Xreferat.com » Рефераты по технологии » Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

металла в кристаллизаторе до нуля. Интегральный канал состоит из устройства, моделирующего величину (Betragsbildner) преобразователя напряжения в частоту, двухдекадного счетчика прямого и обратного счета и подключенного цифро-аналогового преобразователя.

При начале, процесса литья параллельный пропорциональный канал отключается. При заполнении кристаллизатора сталью оператор вручную устанавливает рабочую точку регулятора. Во избежание скачкообразного перехода при переключении на "автоматику" система регулирования устанавливается на фактическое значение в выключен­ном состоянии. Как только ypoвень металла в кристаллизаторе дости­гает участка измерения, пропорциональней регулятор, включаемой устройством, регистрирующим предельные значения, берет на себя регулирование уровня металла в кристаллизаторе. При этом предполагается, что в момент процесса переключения на автоматическое регулирование стопор находится в положении эффективного регулирования.

Исходная величина интегрального канала впоследствии суммируется с исходной величиной пропорционального канала, и обе величины поступают в конечной усилитель и вместе с тем на cepвoпривод для установки стопора.

Рассмотренная выше система обеспечивает небольшие пропорциональные усиления при одновременно больших продолжительностях переналадок.

Эту систему регулирования в соответствии с требованиями дополняют логические соединительное и управляющие устройства, чтобы отдавать команды и обеспечивать соответствующие переключения внеш­них устройств.

Кроме того, дополнительно могут выдаваться отличительные сигналы или вводиться корректирующие сигналы. Форма и вид этих сигналов должны соответствовать требованиям машины непрерывного литья заготовок и данной системе регулирования

В условиях повышения требований к качеству непрерывного слитка особое значение приобретает измерение и поддержание уровня жидкого металла в кристал­лизаторе МНЛЗ. Попытки использовать здесь самые разнообразные метода измерений привели к преимущественному распространению метода с применением радиоактивных источников, излучение которых используется для просвечивания кристаллизатора с жидким металлом. За рубежом аппаратура такого типа разработана и широко тиражируется фирмами "Bertgold" ("Бертгольд"), ФРГ, "Brown Boverl" ("Браун Бовери"), Швейцария, и используются при изготовлении оборудования ШЛЗ машинострои­тельными фирмами "Demag" ("Демаг"), ФРГ "Mannesmarm" ("Маннесман"), ФРГ и ДР.

В системе измерения уровня металла в кристаллизаторе фирмы "Бертгольд" в качестве источника радиоактивного излучения мощностью 10 МэВ используется изо­топ Со-60. Источник выполняется в виде проволочной спирали» покрытой для защиты от химически агрессивных сред благородным металлом. Для компенсации нелинейности измерения уровня жидкого металла, обусловленной изменениями толщин про­свечивания по мере подъема уровня, изменяют шаг намотки спирали, мощность ис­точника рассчитывается и выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от геометрических размеров кристаллизатора и расстояния между источником и приемником излучения. Источник размещается в свинцовом контейнере и поток из­лучения коллимируется поворотным коллиматором. В качестве приемника излучения в системе используется сцинтилляционный детектор на базе кристалла NaY, разме­щаемый в защитном стальном водоохлаждаемом кожухе.

При использовании аппаратуры для контроля уровня металла в квадратных кристаллизаторах источник и приемник излучения размещаются стационарно вне кристаллизатора. На мощных слябовых МНЛЗ источник и приемник размещаются непо­средственно в стенке кристаллизатора в специальных приливах. С помощью термо­стойкого кабеля приемник излучения через соединительную коробку соединен с из­мерительным прибором типа В 3118, который является интегрирующим накопителем импульсов с последующим преобразованием сигнала интегратора в унифицированный сигнал 0-10 В и 0-5 мА. Прибор рассчитан на работу с потоком импульсов 450-9000 имп/с, интегратор позволяет накапливать их с постоянной времени 0,5; I и 2 с.


Датчики инфракрасного излучения для определения уровня металла в кристаллизаторе


Наряду с использованием радиоизотопных измерителей уровня за рубежом ведутся интенсивные поиски новых средств контроля уровня металла в кристаллиза­торе, более простых с точки зрения размещения их в составе оборудования и бо­лее надежных в эксплуатации. [3] Так, фирмами «concast" ("Конкаст"), Швейцария и "Clesid" ("Клесид"), Франция, разработан датчик инфракрасного излучения для определения уровня металла в кристаллизаторе, которой располагается на разли­вочной площадке и механически не связан с кристаллизатором. Предложенный измеритель уровня по данным фирм-разработчиков, отличается простотой и надеж­ностью, работает независимо от состояния поверхности ванны жидкого металла в кристаллизаторе (наличие шлаковых смесей, выбросы пламени и т.д.). Структурная схема инфракрасного измерителя уровня металла в кристаллизаторе приведена на рис.6.


