Контроль и управление уровнем металла в промежуточном ковше МНЛЗ.

Дата добавления: 2014-05-29 | Просмотров: 1734

В начале внедрения МНЛЗ промковш играл роль распределительного буферного устройства, которое обеспечивает постоянство уровня металла hпк, истекающего в кристаллизатор. Тем самым он создает более благоприятные условия для выполнения важнейшей задачи стабилизации уровня в кристаллизаторе МНЛЗ – (hкр). Эта задача решается путем изменения проходного сечения дозатора, установленного на сталеразливочном ковше – (Δfпр).

Динамические свойства промковша можно описать следующим диференциальным уравнением:

То dhпк/dτ + hпк = ko1Δfпр + ko2Δfст + ko3ΔН, где:

- hпк – уровень металла в промковше;

- Δfпр – изменение проходного сечения дозатора на притоке металла в промковш;

-Δfст – изменение проходного сечения дозатора на стоке металла из промковша в кристаллизатор;

- ΔН – изменение уровня металла в стальковше по ходу разливки;

- То – постоянная времени объекта промковш;

- ko1, ko2, ko3 – коэффициенты передачи объекта по каналам:

- управления изменением притока металла из стальковша (Δfпр);

- случайных для промковша изменений проходного сечения дозатора металла из промковша в кристаллизатор (Δfст);

- монотонных возмущений для уровня hпк , обусловленных снижением уровня металла в стальковше по ходу разливки (ΔН).

Таким образом, с точки зрения динамики, промежуточный ковш МНЛЗ представляется звеном первого порядка с различными по разным каналам коеффициентами передачи.

Наибольший интерес для стабилизации уровня в промковше представляет свойства канала управления ko1Δfпр. Очевидно, что вследствие уменьшения ферростатического напора, обусловленного снижением уровня металла в стальковше по ходу разливки (ΔН), величина коеффициента ko1 уменьшается от некоторого максимального значения в начале разливки до нулевого в конце, т.е. эффективность регулирования по этому каналу по ходу разливки падает.

Для возмущений регулирующим органом на стоке (Δfст) объект остается стационарным, однако интенсивность размыва проходного канала дозатора на стоке металла из промковша настолько существенна, что изменяется Δfст.

В таком случае возмущение со стороны стока представляет собой неубывающую функцию, имеющую случайный характер.

Рис 2р. Изменения коэффициента передачи объекта

промковш – стальковш ko1 по ходу разливки

Значительный диапазон колебаний параметров объекта как по каналам возмущений так и по каналу управления затрудняет применение линейных законов регулирования с фиксированными настройками – показатели качества процесса регулирования уровня hпк оказываются неудовлетворительными.

Это обстоятельство затрудняет стабилизацию уровня металла в кристаллизаторе, к качеству которой предъявляют жесткие требования (Δhкр< 10 мм).

Кроме того, при выборе закона управления hпк необходимо иметь в виду, что стопорная пара пробка – стакан или шибер стальковша не позволяют реализовать глубокое дросселирование струи металла при значительном статическом напоре в стальковше в начале разливки. Возможно интенсивное размывание металлом дросселирующих устройств и аварийное прекращение разливки.

Приведенные причины вынуждают применять для стабилизации hпк двухпозиционное регулирование (открыто – закрыто). В системе регулирования возникают атоколебания с амплитудой 40 – 50 мм, зависящей от настройки ширины зоны нечувствительности двухпозиционного регулятора, которую выбирают исходя из необходимости минимизации частоты перемещений затвора дозатора металла (обычно период Т< 20с).

Есть ряд интересных разработок у японских фирм. Так на заводе фирмы «Ниппон кокан» на слябовых МНЛЗ конвертерного цеха с 1982г. успешно функционирует система стабилизации уровня металла в промковше с воздействием на поворотный затвор стальковша револьверного типа с набором по окружности разных по диаметру дозирующих стаканов.

Стабилизация уровня металла в промковше обеспечивается здесь подводом под струю металла полностью открытого стакана того или иного диаметра вместо обычно применяемого способа частичного перекрытия струи. Кроме высокой надежности такого дозатора, система позволяет получить хорошо организованную струю металла, в результате снижается эффект его вторичного окисления.

