Управление тепловым режимом работы кристаллизатора МНЛЗ

Необходимость осуществления управления тепловым режимом кристаллизатора заключается в том, что именно в этом узле агрегата происходит начальный процесс охлаждения слитка, образование поверхностной тонкой корочки и от того как происходят эти процессы будет зависеть дальнейший режим охлаждения слитка в зонах вторичного охлаждения. Чрезмерный отвод тепла от слитка в кристаллизаторе приводит к перерасходу энергии, образованию толстой корочки металла на поверхности, которая теряет свою пластичность и на криволинейном участке зоны вторичного охлаждения может произойти её расстрескивание и разламывание с дальнейшим истечением жидкой сердцевины на поверхность, что в свою очередь приводит к аварийной работе машины непрерывного литья заготовок. С другой стороны, при слабом отводе тепла от металла в кристаллизаторе, происходит чрезмерный перегрев медных граней кристаллизатора, образовании на его гранях тёмных пятен, отложению солей в каналах кристаллизатора, а в некоторых случаях и вскипание охлаждающей воды в каналах кристаллизатора. В этом случае не образуется на поверхности металла твёрдая корочка заданной толщины, металл выходим из кристаллизатора не охлаждённым и во вторичных зонах охлаждения может произойти прорыв жидкой сердцевины наружу, что приведёт к аварийной работе.

Из экспериментальных данных можно сделать следующие выводы по тепловой работе кристаллизатора:

- достичь максимального отвода тепла от слитка в кристаллизаторе путём увеличения скорости воды, прокачиваемой в его каналах не удаётся, так как коэффициент термического сопротивления на пути от жидкого металла к стенкам кристаллизатора на порядок превышает коэффициент теплоотдачи;

- уменьшение скорости прокачиваемой по каналам кристаллизатора воды, в свою очередь не оказывает влияние на величину теплоотвода, так как уменьшение расхода воды компенсируется увеличением температуры её нагрева. Однако при управлении режимом разливки здесь имеется существенное ограничение нижнего предела расхода воды, которое связано с недопустимостью местных вскипаний воды в каналах кристаллизатора. Обычно скорость воды в каналах кристаллизатора выбирается не ниже 5 м/с, что исключает её парообразование.

С увеличением скорости разливки количества тепла, отводимое в кристаллизаторе в единицу времени, также увеличивается и находит своё отражение в увеличении температурного перепада охлаждающей воды. Очевидно, что последний параметр целесообразно использовать в качестве стабилизируемого при создании системы управления расходом воды на кристаллизатор.

Действительно, автоматическое управление тепловым режимом кристаллизатора организуется, как правило, измерением и автоматической стабилизацией температурного перепада по охлаждающей кристаллизатор воде в результате изменения её количества, проходящего через каналы кристаллизатора. Величина этого перепада выбирается максимальной, соответствующей некоторой расчётной температуре воды на входе в кристаллизатор и предельно допустимой температуре на выходе из него. Это отвечает минимальному количеству прокачиваемой охлаждающей воды при заданном теплоотводе в кристаллизаторе. Структурная схема, реализующая указанный способ управления тепловым режимом, приведена на Рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Схема управления тепловым режимом кристаллизатора: а) по перепаду температур охлаждающей воды; б) по соотношению расход охлаждающей воды – перепад температур.

Контролируемой величиной выбрана разность температур на выходе входе кристаллизатора, измеряемая с помощью термометров сопротивления 1 и 2, преобразователя 3 и регулятора-регистратора 4. При отклонении температурного перепада от заданного значения расход воды изменяется с помощью клапана пневмопривода 5 в направлении восстановления заданного перепада температур. Расход воды измеряется с помощью расходомера 6, преобразуется в электрический сигнал преобразователем 7 и записывается на приборе 4.

На Рисунке 3.5 б) приведена другая схема, выполненная на стандартной аппаратуре, обеспечивающая автоматическое регулирование соотношения расхода охлаждающей воды и перепада температур. Схема работает следующим образом.

Температура охлаждающей воды также измеряется термометрами сопротивления 1 и 2, электрические сигналы от которых алгебраически суммируются в датчике температурного перепада 3. Полученная разность поступает на задающий регулятор температурного перепада 4. С выхода регулятора 4 сигнал проходит на регулятор соотношения 5, на другой вход которого поступает сигнал от преобразователя 6 расходомера охлаждающей воды 7.

При отклонении температурного перепада от заданного значения регулятор соотношения 5 воздействует на клапан подачи охлаждающей воды 8 в направлении ликвидации этого отклонения, однако уже не до нуля, а до некоторой остаточной величины, определяемой встречным сигналом от расходомера 7 и настройкой регулятора соотношения. Запись температурного перепада и расхода воды осуществляется в двухперьевом регистраторе 9.

Таким образом, в этом случае система поддерживает температурный перепад с некоторой неравномерностью по тепловой нагрузке кристаллизатора. Несмотря на это, схема имеет существенное преимущество по сравнению с предыдущей: всякие самопроизвольные отклонения в подаче охлаждающей воды энергично устраняются регулятором соотношения, практически не сказываясь на тепловом режиме кристаллизатора.

При отклонении температуры охлаждающей воды на входе в кристаллизатор от расчётного значения обе системы начинают работать нерационально, уменьшая подачу охлаждающей воды при повышении её температуры на входе в кристаллизатор и увеличивая при понижении. Это приводит к увеличению расхода воды на охлаждение кристаллизатора и соответственно к увеличенному расходу электроэнергии на собственные нужды.

Рассмотрим систему автоматического управления тепловым режимом кристаллизатора, обеспечивающую перестройку поддерживаемого температурного перепада по температуре входящей в кристаллизатор охлаждающей воды. Система представлена на рисунке 6.

Рисунок 4.6 – Схема управления тепловым режимом кристаллизатора с коррекцией поддерживаемого температурного перепада по температуре охлаждающей воды на входе в кристаллизатор.

Температура охлаждающей воды на входе и выходе из кристаллизатора так же, как и ранее, измеряется термометрами сопротивления 1 и 2 с последующим алгебраическим суммированием их сигналов в датчике температурного перепада 3. Полученный сигнал разности сравнивается с сигналом задатчика перепада 4 и полученная разность поступает на вход регулятора 5, воздействующего на клапан подачи охлаждающей воды 6 в направлении восстановления заданного перепада температур.

При отклонении температуры воды на входе в кристаллизатор от расчётного значения 8 функциональный корректор 9 вырабатывает параллельное корректирующее воздействие, направленное на изменение заданного значения поддерживаемого температурного перепада 4 в сторону его повышения при понижении температуры на входе и понижения при повышении температуры на входе. При этом количество охлаждающей жидкости, подаваемой в кристаллизатор, с ростом температуры на входе также увеличивается. Это ограничивает увеличение температуры воды на выходе из кристаллизатора. Противоположная картина наблюдается в том же случае, но при отсутствии коррекции возможного выхода этой температуры за допустимые пределы. С понижением температуры воды на входе величина поддерживаемого температурного перепада увеличивается, обеспечивая тем самым сохранение предельной температуры воды на выходе из кристаллизатора с одновременным снижением количества прокачиваемой через кристаллизатор воды.

Дата добавления: 2015-03-29