Рис.6. Схема измерителя уровня металла в кристаллизаторе, разработанного фирмой "Клесид", Франция:

1 - кристаллизатор; 2 - датчик уровня; 3 - шкаф электронной аппаратуры; 4 коммутирующая панель; 5 - блок первичной обработки сигнала; 6 - сигнальное устройство;7-переключатель, используемый при изменении размеров кристаллизатора; 8 – ПИ (пропорционально-интегральный) регулятор; 9 - усилитель мощности; 10 - переключатель; II - контрольная лампа "Наличие питания"; 12-ин­дикаторная лампа работы в автоматическом режиме; 13 – кнопка установки нуля; 14 - соединительный клеммник.

Аналогичный измеритель разработан фирмой "CEDA" ("ЧЕДА"), Италия. Измеритель также работает на основе принципа инфракрасного излучения от ван­ны жидкого металла в кристаллизаторе, однако в отличие от ранее рассмотренно­го, не требует перенастройки при изменении размеров кристаллизатора. Это обу­славливается тем, что работа измерителя основывается на представляющим инте­рес принципе облучения покрытой шлаком ванны жидкого металла в кристаллизато­ре мощным монохроматическим излучением в области спектра, для которой слой шлака является достаточно прозрачным и на который посторонние источники света не влияют. Отраженный от поверхности чистого металла поток инфракрасного излу­чения детектируется оптоэлектронным датчиком. При этом изменение температуры металла, интенсивности его свечения, а также посторонние источники света и шлак не оказывают влияния на показания прибора. Система используется в настоя­щее время на ряде сортовых МНЛЗ заводов Италии, обеспечивая точность измере­ния уровня ±10 мм.


Метод контроля уровня металла в кристаллизаторе основанный на использовании вихревых токов, индуктируемых ка­тушкой, размещенной над зеркалом жидкого металла в кристаллизаторе.

Интересный метод контроля уровня металла в кристаллизаторе предложен фирмой "Ниппон кокан", Япония. Метод основан на использовании вихревых токов, индуктируемых ка­тушкой, размещенной над зеркалом жидкого металла в кристаллизаторе.[3] Изме­рительная катушка полу­чает питание от высокоча­стотного генератора (50 кГц) через усилитель с положительной обратной связью. В зависимости от положения зеркала метал­ла полное сопротивление измерительной катушки, зависящее от ЭДС, наводи­мой в ней вихревыми тока­ми, также изменяется, что служит мерой положе­ния уровня жидкого метал­ла в кристаллизаторе. Из­мерительная катушка раз­мещена в защитном керами­ческом стакане, охлаждае­мым воздухом. Постоянная времени комплекта составляет менее 0,2 с, точностью измерения ±1 мм

На рис.7 приведена структурная схема устройства


Рис.7. Схема измерителя уровня металла в кристалли­заторе, разработанного фирмой "Ниппон кокан", Япония:

I - усилитель обратной связи; 2 - осциллятор; 3 - детектор; 4 - реактивная катушка; 5 - основной блок; .6 - измерителная катушка; 7 - зеркало ванны; 8 -магнитное поле; 9 - кристаллизатор; 10 - ванна жидкого металла; II - вихревые токи.

В СССР также ведутся работы по поиску новых методов контроля уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Так, в Институте проблем управления разрабо­тан датчик уровня жидкого металла в кристаллизаторе, использующий энергию вы­сокочастотных частотно-модулированных колебаний.

Энергия высокочастотных колебаний подводится от генератора к резонансно­му контуру, образованному струей жидкого металла, которая охватывается кольце­вым проводником с подключенным к нему высокочастотной коаксиальной линией свя­зи от генератора, кристаллизатором и жидким металлом промежуточной емкости. Струя жидкого металла в этом случае играет роль короткозамкнутого отрезка, нижний конец которого образован электрическим замыканием струи металла и жид­кого металла в кристаллизаторе.

Кольцевой проводник датчика измерительного устройства, охватывая струю металла, поступающего в кристаллизатор, образует с ней электрическую емкость, через которую и осуществляется бесконтактный подвод высокочастотной энергии от генератора к отрезку контура.

При индуктивном характере входного комплексного сопротивления отрезка, образованного струей жидкого металла, емкость связи кольцевого проводника об­разует с эквивалентной индуктивностью этого отрезка последовательный колеба­тельный контур, подключённый в качестве нагрузки к линии связи с генератором возбуждения. Резонансная частота контура является функцией величины эквивалент­ной индуктивности и, следовательно, положения уровня металла в кристаллизаторе.

