Система автоматизации управления технологическим процессом разливки металла в валках-кристаллизаторах в условиях двухвалковой МНЛЗ производства тонколистового проката

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.746.5

Система автоматизации управления технологическим процессом разливки металла в валках-кристаллизаторах в условиях двухвалковой МНЛЗ производства тонколистового проката

Хасан Юсеф

Научный руководитель Жукова Н.В.

Донецк, Донецкий национальный технический университет

Постановка задачи и ее актуальность

Анализ способа Г. Бессемера [1,2,3] литья листового металла в валках-кристаллизаторах имеет недостатки. Если нижний край жидкой металлической ванны металла достигает минимального расстояния между поверхностями валков, то в центре полосы образовывается ликвация по причине оттеснения примесей двумя фронтами кристаллизации, идущими на встречу друг другу. В этом случае замкнутые течения металла не могут вывести неметаллические включения в верхнюю часть ванны металла, а за счет его усадки появляется рыхлость и пористость в центре листа. Следовательно, процесс разливки необходимо проводить так, чтобы два фронта кристаллизации сваривались в области, находящейся выше указанного минимального расстояния между валками. Однако непрерывная разливка тонколистового металла за счет его малой толщины проходит нестабильно, так как объем металлической ванны не велик, а охлаждаемая вода, необходимая для отвода выделяющего тепла имеет нестабильную температуру. Таким образом, для стабилизации процесса разливки, решения проблемы по удалению ликвационной зоны в средней части листового металла по всей его длине, а также улучшения и уплотнения структуры металла необходимо разработать систему автоматизации управления процессом по информационному параметру, характеризующему положение фронта кристаллизации в валках, а также стабилизации теплового потока на кристаллизаторе.

Методика решения задачи

Единственным информационным параметром, который соответствует положению фронта кристаллизации металла по отношению к кристаллизатору, является сила реакции слитка на валки-кристаллизаторы (рис.1).

Рис.1 - Схема процесса разливки в валках кристаллизаторах

Цель системы автоматизации управления процессом разливки в валках-кристаллизаторах - поддержание на заданном уровне силы реакции, приложенной к валкам перпендикулярно плоскости формируемого слитка равной:

,

где - обжатие непрерывно литого слитка ;

- толщина листа;

- радиус валков-кристаллизаторов;

- длина их образующей;

- предел текучести металла при температуре ;

- температура кристаллизации металла.

При этом скорость вращения валков-кристаллизаторов необходимо уменьшать до тех пор, пока указанная сила не достигнет расчетной. Далее процесс разливки протекает со скоростью, соответствующей заданной силе реакции слитка (силы прокатки) на валки.

Рассмотрим работу системы на примере конкретного исполнения. Валки-кристаллизаторы длиной мм и радиусом мм вращаются со скоростью 50 об/мин большей, чем требует технология разливки. По торцам валков-кристаллизаторов стоят электромагнитные устройства, формирующие боковую кромку металла и предотвращающие его слив. В межвалковую область, в которой находится затравка, заливают металл. Тензодатчики, закрепленные на оси валков-кристаллизаторов фиксируют силу реакции, приложенную перпендикулярно плоскости формируемого листа металла толщиной мм. При заданном обжатии закристаллизовавшегося металла мм и его пределе текучести при температуре процесса С° расчетная сила равна:

.

Скорость вращения валков-кристаллизаторов от 50 об/мин понижают до тех пор пока измеряемая сила не будет равна заданной расчетной. Система управления электроприводом валков-кристаллизаторов, регулируемая по электромагнитному моменту, косвенно характеризующему силу реакции слитка на валки , корректирует задающее воздействие для системы регулирования скорости вращения валков-кристаллизаторов . Скорость вращения валков-кристаллизаторов характеризует текущую производительность процесса разливки, для стабилизации которого необходимо обеспечить на заданном уровне, пропорциональном скорости разливки, тепловой поток охлаждаемой воды на кристаллизаторе.

Функциональная схема АСУ ТП непрерывного процесса разливки в валках кристаллизаторах ЛПА производства тонколистового проката представлена на рис.2.

