Реферат: Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

-  вариации величины коэффициента преобразования в функции "уровень — ЭДС" при
изменение места установки ЭДУМ в плоскости зеркала металла;

-  трудоемкость калибровки ЭДУМ (возможна только косвенная калибровка из-за разной
проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали);

-  необходимость подавления в сигнале ЭДУМ составляющей связанной с периодически­
ми колебаниями кристаллизатора относительно уровня металла (на частоте качания кри­сталлизатора).

Также существенным недостатком рассмотренной конструкции является значительный расход комплектующих (датчиков, кожухов, подставок, кабелей, шлангов), особенно при низкой технологической дисциплине персонала.

В конструкции ЭДУМ фирмы "Раутаруукки" первичный преобразователь установлен на специальном телескопическом кронштейне, выдвигающемся и убирающимся по команде разливщика. При этом достигается:

-  сохранность датчика и комплектующих;

-  установка датчика все время в одном и том же месте над плоскостью зеркала жидкого
металла;

-  отсутствие в полезном сигнале ЭДУМ составляющей, связанной с частотой качания
кристаллизатора.

Данные о влиянии шлакообразующей смеси на работу ЭДУМ отсутствуют. Однако эксплуатационные достоинства данной конструкции ЭДУМ снижаются необходи­мостью:

-  определения зоны безопасности для размещения телескопического кронштейна, что
затруднительно из-за ограниченности или отсутствия, в ряде случаев, места на разливочной площадке;

-  требованием наличия еще одной гидравлической системы для управления раздвижным
кронштейном.

Конструкция ЭДУМ фирмы IRM, встроенная в кристаллизатор, полностью лишена ука­занных недостатков и приближается по эксплуатационным характеристикам к изотопным датчикам. Данный ЭДУМ представляет собой группу обмоток, размещенных в специальном водоохлаждаемом кожухе, устанавливаемом на кристаллизатор, таким образом, что обмот­ки охватывают по периметру зеркало жидкого металла. Однако при достаточно больших размерах кристаллизатора конструкция ЭДУМ становится конструктивно громоздкой и не эффективной из-за необходимости подведения большой мощности питающего напряжения к обмоткам возбуждения. Оптимальными для применения данной конструкции ЭДУМ явля­ются кристаллизаторы с сечением не более 500x500 мм.

Особенностью всех конструкций ЭДУМ является необходимость правильного выбора со­отношения величины питающего напряжения и величины полезного сигнала, так как от этого зависит коэффициент усиления тракта преобразования сигнала первичного преобразо­вателя ЭДУМ. Величина полезной составляющей ЭДС сигнальных обмоток, зависит от уровня металла в кристаллизаторе и при удалении датчика от зеркала жидкого металла в диапазоне от 50 до 150 мм составляет не более 2-5 % от полного сигнала (зависит от гео­метрических размеров датчика, размеров кристаллизатора и др.). Например, коэффициент усиления в тракте преобразования "величина уровня металла - нормированный сигнал (4-20 мА, 0-5 В и т. д.)" для ЭДУМ, при габаритах первичного преобразователя: длина первичного преобразователя 200 мм, диаметр обмоток 30 мм, площади зеркала жидкого  металла 200x200 мм, над которым установлен первичный преобразователь, и питающем на­пряжении 10-15 В, составляет несколько сотен единиц. При таких значениях величины ко­эффициента усиления во вторичном преобразователе необходимо принимать меры по по­давлению внутренних шумов усилителя, а также применять ряд полосовых фильтров, по­давляющих электромагнитные помехи (в первую очередь помехи от переменного напряже­ния частотой 50 Гц). Все это приводит к снижению полосы пропускания и увеличению по­стоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ. В оптимальных конструкциях ЭДУМ запаздывание в преобразовании сигнала первичного преобразователя составляет не более 1 с. Большой коэффициент усиления в тракте преобразования сигнала ЭДУМ также накладывает ограничения по электромагнитной совместимости с другими электромагнит­ными устройствами, применяемыми на разливочной площадке. Такими устройствами могут быть мобильные радиостанции, системы электромагнитного перемешивания стали и т. д.

Применение вблизи ЭДУМ источника электромагнитных волн может вызвать аварийные ситуации, например, несанкционированное открывание или закрывание дозирующего уст­ройства.