Теперешние требования к качеству стали обусловливают необходимость высокой точности па­раметров процесса непрерывного литья. Между тем, особенно при регулировании уровня жидкого металла в кристаллизаторе применявшиеся прежде традицион­ные способы при некоторых ситуациях процесса удов­летворительных результатов не давали. Описанная ниже модульная система регулирования уровня жидко­го металла реагирует на изменения процесса быстрее и обеспечивает постоянство поддержания уровня


ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ МНЛЗ

Система автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе (САПУМК) МНЛЗ является одной из основных при разливке стали, определяющей качество получае­мого слитка.[4]

Типовым составом САПУМК является датчик уровня металла (ДУМ), содержащий пер­вичный преобразователь, преобразующий перемещение уровня металла в электрический сигнал, и вторичный преобразователь, формирующий нормированный выходной сигнал, микропроцессорное устройство, задающее закон поддержания уровня и управляющие ис­полнительным устройством — приводом стопорного механизма или шиберного затвора.

По физическим принципам измерения датчики уровня металла САПУМК классифициру­ются:

"изотопные" ;

"электромагнитные" (токовихревые);

"тепловые" (с использованием встроенных в кристаллизатор датчиков температуры;

"оптические";

"ультразвуковые";

"радиометрические";

"электромеханические".

Промышленно применимыми в САПУМК являются (по степени распространенности): изотопные и электромагнитные. Остальные не нашли широкого применения, например "те­пловые", или являются "экзотическими".

Наибольшее распространение получили изотопные ДУМ, как наиболее компактные и поддающиеся встройке в конструкцию кристаллизатора. Изотопные ДУМ состоят из источ­ника -из-лучения (Со60, Cz137) и точечного приемника излучения, расположенного в стенках кристаллизатора. Изотопные ДУМ позволяют измерить уровень металла в кристаллизаторе до 180 мм от среза кристаллизатора при точности поддержания уровня по разным источни­кам: от ±5 мм до ±3 мм.

Недостатки изотопных ДУМ: радиационная опасность; относительно низкое соотношение сигнал - шум; нелинейность характеристики; чувствительность к шлакообразующей смеси.

Достоинства изотопных ДУМ: конструктивная и технологическая "отработанность" прием­ника, излучателя и узлов встройки в кристаллизатор; простота эксплуатации; простота ка­либровки, нечувствительность к электромагнитным полям (возможно совмещение с систе­мой перемешивания металла в кристаллизаторе).

Основными поставщиками изотопных ДУМ в страны СНГ являются ПО "Промавтоматика" (г. Киев) и фирма "Bertoldf, значительно укрепившая свои позиции поставщика, после рас­пада СССР. В настоящее время в связи настойчивым желанием ряда металлургических комбинатов снизить количество импортных поставок, появились разработки отечественных приемников и источников -излучения, конструктивно повторяющие уже применяемые. Предприятия атомной промышленности готовы поставлять источники и производить пере­зарядку использованных источников. По этому пути, пошли металлургические комбинаты: ОАО "ОЭМК" и ОАО "НТМК".

Разработка электромагнитных (токовихревых) ДУМ (ЭДУМ) была инициирована пробле­мой повышения безопасности, используемого в металлургии оборудования.

Успешными разработками можно считать ЭДУМ конструкции фирмы "Ниппон кокан" (Япония) и "Раутаруукки", устанавливаемых над зеркалом металла, а также конст­рукция фирмы IRM , встраиваемая в кристаллизатор.

Конструкция ЭДУМ фирмы "Ниппон кокан" представляет собой две группы обмоток (ка­тушек), расположенных на магнитопроводе и защищенных от нагрева со стороны разли­вочного стакана и жидкого металла керамическим кожухом. Дополнительной защитой от нагрева является поток воздуха, подводящийся извне от внешнего источника, и определен­ным образом циркулирующий вокруг обмоток (катушек) внутри керамического кожуха. Пер­вая группа обмоток, включенная между собой согласно, является обмотками возбуждения, к которым подводится питающие ЭДУМ переменное напряжение с частотой в диапазоне от 1,5 до 4 кГц. Вторая группа, являющаяся сигнальными обмотками, включена между собой встречно. Указанный диапазон частот питающего напряжения обеспечивает наименьшее влияние проводимости шлакообразующей смеси. Опытным путем было получено, что при более высоких частотах питающего напряжения, например, 20-50 кГц, ЭДУМ измеряет уровень расплавленного шлака, а не расплавленного металла.

ЭДС, наведенная на сигнальных обмотках, зависит от расстояния между ЭДУМ и зерка­лом расплавленного металла по существенно нелинейному закону.

ЭДУМ конструкции фирмы "Ниппон кокан" закреплен на специальном штативе, который перемещается разливщиками вручную и устанавливается при измерении уровня металла на край кристаллизатора. Отличительной особенностью данной конструкции является ее простота, что позволило ряду фирм, например, в Китае и в России, повторить эту конструк­цию в тех или иных вариантах.

