Управление тепловым режимом зоны вторичного охлаждения

При управлении тепловым режимом ЗВО могут использоваться несколько вариантов:

    регулирование соотношения скорости разливки и расхода охлаждающей воды;

    регулирование температуры поверхности непрерывнолитого слитка;

    регулирование расхода охлаждающей воды с коррекцией по температуре поверхности слитка [1].

В первом варианте на каждую зону вторичного охлаждения и даже на части этих зон (большой и малый радиусы) устанавливается свои диапазон расхода охлаждающей воды, свой коэффициент пропорциональности ее скорости разливки. Поэтому система осуществляет для каждой секции зоны вторичного охлаждения изменение расхода воды по жесткой программе на основании общего сигнала, характеризующего скорость разливки (скорость вытягивания слитка). Программа для каждой секции разрабатывается на основании специальных исследований.

До определенной скорости разливки расход воды поддерживается на минимальном постоянном уровне, а в дальнейшем возрастает пропорционально скорости разливки. В последних секциях при меньшей скорости разливки водяное охлаждение вообще отсутствует. Скорость разливки определяется по скорости вращения тянущих роликов.

Расчет задания регулятору может осуществляться в одном из двух режимов: безынерционном и с расчетным запаздыванием. При безынерционном режиме изменение скорости разливки вызывает немедленное изменение расхода воды по всем секциям ЗВО. В режиме с расчетным запаздыванием изменение скорости разливки приводит к изменению расхода воды с некоторым запаздыванием, зависящим от установившегося значения скорости разливки. Первый режим применяется при небольших, второй - при существенных изменениях скорости разливки.

Во втором варианте управление тепловым режимом ЗВО происходит с помощью регулирования температуры поверхности непрерывнолитого слитка. Эта температура измеряется цветовыми пирометрами после каждой секции ЗВО. Управляющим воздействием служит расход охлаждающей воды, который изменяется регулятором при отклонении температуры поверхности слитка от заданного значения.

В третьем варианте управление тепловым режимом ЗВО происходит с помощью регулирования расхода охлаждающей воды по скорости разливки металла с коррекцией по температуре поверхности слитка.

 

1.1.7 Динамическая вычислительно-управляющая система отвердевания

Одним из определяющих факторов, влияющих на качество непрерывнолитого слитка, является оптимальная организация его охлаждения, особенно при разливке сталей, склонных к трещинообразованию [4]. Самые прогрессивные из разработанных в последнее время систем управления вторичным охлаждением основаны на динамическом моделировании температурного поля заготовки. Технологией непрерывной разливки предусмотрена работа при изменяющейся скорости вытягивания слитка (разгон, перековшовка, замена разливочного стакана, нештатные ситуации и др.), при этом необходим выбор оптимальных режимов охлаждения и точная их реализация на МНЛЗ, что ставит вопрос об оснащении машины системой динамического управления вторичным охлаждением. Динамическая вычислительно-управляющая система отвердевания (ДВУСО) учитывает влияние следующих факторов: изменение скорости вытягивания слитка, изменение температуры поверхности слитка.

ДВУСО должна выполнять следующие функции:

при установившейся скорости разливки поддерживать заданные по зонам расходы воды и воздуха, обеспечивая оптимальный режим охлаждения непрерывно литого слитка;

и при работе машины с переменной скоростью вытягивания обеспечить соответствующее изменение расходов воды и воздуха по зонам МНЛЗ, исключив значительный разогрев или охлаждение слитка.

Математическая модель ДВУСО решает задачу расчета заданий и уставок для подачи водо-воздушной смеси в постоянном и переходном режимах разливки. Первичное охлаждение слитка (формирование «корочки») осуществляется в кристаллизаторе путем пропускания через его корпус потока воды, пропорционального типоразмеру слитка. Вторичное охлаждение предназначено для продолжения охлаждения слитка путем подачи водо-воздушной смеси через систему форсунок.

Объем охлаждающего компонента, подаваемого на слиток, зависит от скорости разливки и ее изменения, типоразмеров слитка, температуры жидкого металла и марки разливаемой стали. Подача охлаждающего компонента регулируется таким образом, чтобы температура поверхности слитка постоянно снижалась по ходу разливки в соответствии с заданной зависимостью, что приведет к получению качественной поверхности слитка и исключит возможность появления внутренних дефектов.

Модель ДВУСО основана на математическом моделировании процесса затвердевания слитка, экспериментальных данных по возникающему теплообмену водяного и водо-воздушного факелов со слитком и опытно-промышленной эксплуатации системы вторичного охлаждения на МНЛЗ.

Идеология управления системой вторичного охлаждения при переходных режимах разливки заключается в том, чтобы, воздействуя на формирование слитка через температуру поверхности, сводить к минимуму последствия от изменения скорости.

Интенсивность охлаждения поверхности слитка изменяется с помощью форсуночной системы, не допуская отклонений в температуре поверхности в сторону как разогрева, так и переохлаждения, учитывая предысторию формирования каждого участка слитка.

Управление охлаждением слитка осуществляется ДВУСО, которая циклически получает данные о скорости разливки и оценке теплового состояния слитка. Выходным параметром является расход воды в реальном времени по зонам в зависимости от скоростного графика разливки.

Расчет расхода воды по зонам основывается на скоростном графике работы машины, оптимальной температурной кривой по длине машины для групп марок стали, конструктивных особенностях машины и форсуночной системы, расходных характеристиках форсуночной системы. Управляющая программа допускает работу как с обратной связью по температуре поверхности слитка, так и без этой связи.

