопубликованная заявка DE 19752548 А 1 касается способа регулирования и поддержания температуры, в частности, стального расплава, в узких пределах в течение продолжительности непрерывной разливки, причем падение температуры компенсируют нагревом. Усовершенствован способ за счет того, что температуру расплава измеряют на выходе распределительной емкости, результат измерения сравнивают с заданным нижним температурным пределом и расплав по достижении или не достижении предельного значения нагревают до тех пор, пока температура снова не будет лежать в пределах интервала заданных значений. При этом также упомянут нагрев расплава с помощью индуктивно работающего нагревательного устройства без описания необходимых для этого средств или соответствующего устройства. В ЕР 0657236 А 1 описана рассчитанная на периодическую загрузку, опрокидываемая литейная емкость для разливки металлического расплава с индуктивным нагревательным устройством. Оно включает в себя расположенную на регулируемом расстоянии параллельно зеркалу металла, перемещаемую в вертикальном направлении, плоскую кругообразную катушку индуктивности, с помощью которой расплав бесконтактно нагревают за счет непосредственного подключения индуктированного электромагнитного переменного поля. Поскольку КПД индуктивного поля резко падает по мере увеличения расстояния от катушки индуктивности до расплава, расстояние следует поддерживать как можно меньшим. Для этого необходима эксплуатация без покрывающего шлака, благодаря чему возникает прямой контакт между расплавом и атмосферой. 3 Описанное устройство непригодно для непрерывной эксплуатации распределительной емкости при непрерывной разливке уже из-за выполнения в качестве загрузочного реактора. Кроме того, эксплуатация при попадании атмосферы в сталь невозможна из-за сразу же начинающихся физических и химических реакций между стальным расплавом и атмосферой. В обеих публикациях описаны лишь устройства и способы нагрева металлического расплава, вследствие чего регулирование температуры расплава ограничено узкими пределами. Исходя из названного уровня техники, в основе изобретения лежит задача создания способа, описанного в ограничительной части п.1, а также пригодного для его осуществления устройства, которое, предотвращая существующие в уровне техники недостатки и трудности, обеспечивает технически несложное, гибкое и, тем самым, экономически предпочтительное регулирование температуры металлического расплава в распределительной емкости. Для решения этой задачи согласно изобретению предложено, что в способе, описанном в ограничительной части п.1, для регулирования температуры расплава в расплав погружают катушку индуктивности, размещенную в огнеупорной, закрытой со стороны дна фасонной детали. Нагревательную мощность устройства,называемого ниже также нагревательным стержнем, регулируют посредством силы тока,протекающего через катушку индуктивности. Катушку индуктивности охлаждают изнутри и/или снаружи охлаждающей средой, предпочтительно воздухом. При этом согласно способу предусматривается, что тепло вводят в расплав за счет теплопроводности стенки фасонной детали, которая, в свою очередь, присоединена к индуктированному электромагнитному переменному полю. В качестве альтернативы тепло можно вводить в расплав за счет присоединения электромагнитного переменного поля. Тепло можно также отбирать у расплава за счет теплопроводности через стенку фасонной детали. Изобретение включает в себя далее устройство для осуществления способа, причем фасонная деталь выполнена с индуктивно присоединяемой, огнеупорной, закрытой со стороны дна трубой, в которой размещается катушка индуктивности с возможностью замены, а также устройство охлаждения средой, в частности устройство воздушного охлаждения, расположена с возможностью погружения в расплав и имеет на верхнем конце отверстия для охлаждаемых средой тоководов, а также присоединения для подвода и отвода, при необходимости,дополнительной охлаждающей среды. Другие подробности и признаки устройства приведены в нижеследующем пояснении 4 примера выполнения, схематично изображенного на чертежах, на которых на фиг. 1 показан нагревательный стержень согласно изобретению в продольном разрезе; фиг. 2 а - нагревательный стержень в виде сбоку во взаимодействии с манипулятором; фиг. 2b - нагревательный стержень в виде сбоку с другим манипулятором; фиг. 3 а - разрез в виде сбоку распределителя с погруженными в расплав нагревательными стержнями, а также с температурным датчиком во взаимодействии с устройством для регулирования температуры расплава; фиг. 3b - распределитель по фиг. 3 а при виде сверху; фиг. 4 а - разрез при виде сбоку распределителя в