Недостатки:

  • неудобство в работе из-за наличия кабелей связи и шланга, подводящего охлаждаю­щий воздух, которые в большинстве случае находятся непосредственно на разливочной
    площадке и подвержены механическим и тепловым воздействиям, а также могут ограничивать действия разливщика;

  • неудобства в работе из-за появления дополнительных операций для разливщика: "опе­рации установки и снятия" ЭДУМ в начале и в конце разливки, а также в аварийных ситуациях (дополнительно затрачивается от 5 до 15 с на выполнение операций "снятие ЭДУМ" и
    "уборка в безопасное место");

  • вариации величины коэффициента преобразования в функции "уровень — ЭДС" при
    изменение места установки ЭДУМ в плоскости зеркала металла;

  • трудоемкость калибровки ЭДУМ (возможна только косвенная калибровка из-за разной
    проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали);

  • необходимость подавления в сигнале ЭДУМ составляющей связанной с периодически­
    ми колебаниями кристаллизатора относительно уровня металла (на частоте качания кри­сталлизатора).

Также существенным недостатком рассмотренной конструкции является значительный расход комплектующих (датчиков, кожухов, подставок, кабелей, шлангов), особенно при низкой технологической дисциплине персонала.

В конструкции ЭДУМ фирмы "Раутаруукки" первичный преобразователь установлен на специальном телескопическом кронштейне, выдвигающемся и убирающимся по команде разливщика. При этом достигается:

  • сохранность датчика и комплектующих;

  • установка датчика все время в одном и том же месте над плоскостью зеркала жидкого
    металла;

  • отсутствие в полезном сигнале ЭДУМ составляющей, связанной с частотой качания
    кристаллизатора.

Данные о влиянии шлакообразующей смеси на работу ЭДУМ отсутствуют. Однако эксплуатационные достоинства данной конструкции ЭДУМ снижаются необходи­мостью:

  • определения зоны безопасности для размещения телескопического кронштейна, что
    затруднительно из-за ограниченности или отсутствия, в ряде случаев, места на разливочной площадке;

  • требованием наличия еще одной гидравлической системы для управления раздвижным
    кронштейном.

Конструкция ЭДУМ фирмы IRM, встроенная в кристаллизатор, полностью лишена ука­занных недостатков и приближается по эксплуатационным характеристикам к изотопным датчикам. Данный ЭДУМ представляет собой группу обмоток, размещенных в специальном водоохлаждаемом кожухе, устанавливаемом на кристаллизатор, таким образом, что обмот­ки охватывают по периметру зеркало жидкого металла. Однако при достаточно больших размерах кристаллизатора конструкция ЭДУМ становится конструктивно громоздкой и не эффективной из-за необходимости подведения большой мощности питающего напряжения к обмоткам возбуждения. Оптимальными для применения данной конструкции ЭДУМ явля­ются кристаллизаторы с сечением не более 500x500 мм.

Особенностью всех конструкций ЭДУМ является необходимость правильного выбора со­отношения величины питающего напряжения и величины полезного сигнала, так как от этого зависит коэффициент усиления тракта преобразования сигнала первичного преобразо­вателя ЭДУМ. Величина полезной составляющей ЭДС сигнальных обмоток, зависит от уровня металла в кристаллизаторе и при удалении датчика от зеркала жидкого металла в диапазоне от 50 до 150 мм составляет не более 2-5 % от полного сигнала (зависит от гео­метрических размеров датчика, размеров кристаллизатора и др.). Например, коэффициент усиления в тракте преобразования "величина уровня металла - нормированный сигнал (4-20 мА, 0-5 В и т. д.)" для ЭДУМ, при габаритах первичного преобразователя: длина первичного преобразователя 200 мм, диаметр обмоток 30 мм, площади зеркала жидкого металла 200x200 мм, над которым установлен первичный преобразователь, и питающем на­пряжении 10-15 В, составляет несколько сотен единиц. При таких значениях величины ко­эффициента усиления во вторичном преобразователе необходимо принимать меры по по­давлению внутренних шумов усилителя, а также применять ряд полосовых фильтров, по­давляющих электромагнитные помехи (в первую очередь помехи от переменного напряже­ния частотой 50 Гц). Все это приводит к снижению полосы пропускания и увеличению по­стоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ. В оптимальных конструкциях ЭДУМ запаздывание в преобразовании сигнала первичного преобразователя составляет не более 1 с. Большой коэффициент усиления в тракте преобразования сигнала ЭДУМ также накладывает ограничения по электромагнитной совместимости с другими электромагнит­ными устройствами, применяемыми на разливочной площадке. Такими устройствами могут быть мобильные радиостанции, системы электромагнитного перемешивания стали и т. д.

Применение вблизи ЭДУМ источника электромагнитных волн может вызвать аварийные ситуации, например, несанкционированное открывание или закрывание дозирующего уст­ройства.