Работа системы происходит следующим образом. Сначала в ручном режиме задается скорость вращения валков-кристаллизаторов , рассчитанная технологом, и по мере формирования закристаллизовавшегося слитка металла фиксируют результаты измерения силы реакции слитка на валки-кристаллизаторы. До тех пор пока значение текущей силы реакции меньше заданной расчетной, скорость вращения валков уменьшается пропорционально значению разности между текущей ошибкой рассогласования по силе реакции слитка на валки и расчетной силой прокатки. При достижении силы прокатки заданной расчетной (равенства ошибки рассогласования нулю) величина скорости вращения валков регулируется соответственно текущей силе прокатки.

Рис.2 - Функциональная схема АСУ ТП непрерывного процесса разливки в валках кристаллизаторах ЛПА производства тонколистового проката

При увеличении сигнала обратной связи по силе прокатки скорость вращения валков-кристаллизаторов также увеличивается пропорционально значению суммы расчетной силы прокатки и текущей ошибки рассогласования по силе реакции слитка на валки. Такое регулирование скорости вращения валков-кристаллизаторов требует применения системы управления с переменной структурой управления, позволяющей согласовать входы по цепям задания и обратным связям. Данная скорость вращения валков-кристаллизаторов, соответствующая текущей силе реакции слитка на валки и характеризующая производительность процесса разливки является задающим воздействием для системы управления электроприводом насоса, обеспечивающей на заданном уровне тепловой поток охлаждаемой воды на кристаллизаторе:

, или ,

где - полный тепловой поток, Вт;

- массовый расход воды через кристаллизатор, кг/с;

=4,19 - теплоемкость воды, кДж/(кг°С);

- перепад температуры воды в кристаллизаторе .

Т.е. тепловой поток, отдаваемый металлом, равен тепловому потоку, забираемому водой. Температура охлаждаемой воды не стабильна, поэтому, если на входе кристаллизатора температура входящего потока воды увеличится, то тепловой поток охлаждаемой воды уменьшится, о чем свидетельствует обратная связь контроллера теплового потока, и насос будет быстрее качать воду из бассейна.

Выводы

1. В качестве объекта управления рассмотрен технологический процесс разливки в валках кристаллизаторах в условиях ЛПА производства тонколистового проката.

2. Анализ существующих технологических схем разливки по Г. Бессемеру показал, что в центре полосы в области минимального расстояния между валками-кристаллизаторами образовывается ликвация, приводящая к рыхлости и пористости металла в центре листа. Поэтому был сделан вывод, что процесс разливки необходимо проводить так, чтобы два фронта кристаллизации сваривались в области, находящейся выше указанного минимального расстояния между валками. Такое ведение процесса можно обеспечить за счет разработки САУ по информационному параметру, характеризующему положение фронта кристаллизации в валках, а также стабилизации теплового потока на валках-кристаллизаторах.

3. Необходимо синтезировать и исследовать САУ технологическим процессом разливки в валках-кристаллизаторах. Система позволит стабилизировать процесс разливки, решить проблему ликвационной зоны в средней части листового металла по всей его длине, а также улучшить качество листового металла за счет поддержания на заданном уровне теплового баланса кристаллизатора, пропорционального текущей производительности разливки, соответствующей силе реакции слитка на валки-кристаллизаторы.

4. Разработана функциональная схема САУ разливки в валках-кристаллизаторах в условиях ЛПА производства тонколистового проката.

разливка металл листовой бессемер

Библиографические ссылки

1. М. Бровман, В. Полухин, В. Николаев Возможности валковых литейно-прокатных агрегатов при создании мини-заводов /«Национальная металлургия», №10 2010. - С.26 - 28.

2. Литейно-прокатные комплексы: http://specural.com/index.php

3. Николаев В. А. Исследование процесса бесслитковой прокатки стальной полосы с целью определения эффективных технологических и конструктивных параметров /Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., ВАК: 05.16.05 Специальность: Обработка металлов давлением.

Размещено на Allbest.ru