Для ЭДУМ характерна существенная нелинейность функции преобразования "уровень металла — ЭДС". Различная чувствительность датчиков, зависящая от расстояния до зер­кала жидкого металла, является их методической погрешностью ЭДУМ. Нелинейность ха­рактеристики ЭДУМ, как и других ДУМ, приводит к переменному петлевому коэффициенту в тракте системы автоматического регулирования — САПУМК, что приводит к различию в точности поддержания уровня металла в требуемом по технологии рабочем диапазоне. Добиться линеаризации характеристики ЭДУМ можно следующими способами:

калибровкой ЭДУМ во всем рабочем диапазоне и последующим использованием полу­ченной калибровочной характеристики;

схемотехническими решениями во вторичном электронном преобразователе, например, путем использования устройств с нелинейной характеристикой;

алгоритмически.

Способ прямой калибровки ЭДУМ прост в исполнении, но имеет ограничения по точности линеаризации, так как существует отличие проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали, а для ЭДУМ на штативе возможно изменение положения первичного преобразова­теля в плоскости зеркала жидкого металла и относительно стенок кристаллизатора. Дан­ный способ наиболее пригоден для конструкций датчиков фирмы "Раутаруукки" и "IRM", в которых первичные преобразователи устанавливаются в одно и то же положение относи­тельно кристаллизатора и других металлических конструкций.

Фирмой "Ниппон кокан"  разработан ЭДУМ, в котором путем схемотехнических реше­ний во вторичном преобразователе удалось добиться квазилинейной характеристики пре­образования сигнала во всем рабочем диапазоне датчика (0-150 мм).

Примером одного из промышленно-применимых алгоритмических способов линеариза­ции характеристики преобразования ЭДУМ является способ, в котором используется со­ставляющая сигнала первичного преобразователя, связанная с наличием периодических колебаний кристаллизатора относительно слитка. В данном способе первичный преобразо­ватель устанавливается на кристаллизатор или встраивается в кристаллизатор. Так как амплитуда и частота качания кристаллизатора известны и программно задаются в процес­се разливки, то величина амплитуды составляющей полного сигнала первичного преобра­зователя может использоваться в качестве "пробного" воздействия для определения кру­тизны ЗДУМ в каждый период качаний кристаллизатора. Выделить "пробный" сигнал из сигнала первичного преобразователя можно путем полосовой фильтрации сигнала первич­ного преобразователя на частоте качания кристаллизатора, причем как на этапе аналого­вой обработки сигнала, так и в цифровом виде. Амплитуда сигнала, прошедшего полосо­вую фильтрацию, пропорциональна амплитуде качаний кристаллизатора. Аналоговое уст­ройство, реализующее выделение "пробного" сигнала, представляет набор полосовых LC или RC фильтров, настроенных на разные частоты, соразмерные с частотой качания кри­сталлизатора включаемые по команде извне по мере перехода с одной частоты кача­ния кристаллизатора на другую. Однако более предпочтительной является фильтрация сигнала в цифровом виде, так как методы цифровой фильтрации позволяют реализовать полосовые фильтры близкие к идеальным. На следующих стадиях алгоритма, после фильтрации, проводится измерение амплитуды "пробного" сигнала. Измеренная величина сопоставляется с известной (заданной или независимо измеренной) величиной амплитуды качаний кристаллизатора, на основании чего может быть вычислена крутизна в каждой точ­ке характеристики ЭДУМ, На основании вычисленных значений крутизны на следующих стадиях алгоритма корректируется коэффициент усиления для приведения характеристики ЭДУМ к линейному виду. Данный способ позволяет добиться линейности характеристики ЭДУМ во всем рабочем диапазоне с высокой степенью точности, ограниченной степенью гармоничности колебаний поверхности зеркала жидкого металла относительно кристалли­затора. При возникновении негармоничных колебаний, например, связанных с размывани­ем отверстий разливочного стакана появляется погрешность в определении величины ам­плитуды "пробного" сигнала, которая может достигать значительной величины. Для устра­нения данной погрешности амплитуду "пробного" сигнала следует вычислять на нескольких периодах колебаний, а в качестве калибровочного значения использовать величину, вы­численную как среднее значение измеренных амплитуд. Недостатками алгоритмического способа линеаризации характеристики ЭДУМ являются:

методическая ошибка, появляющаяся из-за вычисления значения коэффициента усиле­ния на основании предыдущих замеров амплитуды "пробного" сигнала;

повышенная величина постоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ, на­пример, по сравнению ЭДУМ, в котором линеаризация достигается путем использования калибровочной характеристики;

возможностью аварийных ситуаций при нерегулярности поведения зеркала жидкого ме­талла в кристаллизаторе.

На рисунке8, представлена блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характери­стики ЭДУМ.

Рис.8 Блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характеристики ЭДУМ.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9