Для ЭДУМ характерна существенная нелинейность функции преобразования "уровень металла — ЭДС". Различная чувствительность датчиков, зависящая от расстояния до зер­кала жидкого металла, является их методической погрешностью ЭДУМ. Нелинейность ха­рактеристики ЭДУМ, как и других ДУМ, приводит к переменному петлевому коэффициенту в тракте системы автоматического регулирования — САПУМК, что приводит к различию в точности поддержания уровня металла в требуемом по технологии рабочем диапазоне. Добиться линеаризации характеристики ЭДУМ можно следующими способами:

калибровкой ЭДУМ во всем рабочем диапазоне и последующим использованием полу­ченной калибровочной характеристики;

схемотехническими решениями во вторичном электронном преобразователе, например, путем использования устройств с нелинейной характеристикой;

алгоритмически.

Способ прямой калибровки ЭДУМ прост в исполнении, но имеет ограничения по точности линеаризации, так как существует отличие проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали, а для ЭДУМ на штативе возможно изменение положения первичного преобразова­теля в плоскости зеркала жидкого металла и относительно стенок кристаллизатора. Дан­ный способ наиболее пригоден для конструкций датчиков фирмы "Раутаруукки" и "IRM", в которых первичные преобразователи устанавливаются в одно и то же положение относи­тельно кристаллизатора и других металлических конструкций.

Фирмой "Ниппон кокан" разработан ЭДУМ, в котором путем схемотехнических реше­ний во вторичном преобразователе удалось добиться квазилинейной характеристики пре­образования сигнала во всем рабочем диапазоне датчика (0-150 мм).

Примером одного из промышленно-применимых алгоритмических способов линеариза­ции характеристики преобразования ЭДУМ является способ, в котором используется со­ставляющая сигнала первичного преобразователя, связанная с наличием периодических колебаний кристаллизатора относительно слитка. В данном способе первичный преобразо­ватель устанавливается на кристаллизатор или встраивается в кристаллизатор. Так как амплитуда и частота качания кристаллизатора известны и программно задаются в процес­се разливки, то величина амплитуды составляющей полного сигнала первичного преобра­зователя может использоваться в качестве "пробного" воздействия для определения кру­тизны ЗДУМ в каждый период качаний кристаллизатора. Выделить "пробный" сигнал из сигнала первичного преобразователя можно путем полосовой фильтрации сигнала первич­ного преобразователя на частоте качания кристаллизатора, причем как на этапе аналого­вой обработки сигнала, так и в цифровом виде. Амплитуда сигнала, прошедшего полосо­вую фильтрацию, пропорциональна амплитуде качаний кристаллизатора. Аналоговое уст­ройство, реализующее выделение "пробного" сигнала, представляет набор полосовых LC или RC фильтров, настроенных на разные частоты, соразмерные с частотой качания кри­сталлизатора включаемые по команде извне по мере перехода с одной частоты кача­ния кристаллизатора на другую. Однако более предпочтительной является фильтрация сигнала в цифровом виде, так как методы цифровой фильтрации позволяют реализовать полосовые фильтры близкие к идеальным. На следующих стадиях алгоритма, после фильтрации, проводится измерение амплитуды "пробного" сигнала. Измеренная величина сопоставляется с известной (заданной или независимо измеренной) величиной амплитуды качаний кристаллизатора, на основании чего может быть вычислена крутизна в каждой точ­ке характеристики ЭДУМ, На основании вычисленных значений крутизны на следующих стадиях алгоритма корректируется коэффициент усиления для приведения характеристики ЭДУМ к линейному виду. Данный способ позволяет добиться линейности характеристики ЭДУМ во всем рабочем диапазоне с высокой степенью точности, ограниченной степенью гармоничности колебаний поверхности зеркала жидкого металла относительно кристалли­затора. При возникновении негармоничных колебаний, например, связанных с размывани­ем отверстий разливочного стакана появляется погрешность в определении величины ам­плитуды "пробного" сигнала, которая может достигать значительной величины. Для устра­нения данной погрешности амплитуду "пробного" сигнала следует вычислять на нескольких периодах колебаний, а в качестве калибровочного значения использовать величину, вы­численную как среднее значение измеренных амплитуд. Недостатками алгоритмического способа линеаризации характеристики ЭДУМ являются:

методическая ошибка, появляющаяся из-за вычисления значения коэффициента усиле­ния на основании предыдущих замеров амплитуды "пробного" сигнала;

повышенная величина постоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ, на­пример, по сравнению ЭДУМ, в котором линеаризация достигается путем использования калибровочной характеристики;

возможностью аварийных ситуаций при нерегулярности поведения зеркала жидкого ме­талла в кристаллизаторе.

На рисунке8, представлена блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характери­стики ЭДУМ.

Рис.8 Блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характеристики ЭДУМ.


