УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к непрерывной разливке металла, и может быть использована для регулирования уровня жидкого металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок.
Известна система поддержания уровня металла в двухручьевом кристаллизаторе, содержащая датчик уровня металла, соединенный через преобразователь, первый блок сравнения и регулятор с исполнительным механизмом, а второй блок сравнения соединен с блоком задания уровня металла (задатчиком). Причем система дополнительно содержит два блока сравнения, преобразователь, усилитель и исполнительный механизм, при этом входы каждого из дополнительных блоков сравнения соединены с выходами преобразователей обоих ручьев кристаллизатора, выход одного из дополнительных блоков сравнения соединен с входом усилителя канала регулирования положения промежуточного ковша, а выход другого дополнительного блока сравнения соединен с блоком сравнения канала регулирования положения стопора (см. а. с. СССР №538813, МПК B22D 11/16).
Недостатком системы является низкая надежность работы кристаллизатора. Это обусловлено тем, что известная система не позволяет произвести оценку технического состояния погружного стакана, а также отсутствует обратная связь по скорости изменения уровня металла в кристаллизаторе с датчиком уровня металла, обеспечивающая быстродействие системы и высокую точность регулирования уровня металла.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является устройство для регулирования уровня металла в кристаллизаторе, содержащее датчик уровня металла, выход которого соединен с входом блока вычисления скорости изменения уровня металла, датчик скорости разливки металла, исполнительный механизм привода стопора, первый блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу датчика уровня металла, второй вход соединен с выходом блока задания уровня металла, а выход первого блока сравнения соединен с входом регулятора уровня металла, второй блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом регулятора уровня металла, второй вход подключен к выходу датчика позиции стопора, а выход второго блока сравнения соединен с входом регулятора положения стопора. Причем система снабжена блоком вычисления адаптивного коэффициента усиления регулятора уровня, первый вход которого соединен с выходом датчика позиции стопора, второй вход - с датчиком скорости разливки металла, третий вход подключен к выходу блока вычисления скорости изменения уровня металла в кристаллизаторе, а выход соединен с входом регулятора уровня металла (см. пат. РФ №77810, B22D 11/16).
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы МНЛЗ в связи с отсутствием оценки технического состояния погружного стакана, что приводит к внеплановой замене погружного стакана и увеличивает вероятность появления дефектов непрерывнолитой заготовки, вызванных смещением потока металла, в связи с отложением продуктов окисления стали на стенках погружного стакана. В результате это приводит к уменьшению скорости разливки, а также ухудшению качества отливаемого металла вследствии нарушения равномерности процесса формирования структуры слитка.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей заявляемого устройства.
Технический результат заключается в обеспечении стабильности процесса разливки металла в кристаллизаторе путем диагностического контроля за состоянием погружного стакана, что позволяет сократить количество его внеплановых замен, а также предотвратить появление дефектов непрерывнолитой заготовки, вызванных смещением потока металла, вследствие «зарастания» погружного стакана, которое возникает в результате отложения продуктов раскисления стали на внутренних его стенках.
Проблема решается тем, что устройство для регулирования уровня металла в кристаллизаторе, содержащее датчик уровня металла, выход которого соединен с входом блока вычисления скорости изменения уровня металла, датчик скорости разливки металла, исполнительный механизм привода стопора, первый блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу датчика уровня металла, второй вход соединен с выходом блока задания уровня металла, а выход первого блока сравнения соединен с первым входом регулятора уровня металла, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления скорости изменения уровня металла, второй блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом регулятора уровня металла, второй вход подключен к выходу датчика позиции стопора, а выход второго блока сравнения соединен с входом регулятора положения стопора, согласно изменению, оно снабжено суммирующим блоком, блоком поиска локальных максимумов, блоком визуализации, блоком архивации и переключателем режима работы, причем вход последнего соединен с выходом регулятора положения стопора, а выход переключателя режима работы соединен с входом исполнительного механизма привода стопора, при этом первый вход суммирующего блока соединен с выходом блока вычисления скорости изменения уровня металла, второй его вход подключен к выходу датчика скорости разливки металла, а выход суммирующего блока соединен со входом блока архивации и входом блока поиска локальных максимумов, причем выход последнего соединен с входом блока визуализации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена структурная схема устройства для регулирования уровня металла в кристаллизаторе.
