МОДЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
MODEL PLANT OF CONTINUOUS STEEL CASTING

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, предназначенному для исследований гидродинамики течений в модели кристаллизатора путем визуализации в них потока.
Известно устройство для непрерывной разливки [1. Патент №2379154 RU. Устройство для непрерывной разливки плоских стальных слитков / В.В.Стулов, В.И.Одиноков, М.Е.Зубарев и др. Опубл. 20.01.2010. Бюл. №2], содержащее промежуточный ковш, кристаллизатор с широкими и узкими гранями, глуходонный цилиндрический погружной разливочный стакан с двумя эксцентрично расположенными вертикальными выходными отверстиями, направленными под углом 2-10° к широким граням, камеру перемешивания в разливочном стакане.
Известное устройство [1] используется в промышленности и не предназначено для моделирования разливки стали.
Известна модельная установка непрерывной разливки стали [2. Стулов В.В., Гонтарев Ю.К., Яковенко А.Г. и др. Исследование гидродинамики непересекающихся плоских струй в емкости кристаллизатора // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1989. №11. С.50-52], содержащая баллон с воздухом, прозрачную модель кристаллизатора с двумя насадками, отражатель потока воды в виде сотовых ячеек, имитатор корочки заготовки, патрубки с коллектором для отвода воды, регулировочные краны расхода воды, скоростную видеокамеру.
Недостатком известной модельной установки является необходимость дополнительного введения в поток воды окрашивающей жидкости. Кроме этого, наличие одной видеокамеры не позволяет исследовать гидродинамику истечения жидкости в кристаллизатор со стороны широкой и узкой грани из погружного стакана со смещенными выходными отверстиями. Отсутствие компьютера, подключенного к видеокамере, не позволяет в должной мере наблюдать за процессом перемешивания жидкости в модели кристаллизатора.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой модельной установки непрерывной разливки стали, заключается в следующем:
- повышение эффективности моделирования гидродинамики жидкости в кристаллизаторе;
- повышение равномерности концентрации окрашивающей жидкости и уменьшение ее расхода.
Заявляемая модельная установка характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: прозрачный кристаллизатор с широкими и узкими гранями; отражатель потока воды в виде сотовых ячеек; устройство для подвода воды в кристаллизатор; патрубок с коллектором для отвода воды; краны; видеокамера.
Отличительные признаки: прозрачный кристаллизатор выполнен в масштабе (1/4÷1/3) по отношению к размерам промышленного кристаллизатора; пара широких и пара узких граней кристаллизатора выполнены сужающимися к донной части под углом α=1÷1,5° к вертикали;
разливочная емкость со стопором и закрепленным в ней устройством для подвода воды выполнена в виде погружного разливочного стакана с двумя эксцентрично расположенными вертикальными выходными отверстиями;
установка содержит вторую видеокамеру, при этом упомянутые видеокамеры расположены с возможностью фиксирования течений жидкости, омывающих широкие и узкие грани кристаллизатора; компьютер с подключенными к нему видеокамерами; в стенках погружного разливочного стакана выполнена выемка с установленной в ней пористой вставкой с проницаемыми перегородками, заполненная окрашивающей жидкостью.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой модельной установки непрерывной разливки стали и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Выполнение прозрачного кристаллизатора в масштабе М<1/4 по отношению к размерам промышленного кристаллизатора приводит к необходимости нецелесообразного увеличения скорости истекающей в модель воды для обеспечения гидродинамического подобия процессов на модели и промышленном кристаллизаторе. Кроме этого, затрудняется наблюдение за процессом разливки.
Выполнение прозрачной модели кристаллизатора в масштабе М>1/3 нецелесообразно увеличивает трудоемкость изготовления модели и расход в нее воды.
Выполнение пары широких и пары узких граней кристаллизатора сужающимися к донной части под углом α<1° приводит к исключению влияния толщины корочки металла на гидродинамику процесса в промышленном кристаллизаторе и на модели.
