Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

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.

[pic]

Рис.8 Блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в

кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации

характеристики ЭДУМ.

Перспектива развития ДУМ:

миниатюризация; повышение удобства эксплуатации и надежности;

снижение эксплуатационных расходов и стоимости комплектующих; повышение

безопасности работы; повышение точности измерения. Для выполнения этих

требований рассмотренные ДУМ должны совершенствоваться в

следующих направлениях.

Изотопные ДУМ. Снижение мощности источника радиационного излучения;

повышение помехозащищенности приемного тракта; переход на другие виды

радиационного излучения, например, с использованием нейтронных генераторов

или генераторов рентгеновского типа, управляемых и не имеющих последействия

(вторичного радиационного излучения).

Электромагнитные ДУМ. Уменьшение габаритов первичных преобразователей

(наружный диаметр первичных преобразователей 10-20 мм — для датчиков

устанавливаемых над зеркалом жидкого металла на край кристаллизатора);

применение материалов и разработка конструкций, приводящих к снижению цены

для приближения к цене традиционно расходных материалов (футеровка,

термопары разового действия, пробоотборника и др.); интеграция конструкция

ЭДУМ в систему перемешивания металла в кристаллизаторе для устранения

влияния перекрестных электромагнитных полей; разработка конструкций ЭДУМ,

пригодных для закрепления на промковшах; уменьшение количества коммуникаций

(электрический кабель, шланг системы охлаждения), подсоединяемых к ЭДУМ.

Система уровень

В документе приняты следующие обозначения:

УФО - блок контроллера, устройство формирования и обработки сигналов

ПР - пульт разливщика с монитором

ПС - исполнительный механизм привода стопора

ВИП - блок силовой электроники привода стопора

ДУМ - датчик уровня металла

ДПК - датчик положения кристаллизатора

ВиА - стойка визуализации и архивации

НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

Система УРОВЕНЬ предназначена для автоматического поддержания

заданного уровня расплавленного металла, контроля и программного изменения

уровня в кристаллизаторе МНЛЗ. Аппаратура системы предназначена для

эксплуатации в условиях цеха металлургического предприятия. При этом часть

блоков располагается в помещении автоматики МНЛЗ, остальные размещаются на

разливочной площадке.[5]

Условия эксплуатации

|Показатель |Значение |

|Температура воздуха на разливочной площадке |от -25 до +60 °С |

|Относительная влажность на разливочной площадке |до 98% при |

| |температуре 35°С |

|Атмосферное давление на разливочной площадке |750 ±75 мм рт. ст.|

|Температура воздуха в помещении автоматики |от -5 до +40 °С |

|Относительная влажность в помещении автоматики |до 98% при |

| |температуре 25 °С |

|Атмосферное давление в помещении автоматики |750 ±75 мм рт. ст |

Технические характиристики

|Показатель |Значение |

|Диапазон значений уровня металла в кристаллизаторе, |от 20 до 150 мм |

|удерживаемых системой (отмеренных от верхнего края медных| |

|стенок кристаллизатора) | |

|Погрешность поддержания установленного значения уровня |±1 |

|металла (среднестатистическое интегральное значение) | |

|Динамическая погрешность поддержания уровня при |±1,5 мм |

|ступенчатом изменении скорости вытягивания сляба на 10% | |

|(при скорости сляба 1 м/мин) | |

|Длительность переходного процесса, вызванного скачком |не более 12 |

|скорости вытягивания сляба | |

|Тип интерфейса для связи между контроллером и рабочей |RS-485 |

|станцией | |

|Время восстановления системы после аварии (только при |не более 30 мин |

|типовой комплектации) | |

|Максимальное усилие, развиваемое приводом |не менее 6000 Н |

|Предельная температура корпуса ПР и ПС от теплопередачи и|не более 60 |

|излучения, °С | |

|Сетевое напряжение питания с частотой 50 Гц, В |198 - 242 |

|Максимальная мощность, потребляемая от сети, ВА |700 |

УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИСТЕМЫ

Система "Уровень" является следящей системой, поддерживающей заданный

уровень металла в кристаллизаторе МНЛЗ. Блок-схема системы показана

ниже.