другом выполнении; фиг. 4b - устройство согласно фиг. 3 а в виде сверху; фиг. 5 а - устройство в разрезе по линии VV на фиг. 5b у альтернативной формы распределителя с погруженными нагревательными стержнями в направляющей посредством установленной на разливочной площадке стойки; фиг. 5b - устройство по фиг. 5 а в виде сверху. Изображенный на фиг. 1 нагревательный стержень 20 для осуществления способа согласно изобретению включает в себя катушку 1 индуктивности охлаждаемого средой 45, 45', обтекаемого током проводника 2 с определенным числом витков 3 вдоль вертикальной оси у-у с относительно малым по сравнению с длиной L катушки диаметром D витков в огнеупорной фасонной детали 24. Фасонная деталь 24 закрыта снизу дном 15 и в ее полости размещена катушка 1 индуктивности, имеющая возможность замены, причем в трубчатой полости в виде гильзы 24 образуются вертикальные охлаждающие каналы 9. На верхнем конце выполнены отверстия 17 для охлаждаемых изнутри тоководов 2, а также патрубки 18 для подвода и отвода дополнительной охлаждающей среды и держатели 14 для сочленения рычагов 23 манипулятора 16. Гильза или стенка 24 нагревательного стержня 20 выполнена из огнеупорного материала, присоединяемого к электромагнитному переменному полю катушек 1 индуктивности(см. ЕР 0526718 В 1). Теплопереход происходит за счет теплопроводности от стенки 20 в расплав 10. К тому же тепло можно вводить в расплав 10 за счет изменения индуктированного переменного поля путем непосредственного присоединения. Из-за особых свойств материала 24 гильзы он может быть индуктивно нагрет без постороннего нагрева и без наличия окружающего присоединяемого материала. На фиг. 1 изображен далее фрагмент распределителя 11 с содержащимся в нем жидким стальным расплавом 10 и плавающим на нем 5 шлаковым слоем 22. Материал гильзы 24 ведет себя по отношению к стальному расплаву 10 в значительной степени инертно, однако, в зоне шлакового слоя 22 защищен от механического и химического износа дополнительной шлакозащитной рубашкой 25. Дно распределителя 11 образовано стальной рубашкой 19 с огнеупорной облицовкой 21. Регулируемый подвод переменного тока к катушке 1 индуктивности обозначен символически поз. 33. На других фиг. 2a, 2b-5a, 5b одинаковые элементы обозначены теми же ссылочными позициями. На фиг. 2 а изображен нагревательный стержень 20 с шлакозащитной рубашкой 25 и патрубками 18 для среды в сочетании с манипулятором 16. Манипулятор 16 включает в себя направляющую стойку 34 на стальном основании 32 с установленной с возможностью вращения и подъема гильзой 43 и шарнирно соединен через рычаги 23 с нагревательным стержнем 20. Манипулятор 16 содержит, во-первых, подъемноопускное устройство 26 в виде гидроэлемента,а, во-вторых, устройство 27 с гидроприводом для поворота рычагов 23. Альтернативное устройство на фиг. 2b содержит неподвижную направляющую 35 на стальном основании 32, которая размещает в себе подвижный между направляющими роликами в вертикальном направлении, а также поворотный несущий элемент 36. Позициями 26 и 27 обозначены необходимые подъемные или опускные и поворотные устройства. Погружающийся в расплав 10 нагревательный стержень 20 или группа нагревательных стержней на фиг. 3-5 снабжены по одному температурному датчику 28, включаемому с помощью сигнальной линии 29 вычислительного блока 30, который через управляющие линии 31 управляет или регулирует процессы движения манипулятора 16 и силу 33 тока для регулирования электромагнитного переменного поля в зависимости от измеренных значений температуры расплава 10. Это принципиально отображено на соответствующей схеме регулирования на фиг. 3 а. Вычислительный блок 30 сравнивает измеренные значения с заданными значениями и при соответствующих отклонениях управляет нагревательной мощностью нагревательных стержней 20. Кроме того, с помощью вычислительного блока 30 с управляющими линиями 31 можно контролировать и управлять подачей охлаждающей жидкости для внутреннего охлаждения тоководов и охлаждением нагревательных стержней 20 через линию 39 для подачи охлаждающей среды и патрубок 18 для охлаждающей среды, благодаря чему у нагревательных стержней 20 и расплава 10 можно при перегреве отбирать тепло. На фиг. 3 а изображена удлиненная конструкция распределителя 11 с подводом 12 для 6 жидкой стали и регулируемым сливом 13. Между подводом 12 и сливом 13 расположен, по меньшей мере, один температурный датчик 28,соединенный через сигнальную линию 29 с вычислительным блоком. Для предпочтительного распределения потока металлического расплава в распределителе или "Tundish" 11 расположена перегородка 37 с омываемыми отверстиями, за счет чего достигается лучшее распределение