Реферат: Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

Величина уровня металла в кристаллизаторе связана с поступ­лением жидкой стали из промежуточного ковша (QП) и выходом слитка из кристаллизатора (QK). Уровень металла в кристаллизаторе будет неизменным, если в единицу времени будет поступать и вы­ходить одинаковое количество стали, т. е.

QП — QK = 0. (3)

Самые незначительные отклонения этой разности от нуля при­ведут к неограниченному повышению или понижению уровня ме­талла.

Величины QП и QK не зависят от уровня металла в кристалли­заторе, поэтому рассматриваемый объект регулирования не обла­дает самовыравниванием. На низких частотах он описывается дифференциальным уравнением первого порядка. Решение уравнения показывает, что реакция на выходе (уровень металла в кристалли­заторе) представляет собой интеграл от входной функции (соот­ношения расходов металла QП и QK). Таким образом, объект яв­ляется интегрирующим и, следовательно, создает сдвиг по фазе между уходом и выходом  .

Для выполнения (3) необходимо воздействовать на QП или QK, т. е. изменить положение стопора или скорость вытягивания слит­ка. В небольших пределах изменение может быть достигнуто за счет повышения или понижения уровня металла в промежуточном ковше.

Анализ  возмущающих воздействий  показывает, что  в  стационарном режиме разливки нет интенсивных возмущений.

Незначительные изменения QK вызываются возмущениями по нагрузке на тянущую клеть, при которых скорость вытягивания слитка может изменяться не более чем на 5%.

Изменения QK могут быть вызваны колебаниями уровня метал­ла в промежуточном ковше, а также размывом стопора. Оба воз­мущения являются низкочастотными, т. е. медленно изменяют зна­чение QK, при этом величина влияния на условия разливки пер­вого незначительна.

Таким образом, основной задачей является обеспечение высо­кой устойчивости в системе автоматического регулирования уров­ня путем применения соответствующих регуляторов.

С этой точки зрения системы автоматического регулирования со стопором или тянущей клетью имеют несколько разные возмож­ности.

Выше отмечалось, что при размыве стопора расходная харак­теристика смещается. Изменения расхода, связанные с этим сме­щением, могут быть весьма большими.

При использовании пропорционального регулятора из-за суще­ственной нелинейности расходной характеристики, а также инте­грирующих свойств объекта для получения достаточного запаса устойчивости приходится снижать коэффициент усиления. Это в свою очередь приводит к значительному увеличению статиче­ской ошибки.

Для уменьшения статической ошибки необходимо ввести кор­рекцию по интегралу. Однако при этом снижается запас устойчивости и в системе возникают колебания. Таким образом, значи­тельное смещение расходной характеристики — явление весьма нежелательное, однако избежать его в системе со стопором прак­тически невозможно.

В системе регулирования уровня металла стопором имеются и другие трудности. Это высокий коэффициент регулирующего органа (стопорной пары) и значительные его изменения при изме­нении положения рабочей точки на расходной характеристике. Первое, как известно, в системах регулирования нежелательно, так как требует высокой точности работы регулирующего прибора, исполнительного механизма и регулирующего органа. Кроме того; не допускаются запаздывание, гистерезис, зона нечувствитель­ности.

Практически это означает необходимость выполнения достаточ­но высоких требований для элементов системы, что, естественно, удорожает их изготовление и эксплуатацию. Если добавить к это­му, что исполнительный механизм и регулирующий орган (стопорный механизм) работают в условиях резкого перепада температур, то станут ясными технические трудности выполнения системы.

Не менее существенным в этих условиях является стабильность общего коэффициента усиления в системе, величина которого зависит от положения рабочей точки на расходной характеристике. Изменение ее положения может привести к резкому ухудшению процесса регулирования. Поэтому во время разливки недопустимо понижение уровня в промежуточном ковше ниже определенного значения, а также повышение скорости разливки выше рабочей для данного сечения слитка.

В системе с тянущей клетью можно получить более высокий запас устойчивости, что объясняется следующим: во-первых, харак­теристики в системе являются линейными в широком диапазоне величин сигналов, что позволяет увеличить коэффициент усиле­ния пропорциональной части регулятора; во-вторых, вследствие высокой стойкости стакана изменения расхода незначительны, и, следовательно, статическая ошибка ограничена. Введение ин­теграла в закон регулирования ухудшает запас устойчивости системы несущественно.

Рассмотрим еще один момент, важность и влияние которого одинаковы для систем регулирования со стопором и тянущей клетью, а именно, работу систем при изменении сечений разливае­мых слитков, т. е. при изменении поперечных размеров кристалли­заторов. Частота такой смены может быть различной (несколько раз в день, один раз в неделю, месяц, год).