Устройство для регулирования уровня металла в кристаллизаторе содержит датчик уровня металла 1, датчик позиции стопора 2, датчик скорости разливки металла 3, исполнительный механизм привода стопора 4, регулятор положения стопора 5, первый блок сравнения 6, регулятор уровня металла 7, второй блок сравнения 8, блок задания уровня металла 9, блок вычисления скорости изменения уровня металла 10, суммирующий блок 11, блок поиска локальных максимумов 12, блок архивации 13, блок визуализации 14, переключатель режима работы 15. Позициями 16, 17 и 18 указаны кристаллизатор, погружной стакан и промежуточный ковш соответственно. Причем выход датчика уровня металла 1 соединен с входом блока вычисления скорости изменения уровня металла 10. Первый вход первого блока сравнения 6 подключен к выходу датчика уровня металла 1, второй его вход соединен с выходом блока задания уровня металла 9, а выход первого блока сравнения 6 соединен с первым входом регулятора уровня металла 7, второй вход регулятора уровня металла 7 соединен с блоком вычисления скорости изменения уровня металла 10, а выход регулятора уровня металла 7 подключен к первому входу второго блока сравнения 8. При этом второй вход второго блока сравнения 8 соединен с датчиком позиции стопора 2, а выход соединен с входом регулятором положения стопора 5, выход которого подключен к входу переключателя режима работы 15. При этом выход переключателя режима работы 15 соединен с исполнительным механизмом привода стопора 4. Первый вход суммирующего блока 11 соединен с выходом блока вычисления скорости изменения уровня металла 10, второй вход подключен к выходу датчика скорости разливки металла 3, а выход суммирующего блока 11 соединен с входом блока архивации 13 и входом блока поиска локальных максимумов 12, при этом выход последнего соединен с входом блока визуализации 14.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Расплавленная сталь из выходного отверстия промежуточного ковша 18 поступает в погружной стакан 17, который предназначен для обеспечения надежной защиты металла от вторичного окисления и попадания шлаковых включений в заготовку, а также способствуя формированию конвективных потоков металла в кристаллизаторе.
Из погружного стакана расплавленный металл поступает в кристаллизатор 17, при этом датчик 1 измеряет фактический уровень жидкого металла в кристаллизаторе, после чего преобразует полученное значение в электрический сигнал, соответствующий уровню металла.
Далее указанный электрический сигнал с датчика 1 поступает на вход первого блока сравнения 6, где его сравнивают с электрическим сигналом, соответствующим заданному уровню металла, полученным с блока задания уровня металла 9. На выходе первого блока сравнения 6 формируется разность заданного и фактического сигналов, которая поступает на первый вход регулятора уровня металла 7. Одновременно с этим на второй вход регулятора уровня металла 7 поступает сигнал с блока вычисления скорости изменения уровня металла 10.
Причем скорость изменения уровня металла в кристаллизаторе напрямую связана с величинами расхода стали из промежуточного ковша и кристаллизатора:
кр
2
где S - площадь сечения кристаллизатора, мм;
кр
H(t) - уровень металла в кристаллизаторе, мм;
пк
3
Q(t) - расход металла из промежуточного ковша, мм/с;
кр
3
Q(t) - расход металла из кристаллизатора, мм/с.
Регулятор уровня металла 7 в зависимости от полученных сигналов формирует выходной сигнал, который поступает на второй блок сравнения 8, где сравнивается с сигналом фактического положения стопора, поступающего с датчика позиции стопора 2. Затем разность этих сигналов подается на вход регулятора положения стопора 5, который через переключатель режима работы 15 дает команду исполнительному механизму привода стопора 4. Причем последний, посредством изменения положения стопора, регулирует уровень металла из промежуточного ковша 18 в кристаллизатор 17.