потока вокруг нагревательных стержней 20 для более равномерного отвода или подвода тепла в соответствии с видом сверху на фиг. 3b. На фиг. 4 а и 4b изображено другое выполнение распределителя 11 с центральным притоком 12 для расплава и двумя расположенными по бокам регулируемыми сливами 13. За счет многоместного расположения отдельных управляемых нагревательных стержней 20 или групп нагревательных стержней и соответствующих температурных датчиков 28 возможен более точный контроль температуры расплава в распределителе 11. На фиг. 5 а и 5b изображено L-образное выполнение распределителя 11. Между притоками 12 и сливами 13 между каждыми двумя температурными датчиками 28 предусмотрено устройство из двух нагревательных стержней 20. Они соединены с манипулятором 16 посредством шарнирно сочленяемых рычагов 23 и расположены, тем самым, с возможностью подъемного и вращательного движения как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Манипулятор 16 прочно соединен посредством станины 41 с разливочной площадкой 40 установки для непрерывной разливки. Аналогично фиг. 2 а, 2b изображены подъемные 26 и поворотные 27 устройства для позиционирования нагревательных стержней 20 внутри расплава 10 в распределителе 11. Способ согласно изобретению и выполненное для его осуществления устройство в соответствии с фиг. 1-5 оптимально подходят к конструктивным особенностям форм распределителей и других надстроек разливочной площадки. Таким образом, возможно дополнительное оборудование устройством уже существующих установок. Перечень ссылочных позиций 1 - катушка индуктивности 2 - проводник 3 - виток 9 - охлаждающие каналы 10 - расплав 11 - распределитель 12 - приток для стального расплава 13 - слив для стального расплава 14 - удерживающий элемент 15 - дно 16 - манипулятор 17 - отверстие для токовода 18 - присоединение для охлаждающего воздуха 19 - стальная рубашка (в распределителе) 7 20 - нагревательный стержень 21 - стенка/огнеупорная облицовка 22 - шлаковый слой 23 - рачаг/средство перемещения 24 - гильза 25 - шлакозащитная рубашка 26 - подъемное средство 27 - поворотное средство 28 - температурный датчик 29 - сигнальная линия 30 - вычислительный блок 31 - управляющая линия 32 - стальное основание 33 - подвод переменного тока 34 - направляющая стойка 35 - направляющая 36 - несущий элемент 37 - перегородка 38 - насосный агрегат для охлаждающего воздуха 39 - трубопровод для охлаждающего воздуха 40 - площадка 41 - станина манипулятора 42 - ввод заданных значений 43 - гильза 44 - кронштейн 45 - охлаждающая жидкость ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ регулирования и/или поддержания температуры расплава (10), предпочтительно стального расплава, причем температуру расплава (10) измеряют в емкости, результат измерения сравнивают с задаваемым температурным интервалом в виде заданных значений и в расплав (10) за счет магнитной индукции катушки индуктивности вводят или посредством охлаждающего устройства отбирают у расплава столько тепла, что температура расплава лежит в пределах заданного интервала, отличающийся 8 тем, что для регулирования температуры расплава в расплав (10) погружают катушку (1) индуктивности, размещенную в огнеупорной,закрытой со стороны дна фасонной детали (24). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло вводят в расплав (10) непосредственно за счет создаваемого индуктированного электромагнитного переменного поля. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что тепло вводят в расплав (10) от стенки фасонной детали (24), которая, в свою очередь,взаимодействует с индуктированным электромагнитным переменным полем. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло отбирают у расплава (10) за счет теплопроводности или теплопередачи от стенки фасонной детали (24). 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем,что катушку (1) индуктивности охлаждают изнутри и/или снаружи охлаждающей средой (45),предпочтительно воздухом. 6. Устройство для регулирования температуры расплава (10), предпочтительно стального расплава, содержащее катушку (1) индуктивности с определенным числом витков (3) в огнеупорной фасонной детали (24), отличающееся тем, что фасонная деталь (24) выполнена с индуктивно присоединяемой, огнеупорной, закрытой со стороны дна трубой (20), в которой размещены катушка (1) индуктивности с возможностью замены, а также устройство охлаждения средой, в частности устройство воздушного охлаждения, расположена с возможностью погружения в расплав (10) и имеет на верхнем конце отверстия (17) для охлаждаемых средой тоководов (2), а также патрубки (18) для подвода и отвода, при необходимости, дополнительной охлаждающей среды.