Интерес представляет прежде всего частая смена сечений, так как это наиболее сложный и общий случай. Уже отмечалось, что для МНЛЗ одного типа площади сечения слитков могут изменяться, примерно в 4 раза. Дальнейшее расширение диапазона  сечений - нецелесообразно по технологическим и конструктивным соображе­ниям, поэтому названную величину можно считать предельной,

Известно, что чувствительность объекта к возмущению обрат­но пропорциональна площади поперечного сечения резервуара, т. е. коэффициенту емкости. Чем больше площадь сечения, тем больше коэффициент емкости и тем меньше чувствительность объекта к возмущению. Это означает, что коэффициент усиления в системе автоматического регулирования также изменяется в 4 раза.

В связи с этим могут быть применены различные способы, ста­билизирующие работу систем, однако наиболее простым является улучшение фазовых характеристик систем регулирования и повы­шение общего коэффициента усиления без изменения запаса устойчивости.

Если такая настройка будет выполнена для самого высокого коэффициента усиления в системе, то снижение его в 4 раза только увеличит запас устойчивости. При этом качество регулирования останется достаточно высоким, так как одновременно с пониже­нием коэффициента усиления чувствительность уровня к возму­щениям уменьшается.

Хорошие результаты можно получить, используя другие вариан­ты компромиссной настройки, а также ступенчатое изменение коэффициента  усиления  при  переходе  от  одного  диапазона   сечения к другому.

Применение системы автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе при получении слитков малых сечений не встречает особых трудностей.

Увеличение коэффициента усиления в системе, связанное с уменьшением сечения кристаллизатора, может быть скомпенси­ровано. В системе со стопором частичная компенсация происходит в связи с уменьшением диаметра стакана, так как для малых се­чений производительность машин МНЛЗ все-таки снижается. Рас­ходная характеристика становится более пологой.

При стабилизации уровня с помощью тянущей клети снижение коэффициента усиления может быть достигнуто за счет регулирую­щего органа.

В обоих случаях выбор требуемого коэффициента усиления можно осуществить с помощью регулирующего прибора. Тем не менее хорошее качество регулирования уровня может быть достиг­нуто только за счет улучшения фазовых характеристик, поэтому целесообразно применение корректирующих цепей.

В статье рассмотрены в основном все особенности систем автоматического регулирования металла в кристаллизаторе, вытекающие   из   технологических   режимов   работы   МНЛЗ,   применяемых в настоящее время.

   Выводы из вышеизложенного могут быть следующие.

1)В силу широкого диапазона технологических режимов работы МНЛЗ, а также конструктивных решений оборудования в настоящее время применяются системы автоматического регулирования с использованием стопора и тянущей клети. Это необходимо учитывать при  проектировании систем.

2)Системы автоматического регулирования должны предусматривать особенности технологических режимов и конструкцию оборудования  и  обладать  необходимой  для  этой  цели  универсальностью.

3)Анализ особенностей в системах регулирования со стопором и тянущей клетью показывает, что правильным и возможным для реализации универсальности является применение вариантных решений проектирования с использованием типовой аппаратуры.

Способы измерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

В последнее время разработаны новые методы непрерывной разливки стали, в соответствии с которыми разливаемый металл до образования наружной корки не подвергается воздействию ок­ружающей атмосферы. Предложены две технологи­ческие схемы разливки: под некоторым избыточ­ным давлением нейтрального газа и с вакуумированием металла непосредственно в потоке.[2]

При разливке под давлением в среде за­щитного газа исключается возможность интен­сивного окисления металла кислородом окружа­ющей атмосферы; при разливке под разрежением, кроме того, удается выделить и удалить из раз­ливаемого металла нежелательные газовые компо­ненты»

Однако осуществление предложенных схем в связи с необходимостью тщательной гермети­зации всего тракта разливки требует усложнения конструкции машин и полной автоматизации сис­темы управления, поскольку в этом случае ручное управление практически исключается.

В условиях избыточного давления нейтраль­ного газа между промежуточной емкостью и кри­сталлизатором важное значение приобретает стабилизация уровня жидкого металла в кристалли­заторе.

ИЗМЕРЕНИЕ   УРОВНЯ   С   ПОМОЩЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ   ИЗОТОПОВ  

Область применения

Измерение уровня при помощи радиоактивных изотопов целе­сообразно прежде всего там, где вследствие наличия специфиче­ских условий, а именно: высокого давления, разреженности, агрес­сивности среды — нельзя использовать обычные приборы.[2] Этот способ используют для измерения уровня заполнения резервуа­ров, силосных башен и бункеров, где нельзя установить измери­тельные щупы или необходимо применение дорогостоящей системы измерительных щупов, вызванное конструктивными особенно­стями. Но и в тех случаях, когда правила техники безопасности запрещают установку уровнемеров в резервуарах или когда уста­новка обычных приборов потребовала бы больших затрат, для измерений часто выгодно оказывается использовать радиоактивные изотопы. Особенно целесообразно применять радиоактив­ные изотопы для измерений уровня агрессивных материалов, веществ с повышенной адгезионной способностью, в резервуарах с очень высокими температурами, в резервуарах со встроенными мешалками, в бункерах с такими крупнокусковыми материалами,  как уголь или руда, в шахтных печах, в литейном производстве и на металлургических заводах.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9