Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Срочные публикации в журналах ВАК и зарубежных журналах Скопус (SCOPUS)!



Научные публикации в научно-издательском центре Аэтерна


Статья опубликована в №79 (март) 2020
Разделы: Электротехника
Размещена 23.02.2020. Последняя правка: 08.04.2020.
Просмотров - 464

Разработка алгоритма системы автоматического регулирования скорости вытягивания в процессе непрерывной разливки стали

Жененко Анна Игоревна

2 курс

Новотроицкий филиал Национальный исследовательский технологический университет Московский институт стали и сплавов

Студент

Лицин Константин Владимирович, кандидат технических наук, доцент, Новотроицкий филиал Национальный исследовательский технологический университет Московский институт стали и сплавов


Аннотация:
В статье представлено описание устройства машины непрерывного литья заготовки. Приведены достоинства и недостатки технологии непрерывной разливки металла. Особое внимание уделено проблеме прорыва корочки заготовки. Рассмотрена работа системы раннего распознавания прорыва и предложен способ ее модернизации с помощью автоматизации процесса. Представлен разработанный алгоритм изменения скорости разливки.


Abstract:
The article describes the design of the continuous-casting machine. Advantages and disadvantages of continuous metal casting technology are given. Particular attention is paid to the problem of breaking through the workpiece crust. The work of the early breakthrough recognition system is considered and a method for its modernization using process automation is proposed. The developed algorithm for changing the casting speed is presented.


Ключевые слова:
машина непрерывного литья заготовок; автоматизация; непрерывная разливка стали; прорыв стали; дефекты стали; электропривод

Keywords:
continuous-casting machine; automation; continuous casting of steel; steel breakout; steel defect; electric drive


УДК 62-5

Введение. В своё время введение в производство процесса непрерывной разливки стали позволило организовать высокопроизводительный цикл создания заготовок, которые по профилю и размерам удовлетворяли необходимым требованиям [1]. Непосредственным плюсом стало улучшение качества заготовок, а так же экономия энергии (согласно официальным данным расход топлива на нагрев под прокатку сократился на 85%).

Для введения в эксплуатацию процесса непрерывной разливки использовались машины непрерывного литья заготовки – МНЛЗ (установка непрерывной разливки стали – УНРС) [2]. Схематическое изображение МНЛЗ представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема МНЛЗ: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – стопор; 4 – механика; 5 – гидравлика; 6 – измерение температур; 7 – кристаллизатор; 8 – непрерывный слиток; 9 – направляющие ролики; 10 – режущее устройство; 11 – сляб

Разлив из сталеразливочного ковша осуществляется через промежуточный ковш. Поступающий металл затвердевает у стенок кристаллизатора. При достижении необходимого уровня металла, происходит включение тянущей клети, которая вытягивает кристаллизующийся слиток. После остывания, сляб перемещается к газовому резаку и уже порезанные слябы передаются на рольганг [1].

Однако, несмотря на все преимущества, которые предлагает нам данная технология, проблема повышенной отбраковки листового проката остаётся актуальной. По данным анализа за 2017 год на МНЛЗ №2 АО «Уральская сталь» (г. Новотроицк, Оренбургская обл.) общая отбраковка по некоторым маркам стали превысила 8% [3]. Причиной отбраковки стали такие дефекты, как плена, рванина, трещина, сетчатая трещина, неметаллические включения, расслой, газовые пузыри и др.

Основными дефектами на поверхности непрерывно литых заготовок являются трещины [5]. Их появление обусловлено рядом причин: повышенный перегрев жидкого металла, содержание серы, повышающее допустимые значения, низкий интервал кристаллизации, сложная форма поперечного сечения непрерывнолитой заготовки. Однако одна из самых распространённых причин появления дефектов в заготовке – повышенная скорость разливки металла, которая напрямую влияет на образование твёрдой корочки и приводит к прорыву. При прорыве наблюдается резкое снижение уровня металла в кристаллизаторе и появление зеленоватого пламени и пара. Большинство аварийных прорывов происходит при входе заготовки в зону загиба, где на достаточно тонкую корочку заготовки помимо фазовых напряжений накладываются нагрузки изгиба [4].

Актуальность. Стоит отметить, что неправильное затвердевание, которое приводит к прорывам, влияет на появление, как поверхностных дефектов, так и дефектов внутреннего строения. Кроме того, не обнаруженные на стадии разлива дефекты впоследствии влияют на качество листопрокатной заготовки. Поэтому актуальным направлением является исследование способа распознавания прорыва корочки с целью его предотвращения.

Цель статьи – рассмотреть алгоритм, позволяющий осуществлять изменение скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора МНЛЗ.

Задачи, необходимые для достижения поставленной цели:

–  анализ системы раннего распознавания прорывов;

– исследование алгоритма изменения скорости вытягивания заготовки для предотвращения прорыва корочки.

Основная часть.

Чтобы предотвратить прорывы, на АО «Уральская Сталь» используется система раннего распознавания прорывов – СРРП, которая позволяет ещё до выхода дефектной части корочки из кристаллизатора диагностировать дефект и предпринять необходимые меры по его устранению. Принцип работы СРРП основан на замере температуры внутренней поверхности стенок кристаллизатора посредством термопар, вмонтированных по периметру в 2-3 уровнях по высоте. Показания термопар, расположенных на разных уровнях, сравниваются: в месте разрыва корочки показания температуры будут выше [4]. В качестве примера рассмотрим прилипание твёрдой корочки к стенке кристаллизатора (рис.2). Как правило, прилипание происходит при непосредственном контакте затвердевшей корочки с медной стенкой кристаллизатора, что вызывает рост сил трения в зоне контакта.