Перспектива развития ДУМ:

миниатюризация; повышение удобства эксплуата­ции и надежности;

снижение эксплуатационных рас­ходов и стоимости комплектующих; повышение безопасности работы; повышение точности измерения. Для выполнения этих требований рассмотренные ДУМ должны со­вершенствоваться в следующих направлениях.

Изотопные ДУМ. Снижение мощ­ности источника радиационного из­лучения; повышение помехозащи­щенности приемного тракта; пере­ход на другие виды радиационного излучения, например, с использова­нием нейтронных генераторов или генераторов рентгеновского типа, управляемых и не имеющих после­действия (вторичного радиационно­го излучения).

Электромагнитные ДУМ. Уменьшение габаритов первичных преоб­разователей (наружный диаметр первичных преобразователей 10-20 мм — для датчиков устанавливаемых над зеркалом жидкого металла на край кристаллизатора); применение материалов и разработка конст­рукций, приводящих к снижению цены для приближения к цене традиционно расходных ма­териалов (футеровка, термопары разового действия, пробоотборника и др.); интеграция конструкция ЭДУМ в систему перемешивания металла в кристаллизаторе для устранения влияния перекрестных электромагнитных полей; разработка конструкций ЭДУМ, пригодных для закрепления на промковшах; уменьшение количества коммуникаций (электрический кабель, шланг системы охлаждения), подсоединяемых к ЭДУМ.


Система уровень


В документе приняты следующие обозначения:

УФО - блок контроллера, устройство формирования и обработки сигналов
ПР - пульт разливщика с монитором
ПС - исполнительный механизм привода стопора
ВИП - блок силовой электроники привода стопора
ДУМ - датчик уровня металла
ДПК - датчик положения кристаллизатора
ВиА - стойка визуализации и архивации

НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

Система УРОВЕНЬ предназначена для автоматического поддержания заданного уровня расплавленного металла, контроля и программного изменения уровня в кристаллизаторе МНЛЗ. Аппаратура системы предназначена для эксплуатации в условиях цеха металлургического предприятия. При этом часть блоков располагается в помещении автоматики МНЛЗ, остальные размещаются на разливочной площадке.[5]


Условия эксплуатации

Показатель

Значение

Температура воздуха на разливочной площадке

от -25 до +60 °С

Относительная влажность на разливочной площадке

до 98% при температуре 35°С

Атмосферное давление на разливочной площадке

750 ±75 мм рт. ст.

Температура воздуха в помещении автоматики

от -5 до +40 °С

Относительная влажность в помещении автоматики

до 98% при температуре 25 °С

Атмосферное давление в помещении автоматики

750 ±75 мм рт. ст


Технические характиристики

Показатель

Значение

Диапазон значений уровня металла в кристаллизаторе, удерживаемых системой (отмеренных от верхнего края медных стенок кристаллизатора)

от 20 до 150 мм

Погрешность поддержания установленного значения уровня металла (среднестатистическое интегральное значение)

±1

Динамическая погрешность поддержания уровня при ступенчатом изменении скорости вытягивания сляба на 10% (при скорости сляба 1 м/мин)

±1,5 мм

Длительность переходного процесса, вызванного скачком скорости вытягивания сляба

не более 12

Тип интерфейса для связи между контроллером и рабочей станцией

RS-485

Время восстановления системы после аварии (только при типовой комплектации)

не более 30 мин

Максимальное усилие, развиваемое приводом

не менее 6000 Н

Предельная температура корпуса ПР и ПС от теплопередачи и излучения, °С

не более 60

Сетевое напряжение питания с частотой 50 Гц, В

198 - 242

Максимальная мощность, потребляемая от сети, ВА

700


УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИСТЕМЫ

Система "Уровень" является следящей системой, поддерживающей заданный   уровень металла в кристаллизаторе   МНЛЗ. Блок-схема системы показана ниже.


Основными функциональными элементами системы, показанными на рисунке, являются:

датчик уровня жидкого металла в кристаллизаторе ДУМ,

электронный  блок  УФО , объединяющий   большую   часть   электронных элементов системы,

электропривод, включающий электромеханический привод ПС и блок силовой электроники ВИП - исполнительное устройство системы,

пульт разливщика ПР - основное устройство управления системой и отображения ее работы в процессе разливки,

датчик положения кристаллизатора ДПК, измеряющий частоту и амплитуду качания кристаллизатора,

стойка Визуализации и Архивирования (ВиА) служит для отображения, архивации и хранения основных параметров системы и режимах работы

Пульт разливщика ПР, привод ПС и датчик уровня металла ДУМ размещаются на разливочной площадке. Блоки УФО, ВИП, находятся в шкафу вблизи разливочной площадки. Остальные блоки расположены в помещении оператора МНЛЗ.