Далее через определенный промежуток времени, определяемый в соотвествиии с технологической инструкцией, оператор с помощью переключателя 15 переводит устройство в ручной режим работы. Это позволит произвести оценку технического состояния погружного стакана. Такая своевременная диагностика способствует предотвращению появления дефектов непрерывнолитой заготовки, вызванных смещением потока металла вследствие «зарастания» погружного стакана кристаллизатора, обеспечивая высокое качество отливаемого металла путем более равномерного формирования структуры слитка.
Переключатель 15 отключает регулятор положения стопора 5 от исполнительного механизма привода стопора 4, в связи с чем положение стопора регулируется технологическим персоналом вручную. Поскольку максимальная величина расхода стали из промежуточного ковша ограничивается сечением погружного стакана, необхимо оценить его пропускную способность. Для этого оператор изменяет положение стопора, а именно, сначала уменьшает уровень металла в кристаллизаторе на допустимую величину, а затем поднимает стопор на максимально-возможную величину, увеличивая поток металла, поступающего в кристаллизатор, при этом не допуская перелива металла через края кристаллизатора. Это позволяет наполнить погружной стакан и произвести оценку пропускной способности стакана, поскольку максимальные значения уровня металла характеризуют наибольшую пропускную способность стакана, и наоборот, минимальное значение - его «зарастание».
кp
кp
раз
Расход металла из кристаллизатора Q(t) пропорционален площади сечения кристаллизатора S и скорости разливки V(t):
кр
3
где Q(t) - расход металла из кристаллизатора, мм/с;
кр
2
S - площадь сечения кристаллизатора, мм;
раз
V(t) - скорость разливки, мм/с.
Исходя из вышеизложенного, расход стали из промежуточного ковша можно представить:
ПК
3
где Q(t) - расход металла из промежуточного ковша, мм/с;
кр
2
S - площадь сечения кристаллизатора, мм;
раз
V(t) - скорость разливки, мм/с.
кp
кp
H(t)- уровень металла в кристаллизаторе, мм; причем площадь сечения кристаллизатора (S) является постоянной при изготовлении заготовок одного сортамента.
Одновременно с этим на вход суммирующего блока 11 подают сигналы с датчика скорости разливки металла 3 и с блока 10, которые затем суммируются. Причем величина полученного сигнала с выхода блока 11 пропорциональна объему металла, поступающего в кристаллизатор в единицу времени. Значения с суммирующего блока 11 поступают в блок архивации 13, который осуществляет обработку и ведет архивы измеряемых и расчетных параметров, а также всех происходящих в процессе работы событий, сравнивает поступающие в него данные с допустимыми параметрами. В качестве такого блока может быть использовано любое известное средство, предназначенное для вышеуказанных целей.
Блок поиска локальных максимумов периодически (за программируемый промежуток времени) позволяет накапливать значения с выхода суммирующего блока 11, при этом максимальное из них поступает на вход блока визуализации 14, который позволяет преобразовать поступающую информацию для удобного восприятия технологическим персоналом.
Таким образом, блок визуализации 14 обеспечивает оператору возможность удобной работы с измеренными и полученными расчетным путем значениями рабочих параметров в виде графиков, таблиц, индикаторов, а следовательно, своевременно оценить техническое состояние погружного стакана и оперативно принять меры по предотвращению или устранению предаварийной или аварийной ситуации. При этом в качестве блока визуализации используют компьютер с любым известным программным обеспечением, позволяющим представлять сигналы в наиболее удобном для прочтения виде.
В случае если пропускная способность не соотвествует техническим требованиям, то технологический персонал принимает решение о замене погружного стакана. Если же техническое состояние стакана находится на допустимом уровне, переключателем 15 заявляемое устройство вновь переводят в автоматический режим работы.
Такое конструктивное выполнение заявляемого устройства позволяет повысить надежность процесса разливки металла в кристаллизаторе путем постоянного диагностического контроля за состоянием погружного стакана, обеспечивая сокращение числа внеплановых замен погружного стакана.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет осуществлять регулирование уровня металла в кристаллизаторе, производить оценку технического состояния погружного стакана и повысить качество отливаемого металла за счет предотвращения появления неметаллиечских включений, попадаемых в металл при внеплановых заменах погружного стакана, а также дефектов, вызванных смещением потока металла в погружном стакане вследствие его «зарастания».