Выполнение пары широких и пары узких граней модели кристаллизатора сужающимися к донной части под углом α<1,5° приводит к искажению гидродинамики воды, истекающей из погружного разливочного стакана в кристаллизатор, заключающемуся в уменьшении глубины проникновения струй воды.
Наличие разливочной емкости со стопором позволяет регулировать расход воды в кристаллизатор на протяжении процесса разливки.
Закрепление в емкости устройства для подвода воды в кристаллизатор, выполненного в виде погружного разливочного стакана с двумя эксцентрично расположенными вертикальными выходными отверстиями, позволяет исследовать влияние параметров истекающих в кристаллизатор струй на гидродинамику процесса и перемешивание воды на модели и в промышленном кристаллизаторе.
Установка второй видеокамеры, расположенной со стороны узких граней модели кристаллизатора, позволяет одновременно наблюдать гидродинамику процесса в двух плоскостях - на переднем плане и с торца модели. В результате создается более полная картина движения воды в модели кристаллизатора.
Наличие компьютера с подключенными к нему двумя видеокамерами позволяет синхронно заносить полученную информацию в память компьютера для последующей обработки.
Выполнение в стенках погружного разливочного стакана выемки, установленной в ней пористой вставкой с проницаемыми перегородками, заполненной окрашивающей жидкостью, позволяет организовать равномерную подачу окрашивающей жидкости в потоки истекающей воды через два эксцентрично расположенных вертикальных выходных отверстия в кристаллизатор.
На фиг.1 приведен внешний вид заявляемой модельной установки непрерывной разливки стали, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - модель погружного разливочного стакана.
Заявляемая модельная установка непрерывной разливки стали состоит из разливочной емкости 1 со стопором 2 и закрепленного на ней погружного разливочного стакана 3 с двумя эксцентрично расположенными вертикальными выходными отверстиями 4, заливочной трубы 5 с краном 6, прозрачного кристаллизатора 7 с широкими 8 и узкими 9 гранями, отражателя 10 потока воды в виде сотовых ячеек 11, патрубка 12 с коллектором 13, крана 14, видеокамер 15 и 16, подсоединенных к компьютеру 17. Прозрачный кристаллизатор 7 содержит щелевую задвижку 18. В погружном стакане 3 со стенками 19 выполнена выемка 20, заполненная окрашивающей жидкостью 21 и установленными в ней пористой вставкой 22 с проницаемыми перегородками 23.
Предварительно в разливочную емкость 1 через заливочную трубу 5 при открытом кране 6 заливается вода. После заполнения разливочной емкости 1 водой поднимается стопор 2 и вода поступает через погружной разливочный стакан 3 с двумя эксцентрично расположенными вертикальными выходными отверстиями 4 в прозрачный кристаллизатор 7 и заполняет его. Заполнение прозрачного кристаллизатора 7 водой производится при закрытой щелевой задвижке 18 и кране 14. В момент погружения выходных отверстий 4 погружного разливочного стакана 3 в воду в прозрачном кристаллизаторе 7 открывается щелевая задвижка 18 и вода через сотовые ячейки 11 в отражателе 10, коллектор 13 с патрубком 12 при открытом кране 14 удаляется из кристаллизатора 7. Регулируя положение стопора 2 в разливочной емкости 1, добиваются постоянной глубины погружения выходных отверстий 4 погружного разливочного стакана 3 в воду. Вода, выходящая из двух эксцентрично расположенных вертикальных выходных отверстий 4 разливочного стакана 3, увлекает за собой струйки окрашивающей жидкости 21, поступающей из выемки 20 в стенках 19 модели разливочного стакана 3 через проницаемые перегородки 23 пористой вставки 22.
Окрашенная жидкость омывает широкие 8 и узкие 9 грани прозрачной модели кристаллизатора 7, а получаемые картины течений фиксируются видеокамерами 15 и 16 с обработкой полученной информации на компьютере 17. Опускающаяся вниз модели кристаллизатора 7 окрашенная вода проходит через отражатель 10 потока воды в виде сотовых ячеек 11 и через патрубок 12 с коллектором 13 удаляется из модельной установки.