После начала разливки, выполняемого в режиме ручного управления, на кристаллизатор устанавливается датчик уровня металла ДУМ. После получения от системы сигнала о готовности к работе   в   автоматическом режиме,   разливщик   подает   команду на включение автоматического режима управления и при помощи муфты подключает исполнительный механизм - привод ПС к штоку стопорного механизма промежуточного ковша. При изменении условий разливки - температуры жидкого металла, изменении геометрических размеров сливного отверстия промковша, изменении скорости вытягивания сляба - изменяется уровень металла в кристаллизаторе.

Датчик уровня металла ДУМ преобразует уровень металла в кристаллизаторе в электрический сигнал. Сигнал передается в основной электронный блок системы - УФО. В этом блоке производится преобразование сигнала ДУМ в цифровую форму и вычисляется текущее значение уровня металла в кристаллизаторе. Результат вычисления сравнивается с установленным программой значением. В зависимости от величины и знака рассогласования вырабатывается цифровой сигнал управления приводом стопора. Сигнал управления подается в блок силовой электроники привода ВИП, где он преобразуется в аналоговую форму, усиливается по мощности и приводит в движение механизмы привода стопора ПС. Привод ПС перемещает стопор в новое положение, изменяя поступление жидкого металла в кристаллизатор, и тем самым, восстанавливая заданный уровень металла, измеряемый датчиком ДУМ.


Датчик уровня металла ДУМ

Датчик ДУМ служит для измерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Внешний вид датчика показан на рисунке. Датчик ДУМ состоит из штатива и закрепленного на нем чувствительного элемента. Штатив имеет основание, стойку с рисками и ручку для переноски. На стойку одета муфта, несущая трубчатый кронштейн, с фиксирующими штурвальчиками.

Правый штурвальчик (если смотреть со стороны штуцера) позволяет фиксировать положение муфты на вертикальной стойке штатива. Освобожденная муфта легко перемещается по стойке.
Левый штурвальчик фиксирует угловое и линейное положение трубчатого кронштейна относительно муфты.

На трубчатом кронштейне с одной стороны закреплен через шарнир чувствительный элемент датчика, а с другой - электрический разъем и штуцер для подключения воздушного шланга.Шарнир дает возможность устанавливать чувствительный элемент под разными углами относительно продольной оси кронштейна.

Чувствительный элемент через крышку соединен трубкой с шарниром. По этой трубке воздух попадает внутрь его. Крышка имеет отверстия для выхода воздуха. Чувствительный элемент закрыт защитным кожухом. Кожух и чувствительный элемент крепятся к крышке. Кожух крепится с помощью трех губок, установленных на крышке, и хомута, затягиваемого винтом.

Для защиты от перегрева в датчик по шлангу подается воздух под давлением от 2 до 3 атм. К аппаратуре системы "Уровень" датчик подключается с помощью кабеля с электрическим разъемом. На трубчатый кронштейн, шарнир и крышку ДУМ надевается брызгозащитный чехол из стеклоткани. Чехол предназначен для предотвращения попадания брызг жидкого металла на элементы конструкции ДУМ.

Крепление чехла осуществляется тесёмками, завязываемыми на трубчатом кронштейне и на верхней части защитного кожуха чувствительного элемента. На трубчатом кронштейне чехол не должен быть затянут плотно для обеспечения выхода охлаждающего воздуха.


ПУЛЬТ РАЗЛИВЩИКА



Блок ПР является основным средством общения между пользователем - разливщиком и системой "Уровень". Блок предназначен для:

выдачи разливщиком команд управления системе,

отображения на дисплее текущей информации техпроцесса,

отображения на дисплее аварийных ситуаций техпроцесса и выдачи звукового сигнала.

На лицевой панели пульта расположены кнопки управления системой, световые индикаторы и дисплей. Внешний вид пульта разливщика показан на фотографии.

Кнопки "стрелка вверх" и "стрелка вниз" (правый верхний угол) служат для регулировки номинального значения уровня металла в кристаллизаторе, поддерживаемого системой в режиме СТАБИЛИЗАЦИЯ.

Кнопка "ПРИВОД" (левый нижний угол) служит для дистанционного включения и выключения блока силовой электроники ВИП и привода ПС.

Кнопка "РЕЖИМ" (справа от кнопки "РЕЖИМ") служит для перехода из режима ТЕСТИРОВАНИЯ в режим ОЖИДАНИЕ.

Кнопка "СИГНАЛ" (под кнопками "стрелка вверх" и "стрелка вниз") служит для подтверждения разливщиком действий, необходимых для включения системы.

Кнопка "СТАБ."(правый нижний угол) зарезервирована для дальнейшего расширения возможностей системы.

Электролюминесцентный дисплей служит для отображения текстовой и графической информации о работе системы.

Светодиодный индикатор "ПРИВОД" светится, если привод включен.

Светодиодный индикатор "СТАБИЛИЗАЦИЯ" светится, если система находится в режиме автоматической стабилизации уровня металла.