Математическая модель расчета процесса затвердевания непрерывного слитка и распределения его температурного поля основана на решении сеточными методами системы нестационарных двумерных дифференциальных уравнений теплопроводности в двухфазной среде, состоящей из твердой стали, жидкого расплава и переходного слоя. Для этой системы уравнений ставится начально-краевая задача с граничными условиями, отображающими переменный по времени и вдоль технологической оси поток тепла, отводимый через поверхность сляба, либо заданную температуру на поверхности.

1.2 Система управления процессом непрерывного литья заготовок

 

Система взвешивания стальковша на поворотном стенде

Система предназначена для непрерывного измерения массы металла в стальковше на стенде в процессе разливки, ввода служебной информации, в том числе веса порожнего стальковша, цифровой индикации результата измерения на посту управления и выносном крупногабаритное табло.

Усилие от массы стальковша с металлом через опорные элементы передается на четыре тензометрических датчика, преобразующих усилие в электрический сигнал. Сигналы от датчиков через соединительные коробки поступают на вход электронного весоизмерительного блока контроллера.

Диапазон взвешивания - 400 т., номинальная нагрузка на датчик - 200 т., точность взвешивания - 0,5 % от общего диапазона взвешивания.

 

1.2.2 Система взвешивания металла в промковше

Система предназначена для непрерывного измерения текущего значения массы металла в промковше в процессе разливки, автоматической компенсация массы порожнего промковша, цифровой индикация результата измерения на посту управления и выносном крупногабаритном табло.

Усилие от массы промковша с металлом через опорные элементы передается на два тензометрических датчика, преобразующих усилие в электрический сигнал. Сигналы от датчиков через соединительные коробки поступают на вход электронного весоизмерительного блока контроллера.

Диапазон взвешивания - 60 т., номинальная нагрузка на датчик - 50 т., точность взвешивания - 3 % от общего диапазона взвешивания.

 

1.2.3 Система измерения температуры жидкого металла в промковше

Система предназначена для периодического измерения температуры жидкого металла в промковше в процессе разливки, индикации измеренных значений в местах использования, цифровой индикации результата измерения на посту управления и выносном крупногабаритном табло.

Измерение температуры металла в промковше осуществляется термопреобразователями с термопарами разового использования.

 

1.2.4 Система регулирования уровня металла в кристаллизаторе

Система предназначена для автоматической стабилизации уровня металла в кристаллизаторе в процессе разливки, автоматическом поддержание уровня металла при разливке с возможностью задания требуемого уровня.

Реализуется с использованием индукционного датчика для измерения уровня.

Чувствительным элементом системы является датчик уровня металла индукционного типа, устанавливаемый на защитной плите кристаллизатора и измеряющий расстояние до поверхности расплавленного металла.

Исполнительным элементом системы является привод стопора, представляющий собой электромеханическое устройство, преобразующее вращательное движение исполнительного двигателя постоянного тока в поступательное движение штока стопорного механизма.

Диапазон стабилизации уровня поверхности жидкого металла от верхнего края медной пластины кристаллизатора в пределах 50...100 м, точность поддержания установленного уровня металла: +2 мм.

 

1.2.5 Система контроля работы кристаллизатора

Система предназначена для определения и отображения параметров, влияющих на качество разливки металла в кристаллизаторе, регистрации отклонения усилия вытягивания слитка из кристаллизатора от среднего значения, определения качества работы механизма качания, прогнозирования ранней стадии угрозы подвисания металла. Система основана на компьютерном анализе сигналов датчиков, характеризующих параметры ускорения и вибрации кристаллизатора в процессе качания.

Принцип работы системы заключается в анализе информации о частоте и амплитуде колебаний, а также об ускорениях, возникающих на кристаллизаторе в процессе взаимодействия между кристаллизатором и непрерывным слитком во время разливки.

Акселерометр устанавливается на горизонтальной базовой поверхности крепежного кронштейна, закрепленного на корпусе кристаллизатора.

Индуктивный датчик перемещения закрепляется между приводной подвижной рамой кристаллизатора и неподвижным основанием механизма качания.

Помимо информации об амплитуде и частоте колебаний, формируется информация об искажении формы колебаний, характеризующая увеличение трения в кристаллизаторе, подсчитывается мощность трения.

 

1.2.6 Система определения теплосъема с кристаллизатора

Система предназначена для контроля, стабилизации расхода, постеночного измерения разности температур и давления охлаждающей воды. Система предупреждает о разгерметизации и загрязнении (зарастании) охлаждающих каналов.

Система осуществляет контроль разности температур воды на входе и выходе каждой стенки кристаллизатора, сигнализацию о превышении установленного уровня, поддержание расхода охлаждающей воды в кристаллизаторе в заданных пределах.

1.2.7 Система слежения за слитком

Система формирует позаготовочную информацию, осуществляется сбор информации следующих видов:

    о качестве подаваемого на разливку металла:

    марка стали; хим.состав; температура;

    о технологических режимах разливки: сечение слитка, скорость разливки, теплосъем (охлаждение) в кристаллизаторе, вторичное охлаждение слитка, уровень металла в кристаллизаторе, работа шлакообразующих смесей в кристаллизаторе, уровень металла в промковше;

    о состоянии оборудования: работа механизма качания кристаллизатора, охлаждение оборудования, состояние форсуночного охлаждения (форсунок) перед и после разливки,

    о событиях на МНЛЗ: смена разливочных стаканов, смена промковшей. остановка МНЛЗ (снижение скорости до 0.2 м/мин), смешение плавок, время разливки плавки;

Вся собранная информация «привязывается» к длине отливаемого слитка и используется при формировании паспорта отрезанной заготовки и выдачи необходимой информации на маркировщик, а также для представления оперативному персоналу.