ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА

Полезная модель относится к области моделирования промышленных процессов, а именно к моделированию гидродинамических процессов в промежуточном ковше при непрерывной разливке стали.
Известно устройство гидродинамического стенда для физического моделирования гидродинамических процессов в модели промежуточного ковша, работающего по схеме замкнутой циркуляции [1].
Стенд состоит из модели разливочного ковша с измерителем уровня, специальной водосборной емкости, на которой установлена модель промежуточного ковша, насоса, подводящих трубопроводов, измерителей расхода и регулирующей аппаратуры. В этой установке моделируют движение неметаллических включений в металлическом расплаве. В качестве моделирующей жидкости используется вода. Для моделирования движения неметаллических включений используют шарики полистирола. Оценивают эффективность различных гидродинамических элементов по гидродинамической картине движения шариков полистирола в промежуточном ковше.
Наиболее близкой является установка, описанная в [2].
Установка состоит из модели сталеразливочного ковша, модели промежуточного ковша, дозатора, резервуара для моделирующей жидкости (воды). Установка дополнительно снабжена гидродинамическими элементами, устанавливаемыми в модели промежуточного ковша.
В качестве индикатора используется раствор марганцевокислого калия. Перемещение границы подкрашенной жидкости фиксируется видеосъемкой. Для оценки концентрации индикатора производится отбор проб жидкости.
Однако эта установка не позволяет оценивать скорость перемещения потоков жидкости в объеме модели промежуточного ковша и оперативно получать достоверные данные о времени нахождения индикатора в модели
промежуточного ковша и изменении концентрации индикатора во времени, а также непрерывно фиксировать расход моделирующей жидкости на выходе из разливочных стаканов. Кроме этого использование замкнутой схемы циркуляции моделирующей жидкости требует ее полного обновления после проведения каждого эксперимента.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности проведения лабораторных исследований гидродинамических процессов на модели промежуточного ковша, которая воспроизводит гидродинамические условия в промежуточном ковше четырехручьевой машины непрерывной разливки стали, т.е. скорость, направление и характер движения потоков жидкости.
Для этого лабораторная установка для моделирования гидродинамики металлического расплава, содержащая модель промежуточного ковша с моделирующей жидкостью с центральными и периферийными разливочными стаканами и стопорами, трубу для подвода моделирующей жидкости в модель промежуточного ковша, согласно полезной модели, снабжена резервуаром для ввода индикатора в модель промежуточного ковша и нормально-закрытым электромагнитным клапаном, установленным под резервуаром, линиями отвода моделирующей жидкости из модели промежуточного ковша с расходомерами и нормально-открытыми электромагнитными клапанами, установленными под каждым разливочным стаканом, датчиками уровня моделирующей жидкости, установленными на одной из торцевых стенок модели промежуточного ковша, и датчиками для непрерывной подачи сигнала о концентрации индикатора, установленными под одним из центральных и периферийных разливочных стаканов.
Гидродинамические процессы определяются скоростью подвода моделирующей жидкости, рабочим уровнем моделирующей жидкости и внутренней геометрией модели промежуточного ковша.
На чертеже показана заявляемая установка.
Установка состоит из модели промежуточного ковша 1, корпус которой имеет Т-образную, трапецеидальную формы, стопоров 2, разливочных стаканов 3, трубы 4 подвода моделирующей жидкости, резервуара для индикатора 5, в качестве которого используется водный раствор перманганата калия или солевой раствор, электромагнитного клапана 6 (нормально-закрытого) для подачи индикатора, крана 7 для ручного перекрытия подачи индикатора, вентиля 8, регулирующего расход моделирующей жидкости, электромагнитных клапанов 9 (нормально-открытых) для обеспечения наполнения модели промежуточного ковша моделирующей жидкостью и отвода моделирующей жидкости. Установка, кроме того, снабжена, расположенными на каждой линии отвода моделирующей жидкости, расходомерами 10 для определения расхода моделирующей жидкости, датчиками солемера 11, установленными под центральным и периферийным разливочными стаканами, для непрерывной передачи сигнала о концентрации соли на дисплей солемера, датчиками уровня 12 для непрерывной регистрации сигнала об уровне моделирующей жидкости в модели промежуточного ковша, порогами 13, полнопрофильными перегородками 14 с направляющими отверстиями, струегасителем 15 и пористыми блоками 16 с возможностью продувки воздухом, линиями 17 отвода моделирующей жидкости.
Установка работает следующим образом. Осуществляется подача исполнительного сигнала на закрытие электромагнитных клапанов 9. Открывается вентиль 8 на подачу моделирующей жидкости, через подводящую трубу 4. Происходит наполнение модели промежуточного ковша моделирующей жидкостью до рабочего уровня (360 мм). Затем подача исполнительного сигнала на нормально-открытые электромагнитные клапаны 9 прекращается. Расход воды на выходе регулируется положением стопоров 2 для поддержания рабочего уровня моделирующей жидкости. Затем осуществляется заполнение резервуара 5 индикатором, кран 7
устанавливается в положение открыто и осуществляется подача исполнительного сигнала на нормально-закрытый электромагнитный клапан 6 для ввода в струю воды индикатора из резервуара 5. Организация распределения потоков моделирующей жидкости осуществляется путем установки гидродинамических элементов - порогов 13, полнопрофильных перегородок 14 с направляющими отверстиями, струегасителей 15 и пористых блоков 16 с возможностью продувки воздухом. При использовании пористых блоков подвод воздуха осуществляется с помощью компрессора с возможностью регулирования расхода. Отвод моделирующей жидкости осуществляется по линиям отвода моделирующей жидкости 17. Управление основными параметрами осуществляется с помощью пульта управления.
По получаемой в результате эксперимента гидродинамической картине распределения индикатора в объеме модели промежуточного ковша, скорости движения потоков жидкости и минимальном времени достижения индикатора центральных и периферийных разливочных стаканах, а также времени необходимом для усреднения концентрации индикатора по всему объему модели промежуточного ковша оценивается эффективность гидродинамического элемента или комплекса гидродинамических элементов, установленных в модели промежуточного ковша.
Источники информации:
1. Ефимова В.Г. Физическое моделирование на прозрачных средах процессов, протекающих в раздаточной камере промежуточного ковша МНЛЗ / В.Г. Ефимова // Металл и литье Украины. - 2003. - №1-2. - С. 23-26.
2. Либерман А.Л. Фильтрация стали в процессе непрерывной разливки / А.Л. Либерман, И.В. Дубровин, В.А. Коржавин [и др.] //Сталь. - 1992. - №4. - С. 16-18.