Рисунок 2 – Динамика изменения температуры стенки при возникновении прилипания

На I этапе термопары показывают постоянную температуру, причём температура верхней термопары выше, чем нижней (это обусловлено разницей в толщине корочки). На II этапе, когда прорыв корочки уже произошёл, система ещё не может его зафиксировать из-за термического сопротивления корочки и кристаллизатора. Далее прорыв подходит к «верхней» термопаре (этап III), что сопровождается значительным повышением температуры, при этом показания «нижней» термопары остаются неизменными. На этапе IV прорыв достигает уровень «нижней» термопары, наблюдает повышение температуры и фиксируется максимум температур на «верхней» термопаре. При дальнейшем продвижении прорыва (этап V) «верхняя» температура падает, а «нижняя» достигает своего максимума. После прохождения уровня «нижней» термопары, температуры достигают своих номинальных значений (этап VI).

Контроль над разливкой осуществляет оператор, который должен зафиксировать прорыв и принять решение об остановке МНЛЗ или снижении скорости вытягивания. Однако любое вмешательство в работу приведёт к потере производительности и экономическим убыткам. Поэтому, несмотря на то, что такая система снижает аварийные ситуации, связанные с прорывом металла, необходимо её усовершенствовать. Главной проблемой является запаздывание реакции из-за ручного управления, а значит, необходима автоматизация процесса.

На рисунке 3 представлена блок-схема работы системы автоматического регулирования скорости вытягивания заготовки. Анализ происходит в реальном времени и на его основе принимается решение о корректировке скорости вытягивания. Система оценивает в динамике изменение температур. Если в течении 10 секунд перепад температур меньше 2 °С, система снижает скорость вытягивания на 0,1 м/мин. Если в течении последующих 10 секунд перепад снижается до 1 °С, система оповещает персонал о необходимости остановки «ручья». При этом, если после снижения скорости вытягивания перепад восстанавливается до номинального значения, система восстанавливает скорость вытягивания до исходной величины. То же самое происходит и после остановки ручья, когда восстанавливается нормальный перепад температур: система даёт сигнал о запуске «ручья».

Рисунок 3 – Аналитическая блок-схема САР скорости вытягивания

Система автоматического регулирования скорости вытягивания на основе показаний СРРП исключает человеческий фактор при принятии решения о корректировке режима работы МНЛЗ. Внедрение этой системы минимизирует вероятность аварийных прорывов и сократит убытки из-за простоя оборудования.

Заключение. После внедрения системы автоматического регулирования скорости вытягивания по расчётам ожидается увеличение годового объёма на 0,4 %, а валовой прибыли на 0,38%. А так же ожидается снижение себестоимости на 0,4%. Таким образом, система автоматического регулирования скорости вытягивания непрерывнолитой заготовки не только позволит своевременно фиксировать прорыв, но и безошибочно изменять режим работы МНЛЗ, что в свою очередь приведёт к увеличению годового объёма продукции и росту прибыли.

Библиографический список:

1. Смирнов А.Н. Непрерывная разливка стали: Учебник / А.Н. Смирнов, С.В. Куберский, Е.В. Штепан. – Донецк: ДонНТУ, 2011. – 482 с.
2. Вдовин К.Н. Непрерывная разливка стали: монография / К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, И.М. Ячиков. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск.гос. техн. ун-та, 2012. – 540 с.
3. Разливка стали на слябовой машине непрерывного литья заготовок. Технологический отчёт. АО «Уральская Сталь». 2018 г. 35 с.
4. Бровман М.Я. Кристаллизаторы установок непрерывного литья металлов / М.Я. Бровман. – М.: Теплотехник, 2011. – 432 с.
5. Лякишев Н.П. Развитие технологии непрерывной разливки стали /Н.П. Лякишев, А.Г. Шалимов. – М.: ЭЛИЗ, 2002. – 208 с.




Рецензии:

7.04.2020, 14:16 Сулейманова Лилия Ирфановна
Рецензия: В рецензируемой работе представлен разработанный алгоритм системы автоматического регулирования скорости вытягивания в процессе непрерывной разливки стали. Приведены достоинства и недостатки технологии непрерывной разливки металла. Особое внимание уделено проблеме прорыва корочки заготовки. Рассмотрена работа системы раннего распознавания прорыва и предложен способ ее модернизации с помощью автоматизации процесса. Недостатки: целью статьи не может быть разработка алгоритма, он уже разработан автором, а в статье предлагается рассмотреть уже разработанный алгоритм, его достоинства от внедрения. Вывод: рецензируемая работа может быть рекомендована к опубликованию после доработки. К.т.н., Сулейманова Л.И.

08.04.2020 10:10 Ответ на рецензию автора Жененко Анна Игоревна:
Спасибо за замечание, формулировка цели была исправлена.

8.04.2020, 19:08 Сулейманова Лилия Ирфановна
Рецензия: Рецензируемая работа может быть рекомендована к опубликованию.



Комментарии пользователей:

1.04.2020, 15:45 Сулейманова Лилия Ирфановна
Отзыв: В статье не отображаются рисунки.


6.04.2020, 12:49 Жененко Анна Игоревна
Отзыв: Хостинг для загрузки изображений был изменён, на данный момент изображения должны отображаться корректно.


Оставить комментарий


 
 

Вверх