Методы контроля и управления уровнем металла в промковшах МНЛЗ

Преимущественное применение получил косвенный метод контроля уровня металла в промковшах– путем взвешивания промковша с металлом с применением тензометрических или магнитоупругих преобразователей массы.

Датчики – месдозы для МНЛЗ и системы автоматизации на их базе разработаны, в частности, Киевским институтом автоматики и НПО «Черметавтоматика».

Накопленный опыт эксплуатации таких систем показал, что основная трудность их работы – частые выходы из строя датчиков массы, установленных на несущих тележках, и подводящих кабелей.

Месдозы выходят из строя из-за недопустимых динамических перегрузок, вызванных ударной установкой промковша на несущую тележку, кабели разрушаются из-за попадания на них жидкого металла.

Оригинальное решение в этой связи предложила английская фирма «Дэви». В ее системе месдозы и кабели размещены под рельсовыми путями перемещения несущей тележки промковша. В рельсовом пути для этой цели выделяют изолированное звено, подвешенное на пластинчатых пружинах.

Массы здесь распределены таким образом:

- масса жидкого металла 35-40т;

- масса промковша 25т;

- масса несущей тележки

и рельсового звена 20т.

Сквозная точность комплекса 0,6% от верхнего предела измерения.

Для строительства МНЛЗ конвертерного цеха металлургического комбината «Запорожсталь» разрабатывается экспериментальная система контроля уровня металла в промковше радиолокационным методом.

Известны также разработки электромагнитных датчиков уровня EMLI шведской фирмы Metall Process Control (MPC) ( см. рис. 3р ). Здесь уровень металла контролируется с помощью высокочастотного електромагнитного поля, излучаемого одновитковой антенной передатчика, встроенной в нерасходуемую часть футеровки промковша. Приемная антенна расположена аналогичным образом на противоположной стенке емкости.

В зависимости от положения уровня жидкого металла сигнал, воспринимаемый приемной антенной, изменяется за счет изменения потокосцепления силовых линий поля, часть которых замыкается на металл.

Рис.3р. Контроль и регулирование уровня металла в промковше МНЛЗ

с применением датчика EMLI

Далее этот сигнал нормализуется и выдается на устройство отображения и в систему регулирования в виде унифицированного токового сигнала 4 – 20мА.

Разрешающая способность датчика MPC (EMLI) – 1мм, погрешность измерения ± 10мм в диапазоне измерения 0 – 500мм.

Фирма MPC гарантирует динамическую точность поддержания уровня металла в кристаллизаторе ± 20 мм при условии надежного функционирования шиберного затвора стальковша.

Для МНЛЗ Магнитогорского меткомбината Киевский институт автоматики разработал силоизмерительный магнитоупругий преобразователь ПСМ-СПМ-40, формирователь нормированного сигнала постоянного тока ФС и управляющую часть системы стабилизации с применением контроллера Ремиконт Р-110 и электрогидавлического сервопривода УЭГСК со станцией управления.

Ремиконт позволяет осуществлять управление как в двухпозиционном так и в П или ПИ режимах.

Нелинейность статической характеристики ПСМ устраняется алгоритмом кусочно – линейной аппроксимации (КУС) Ремиконта Р-110.

Погрешность измерения массы – 1%, постоянная времени ПСМ составляет 0,125с.

ПСМ и система управления скользящим шиберным затвором стальковша с помощью пропорционального сервопривода УЭГСК обеспечивает максимальное динамическое отклонение уровня металла в промковше

Δhпк = ± 40мм. ПСМ допускает предельную динамическую перегрузку в 200% от номинальной массы промковша с металлом.

Широкое распространение для взвешивания промковша (и стальковша) в последнее время получили системы фирмы SIMENS – «SIWAREX» и

«SIWALOG». В качестве датчиков веса в этих системах используются тензорезисторные преобразователи с классом точности 0,03%; 0,1% и 0,2% в зависимости от исполнения.

Обработка информации от тензорезисторных датчиков в весоизмерительных системах фирмы SIMENS производится в электронных блоках, выходной сигнал которых представлен или в аналоговой (система «SIWALOG», или в дискретной форме (система «SIWAREX»).

Система «SIWALOG» с использованием тензорезисторных датчиков, управляющего контроллера ветви «SIMATIC» и электрогидравлической системы дозирования металла была поставлена для МНЛЗ ЭСПЦ N2 Оскольского электрометаллургического комбината.