[pic]

Основными функциональными элементами системы, показанными на рисунке,

являются:

датчик уровня жидкого металла в кристаллизаторе ДУМ,

электронный блок УФО , объединяющий большую часть электронных

элементов системы,

электропривод, включающий электромеханический привод ПС и блок силовой

электроники ВИП - исполнительное устройство системы,

пульт разливщика ПР - основное устройство управления системой и

отображения ее работы в процессе разливки,

датчик положения кристаллизатора ДПК, измеряющий частоту и амплитуду

качания кристаллизатора,

стойка Визуализации и Архивирования (ВиА) служит для отображения,

архивации и хранения основных параметров системы и режимах работы

Пульт разливщика ПР, привод ПС и датчик уровня металла ДУМ размещаются

на разливочной площадке. Блоки УФО, ВИП, находятся в шкафу вблизи

разливочной площадки. Остальные блоки расположены в помещении оператора

МНЛЗ.

После начала разливки, выполняемого в режиме ручного управления, на

кристаллизатор устанавливается датчик уровня металла ДУМ. После получения

от системы сигнала о готовности к работе в автоматическом режиме,

разливщик подает команду на включение автоматического режима

управления и при помощи муфты подключает исполнительный механизм - привод

ПС к штоку стопорного механизма промежуточного ковша. При изменении условий

разливки - температуры жидкого металла, изменении геометрических размеров

сливного отверстия промковша, изменении скорости вытягивания сляба -

изменяется уровень металла в кристаллизаторе.

Датчик уровня металла ДУМ преобразует уровень металла в

кристаллизаторе в электрический сигнал. Сигнал передается в основной

электронный блок системы - УФО. В этом блоке производится преобразование

сигнала ДУМ в цифровую форму и вычисляется текущее значение уровня металла

в кристаллизаторе. Результат вычисления сравнивается с установленным

программой значением. В зависимости от величины и знака рассогласования

вырабатывается цифровой сигнал управления приводом стопора. Сигнал

управления подается в блок силовой электроники привода ВИП, где он

преобразуется в аналоговую форму, усиливается по мощности и приводит в

движение механизмы привода стопора ПС. Привод ПС перемещает стопор в новое

положение, изменяя поступление жидкого металла в кристаллизатор, и тем

самым, восстанавливая заданный уровень металла, измеряемый датчиком ДУМ.

Датчик уровня металла ДУМ

Датчик ДУМ служит для измерения уровня жидкого металла в

кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Внешний вид датчика

показан на рисунке. Датчик ДУМ состоит из штатива и закрепленного на нем

чувствительного элемента. Штатив имеет основание, стойку с рисками и ручку

для переноски. На стойку одета муфта, несущая трубчатый кронштейн, с

фиксирующими штурвальчиками.

Правый штурвальчик (если смотреть со стороны штуцера) позволяет

фиксировать положение муфты на вертикальной стойке штатива. Освобожденная

муфта легко перемещается по стойке.

Левый штурвальчик фиксирует угловое и линейное положение трубчатого

кронштейна относительно муфты.

На трубчатом кронштейне с одной стороны закреплен через шарнир

чувствительный элемент датчика, а с другой - электрический разъем и штуцер

для подключения воздушного шланга.Шарнир дает возможность устанавливать

чувствительный элемент под разными углами относительно продольной оси

кронштейна.

Чувствительный элемент через крышку соединен трубкой с шарниром. По

этой трубке воздух попадает внутрь его. Крышка имеет отверстия для выхода

воздуха. Чувствительный элемент закрыт защитным кожухом. Кожух и

чувствительный элемент крепятся к крышке. Кожух крепится с помощью трех

губок, установленных на крышке, и хомута, затягиваемого винтом.

Для защиты от перегрева в датчик по шлангу подается воздух под

давлением от 2 до 3 атм. К аппаратуре системы "Уровень" датчик подключается

с помощью кабеля с электрическим разъемом. На трубчатый кронштейн, шарнир и

крышку ДУМ надевается брызгозащитный чехол из стеклоткани. Чехол

предназначен для предотвращения попадания брызг жидкого металла на элементы

конструкции ДУМ.

Крепление чехла осуществляется тесёмками, завязываемыми на трубчатом

кронштейне и на верхней части защитного кожуха чувствительного элемента. На

трубчатом кронштейне чехол не должен быть затянут плотно для обеспечения

выхода охлаждающего воздуха.

ПУЛЬТ РАЗЛИВЩИКА

Блок ПР является основным средством общения между пользователем -

разливщиком и системой "Уровень". Блок предназначен для:

выдачи разливщиком команд управления системе,

отображения на дисплее текущей информации техпроцесса,

отображения на дисплее аварийных ситуаций техпроцесса и выдачи

звукового сигнала.

На лицевой панели пульта расположены кнопки управления системой,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5