Светодиодный индикатор "ПР-2000" светится, если на пульт подается питающее напряжение.


БЛОКИ ПС и ВИП


Блоки ПС и ВИП предназначены для управления стопором в системе стабилизации уровня металла. Блок ВИП устанавливается между исполнительным механизмом системы ПС и блоком УФО.

Привод стопора ПС Привод ПС является исполнительным механизмом системы автоматической стабилизации уровня жидкого металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Привод устанавливается на промковш. К аппаратуре системы привод подключается кабелем.


Привод имеет два органа управления: вращающуюся ручку на муфте и тумблер "СТАБИЛИЗАЦИЯ".
Ручка на муфте позволяет управлять механическим соединением привода со стопорным механизмом. Затянув муфту с помощью ручки, Вы жестко связываете привод с механизмом стопора. Отпущенная муфта разрывает связь привода и стопора, дает возможность управлять положением стопора вручную.

Тумблер "СТАБИЛИЗАЦИЯ" включает режим автоматического управления уровнем металла. Над тумблером находится одноименный индикатор. Индикатор светится, если система находится в режиме автоматической стабилизации или при прохождении теста привода в режиме тестирования.

Испытания системы стабилизации уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ №4 ККЦ-1 НЛМК с электромагнитным датчиком уровня металла, предоставленным фирмой ТЕХНОАП


Цель испытаний

Цель испытаний - оценить точность поддержания уровня металла в существующей системе для датчиков, построенных на разных принципах действия и получить сравнительную оценку работы системы стабилизации. Первый датчик уровня - радиоизотопный, установлен на МНЛЗ в соответствии с проектом, второй датчик построен на электромагнитном принципе.[5]

Основные отличия электромагнитного датчика

  • Электромагнитный датчик не чувствителен к толщине слоя шлакообразующей смеси, покрывающей поверхность расплавленного металла в кристаллизаторе МНЛЗ;

  • Ширина полосы пропускания электромагнитного датчика существенно превышает аналогичный параметр радиоизотопного датчика;

  • Уровень собственного шума радиоизотопного датчика относительно высок. Его стандартное отклонение составляет около 1,5 мм. Шум датчика хорошо виден при пустом кристаллизаторе перед началом разливки. Система стабилизации принципиально не может обеспечить ошибку стабилизации меньше уровня собственного шума датчика.

Методика проведения испытаний

Основные метрологические характеристики электромагнитного датчика (коэффициент преобразования и уровень металла в кристаллизаторе, при котором он считается наполненным на 100%) были установлены равными соответствующим показателям изотопного датчика. Электромагнитный датчик был дооснащен аналоговым выходом в виде тока 4-20 мА. Через этот выход электромагнитный датчик подключался к системе стабилизации уровня металла вместо радиоизотопного датчика. В процессе разливки была предусмотрена возможность переключать датчики, использующиеся для управления уровнем металла в кристаллизаторе. Во всех режимах работы системы стабилизации уровня показания обоих датчиков регистрировались синхронно быстродействующей цифровой измерительной системой. Данные измерений в виде абсолютных значений уровня металла, отмеренных от верхнего среза медных плит кристаллизатора, выраженные в миллиметрах сохранялись в архиве.
Статистическая обработка всех результатов измерений проводилась единообразно. Для обработки использовались электронные таблицы EXCEL, в которые импортировались данные из архивов, полученных в процессе разливки. Для выбранных фрагментов записей вычислялось стандартное отклонение.

Результаты

23 января 2003 испытания проводились при разливке перитектической стали. Система стабилизации уровня металла работала первоначально с радиоизотопным датчиком, а под конец разливки был подключен электромагнитный датчик уровня.
Наилучший результат был достигнут при работе с электромагнитным датчиком. Для этого потребовалось уменьшить (в четыре раза по сравнению с радиоизотопным датчиком) постоянную времени фильтра нижних частот на выходе электромагнитного. Фрагмент архивной записи окончания разливки приведен ниже. Сигнал изотопного датчика отображается линией черного цвета, а сигнал электромагнитного датчика - серого.

Стандартное отклонение уровня металла в кристаллизаторе, измеренное электромагнитным датчиком уровня, на указанном временном интервале менее 1 мм. Аналогичный параметр сигнала радиоизотопного датчика на том же временном интервале немного превышает 2 мм.


На представленном фрагменте хорошо видны моменты подачи шлакообразующей смеси в кристаллизатор. После подачи шлакообразующей смеси выходной сигнал изотопного датчика резко возрастает и далее медленно уменьшается по мере ее расхода.

На следующем рисунке приведен 20 секундный фрагмент реализации. Сигнал датчика Berthold показан черным цветом, датчика ТЕХНОАП (ТА) - серым. Управление уровнем в это время производилось от

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: