Управление уровнем металла в кристаллизаторе

Для оптимального процесса охлаждения жидкой стали в кристаллизаторе, необходимо постоянно поддерживать определённый уровень стали в кристаллизаторе, так как при переливе жидкого металла из кристаллизатора возникает аварийная ситуация в работе МНЛЗ, а при недостаточном уровне металла в кристаллизаторе не происходит оптимальный процесс кристаллизации и металл выходит из узла с жидкой сердцевиной и очень тонким слоем корочки, что может привести к разрыву катанного сляба.

Несмотря на большое разнообразие используемых методов измерения уровня металла в кристаллизаторе, их можно подразделить на следующие две группы: контактные, предполагающие непосредственное соприкосновение измерительного элемента с расплавленным металлом, и бесконтактные, позволяющие оценить уровень метала в кристаллизаторе без соприкосновения измерительного элемента и металла.

Из контактных электрических методов измерения наиболее известными являются метод измерения уровня металла в кристаллизаторе по величине напряжения электрической дуги между изолированным электродом и уровнем металла и метод измерения уровня с помощью термопар, горячие спаи которых выведены и зачеканены на внутренней стенке кристаллизатора.

По первому методу предполагается использование в качестве датчика уровня металла напряжения на электрической дуге, зависящего от её длины, т.е. расстояния между электродом и уровнем металла, по второму – дискретное измерение уровня металла с помощью термопар, располагаемых в зоне измерения с определённым шагом. Обегающее устройство подключает поочередно каждую термопару на вход измерительного прибора. При этом наибольшее значение т.э.д.с. с отметкой номера термопары даёт представление об уровне металла. Применение контактных методов может быть осуществлено и с использованием пневматических измерительных элементов. Был предложен метод измерения уровня металла в кристаллизаторе при помощи пневмодатчика, работающего следующим образом: через дроссель к отверстиям во внутренней стенке кристаллизатора подводится воздух с небольшим избыточным давлением. Отверстия диаметром 0,2 мм расположены вертикально в зоне измерения. Об уровне металла можно судить по повышению давления воздуха в камере между дросселем и отверстием, когда оно закрыто жидким металлом. Однако этот способ измерения оказался непригодным вследствие закупорки отверстий брызгами расплавленного металла.

Интересен способ измерения уровня металла с помощью пневмодатчика, представляющего собой модификацию известного принципа сопло – заслонка. В качестве заслонки здесь используется измеряемый уровень металла.

Все контактные методы измерения характеризуются весьма низкой стойкостью измерительных элементов и одновременно недостаточной точностью. Поэтому эти методы не получили распространения в промышленности.

Параллельно с контактными методами измерения уровня металла в кристаллизаторе развивались и получили преимущественное развитие бесконтактные методы, применение которых началось с использования в качестве датчиков фотоэлектрических приборов - фотоэлементов и фотосопротивлений, которые с помощью различных оптических систем визируются на мениск металла. Однако развитие этот метод не получил вследствие большой погрешности измерения, связанной с наличием в зоне измерения пламени и непостоянства коэффициента излучения расплавленного металла.

В качестве другого бесконтактного метода измерения уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ следует указать метод измерения с помощью термопар, установленных в гнездах, высверленных в стенке кристаллизатора. Электрические сигналы от термопар суммируются и величина суммарного сигнала количественно оценивает положение уровня металла по зоне измерения. Недостатком этого метода является существенная инерция измерителя, что ограничивает его применение в качестве датчика систем автоматического управления уровнем металла в кристаллизаторах малых сечений.

Известный интерес представляет собой электромагнитный метод измерения уровня металла с помощью катушки, расположенной вокруг кристаллизатора в зоне измерения уровня. При измерении уровня металла изменяется результирующая положение уровня металла в кристаллизаторе.

В настоящее время наиболее распространение получил метод измерения уровня металла в кристаллизаторе, основанный на измерении интенсивности γ-излучения, просвечивающего кристаллизатор с затвердевающим металлом. В этом случае датчик уровня состоит из источника γ-излучения и счётчика γ-квантов.

Под действием γ-лучей на выходе счётчика возникает последовательность импульсов напряжения, число которых пропорционально интенсивности излучения, а следовательно, и положению уровня металла в зоне измерения.

