Уровень металла в промежуточном ковше

Основные задачи автоматизации МНЛЗ

Промежуточный ковш машины непрерывного литья заготовок предназначен для хранения достаточного количества жидкой стали, которая поступает далее в кристаллизатор. Для обеспечения необходимого заданного уровня жидкой стали в кристаллизаторе, необходимо поддерживать определенный уровень стали и в промежуточном ковше. Таким образом необходимо контролировать и регулировать уровень металла в промежуточном ковше.

Рассмотрим методы измерения уровня металла в кристаллизаторе и закон регулирования этого параметра, а затем на основе этих данных синтезируем систему управления.

Известны два метода измерения уровня металла в промежуточном ковше: непосредственный и косвенный.

Для непосредственного измерения были предложены: методы расположения в футеровке контактных электродов, которые при соприкосновении с металлом развивают термоэлектродвижущую силу; применение следящей пневматической системы, включающей привод, перемещающий сопло, для которого измеряемый уровень металла в промежуточной емкости является заслонкой; использование следящей электрической системы, включающей привод перемещения электрода, который опускается в промежуточной ёмкости до образования контакта с жидкой ванной. Вследствие сложности и ненадёжности эти датчики не получили широкого распространения.

Широкое применение нашли косвенные методы измерения уровня металла в промежуточном ковше, основанные на измерении её массы датчиками-месдозами. До начала работы МНЛЗ масса пустой ёмкости компенсируется с помощью специального устройства таким образом, чтобы указатель уровня металла устанавливался на нуль. Так как по мере заполнения промежуточного ковша площадь зеркала металла увеличивается, то зависимость между количеством металла и высотой столба жидкого металла имеет нелинейный характер, определяемый в основном площадью зеркала металла и углом откоса стенок промежуточной ёмкости. Чем больше угол откоса стен и чем меньше площадь зеркала металла, тем существеннее отклоняется от прямолинейной зависимости масса жидкого металла по высоте.

Из всех рассмотренных методов наиболее приемлемым является определение уровня металла в промежуточном ковше по массе жидкого металла. В качестве датчиков используются месдозы.

Произведём анализ возможных законов управления. Поведение системы управления зависит от характера и величины возмущений. Обычно возмущения представляют собой непрерывно меняющиеся и случайные функции времени, которые можно проанализировать лишь вероятностными методами. Однако в конкретных условиях можно выбрать наиболее типичные или наиболее благоприятные возмущения.

В рассматриваемом объекте при стопорной системе подачи металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш и из последнего в кристаллизатор возмущающие воздействия проходят в объект как со стороны нагрузки (источником является регулирующий орган на стоке металла из промежуточного ковша), так со стороны притока среды – уровень металла в сталеразливочном ковше.

Первые из них имеют, как правило, скачкообразный характер и в случае относительно небольших возмущений, позволяющих рассматривать объект сталеразливочный ковш-промковш МНЛЗ как линейный. Вторые имеют характер систематического, монотонного нарастающего воздействия.

Прежде чем приступить к выбору закона управления, необходимо установить, какие требования предъявляются к качеству переходного процесса стабилизации уровня в промежуточной ёмкости при рассматриваемой схеме разливки.

Требование незначительной остаточной неравномерности в процессе регулирования сразу же предполагает применение П, ПИ или релейного двухпозиционного регулятора.

Однако использование П- или ПИ-регуляторов вызывает значительные трудности как аппаратурного, так и технологического характера.

В частности, потребовав постоянства какого-либо выбранного критерия качества переходного процесса, необходимо предусмотреть специальные устройства в пропорциональном регуляторе, компенсирующие изменения во времени параметров объекта.

С другой стороны, особенности стопорной подачи металла из сталеразливочного ковша по существу не оставляют возможности для пропорционального регулирования. Это объясняется необходимостью очень глубокого расходного дросселирования в стопорной паре из-за значительного статического напора в сталеразливочном ковше, что приводит к быстрому выходу стопора из строя и аварийному прекращению разливки.

Таким образом, требование ограниченного числа открытий стопора в процессе разливки и благоприятные характеристики объекта позволяют остановиться на двухпозиционном регуляторе.

В процессе непрерывной разливки металла весьма важно выявить момент окончания подачи металла из сталеразливочного ковша, чтобы не допустить поступления подшлакового слоя металла в промежуточную ёмкость. Как правило, момент окончания подачи металла из сталеразливочного ковша устанавливается в достаточной мере субъективно, так как метраж заготовки не характеризует окончание процесса из-за разного количества подведённого металла к машине. Для определения момента окончания подачи металла из сталеразливочного ковша используется явление увеличения продолжительности пребывания регулятора в положении “открыто”.

Вместе с тем при переходе к двухпозиционному регулированию теряется одно важное преимущество, присущее пропорциональной непрерывной подаче металле в промежуточную ёмкость: интенсивный прогрев разливочного стаканчика сталеразливочного ковша, исключающий “прихватывание” пробки стопора к разливочному стаканчику. На многоручьевых высокопроизводительных машинах этот фактор можно не принимать во внимание, так как разогрев разливочного стаканчика достаточно полно осуществляется при первоначальном заполнении промежуточной ёмкости.

На установках непрерывного литья заготовок, имеющих сравнительно небольшой объём промежуточной ёмкости, предварительный разогрев стаканчика оказывается недостаточным. В этом случае необходимо в начальный период разливки иметь минимально возможную зону возврата двухпозиционного регулятора, т.е. максимальную частоту автоколебаний. При этом требование ограничения общего числа включений за весь период разливки сохраняет свою силу. Таким образом, возникает необходимость программного изменения зоны возврата (коэффициент усиления) регулятора от некоторой минимальной в начале до максимально возможной по условиям качества введения процесса в конце его.

Рассмотрим типичную схему управления уровнем металла в промежуточном ковше, изображенную на Рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Структурная схема системы управления объектом сталеразливочный ковш - промежуточный ковш: 1-весоизмерительные элементы; 2-компенсатор массы порожней промежуточной ёмкости; 3-преобразователь; 4-задатчик; 5-регулирующий прибор; 7-исполнительный механизм перемещения стопора сталеразливочного ковша.

Дата добавления: 2015-03-29