Особенностью применения радиоактивных датчиков на МНЛЗ является необходимость использования датчиков довольно высокой интенсивности при сравнительно малом числе импульсов радиоактивного излучения до 1500 импульсов в секунду, поступающих на детектор излучения.

В радиоактивных приборах используются три типа детекторов ядерных излучений: ионизационные камеры, сцинтилляционные счётчики и галогенные счётчики.

Ионизационные камеры применяются в основном в приборах измерительного класса, требуют сложной электронной измерительной аппаратуры и по этой причине не используются на промышленных установках.

Применение сцинтилляционных счётчиков для измерения уровня металла в кристаллизаторе, несмотря на их высокую эффективность регистрации гамма-излучения, также нецелесообразно по многим отрицательным факторам.

Наиболее удобными счётчиками являются галогенные. Невысокая эффективность галогенных счётчиков компенсируется довольно большой рабочей поверхностью и возможностью их параллельного соединения в батареи.

Выберем оптимальный закон управления. При выборе критериев оптимума, которые должна поддерживать система управления, следует исходить из технологических требований и ограничений, накладываемых на процесс непрерывного литья при стопорном дозировании металла в кристаллизатор.

Эти требования сводятся в основном к следующему:

- уровень металла в кристаллизаторе должен быть надёжно стабилизирован с возможно меньшими значениями площади регулирования без остаточной неравномерности или с неравномерностью, не превышающей 15-20 мм около задаваемого значения;

- затухание переходных процессов должно быть достаточно интенсивным;

- для большинства стопорных машин с сечением кристаллизатора менее 0,2 квадратных метра динамические отклонения стопора от установившегося значения должны быть (при обязательном учете требований первого пункта) минимизированы с целью максимального ограничения отклонений подачи металла в кристаллизатор от номинального значения, соответствующего заданной скорости вытягивания слитка. Перерывы струи дозируемого металла в кристаллизатор металла не должны быть;

- для ряда стопорных машин с сечением кристаллизатора менее 0,1 квадратного метра скорость перемещения стопора должна быть минимизирована;

- для ряда стопорных машин в условиях разливки под уровень быстродействие при ликвидации возмущений должно быть максимальным.

Требования 3 и 4 сводятся к использованию законов управления, обеспечивающих высокую однородность струи дозируемого в кристаллизатор металла, что позволяет получить непрерывный слиток высокого качества.

Выполнить перечисленные требования можно в результате синтеза законов управления или выбора настроечных данных применительно к уже известным П-, Пи- или ПИД-законам.

Требования первого пункта в частности, заранее предполагает применение астатических систем управления или статических, статизм которых укладывается в задаваемый интервал стабилизации уровня металла в кристаллизатор.

Рассмотрим систему управления уровнем металла в кристаллизаторе, изображённую на Рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Структурная схема системы управления объектом промежуточный ковш – кристаллизатор – тянущие клети МНЛЗ.

Система построена по агрегатному принципу и работает следующим образом. В зависимости от положения уровня металла 1 в кристаллизаторе 2 число импульсов, поступающих на блок галогенных счётчиков 3 от источника радиоактивного излучения, заключенного в контейнер 4, изменяется. В соответствии с этим изменяется величина сигнала на входе двухканального измерительного преобразователя 5. Один из каналов преобразователя предназначен для образования в цепи измерения и сигнализации унифицированного токового сигнала 0-5 мА, второй создаёт сигнал напряжения, который после сравнения с напряжением задания от задатчика 6 поступает на вход регулирующего прибора 7, формирующего тот или иной закон управления. Сигнал отклонения уровня от задания усиливается регулятором 7 до величины, необходимой для срабатывания реверсивного магнитного контактора 8, управляющего электрическим исполнительным механизмом 9. Исполнительный механизм, перемещая стопор 10 промежуточной ёмкости 11, изменяет приток металла в кристаллизатор в направлении стабилизации уровня металла в кристаллизаторе.

Отклонение числа оборотов тянущих клетей 12 от номинального значения, измеряется тахогенератором 13, подвергается инвариантному преобразованию в преобразователе 14, сигнал с выхода которого поступает на вход регулятора 7.

Для дистанционного управления исполнительным механизмом используются переключатель 15 и кнопка 16. На измерительный выход двухканального преобразователя включен самопишущий прибор 17, установленный на щите.

Дата добавления: 2015-03-29