Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

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,

световые индикаторы и дисплей. Внешний вид пульта разливщика показан на

фотографии.

Кнопки "стрелка вверх" и "стрелка вниз" (правый верхний угол) служат

для регулировки номинального значения уровня металла в кристаллизаторе,

поддерживаемого системой в режиме СТАБИЛИЗАЦИЯ.

Кнопка "ПРИВОД" (левый нижний угол) служит для дистанционного

включения и выключения блока силовой электроники ВИП и привода ПС.

Кнопка "РЕЖИМ" (справа от кнопки "РЕЖИМ") служит для перехода из

режима ТЕСТИРОВАНИЯ в режим ОЖИДАНИЕ.

Кнопка "СИГНАЛ" (под кнопками "стрелка вверх" и "стрелка вниз") служит

для подтверждения разливщиком действий, необходимых для включения системы.

Кнопка "СТАБ."(правый нижний угол) зарезервирована для дальнейшего

расширения возможностей системы.

Электролюминесцентный дисплей служит для отображения текстовой и

графической информации о работе системы.

Светодиодный индикатор "ПРИВОД" светится, если привод включен.

Светодиодный индикатор "СТАБИЛИЗАЦИЯ" светится, если система находится

в режиме автоматической стабилизации уровня металла.

Светодиодный индикатор "ПР-2000" светится, если на пульт подается

питающее напряжение.

БЛОКИ ПС и ВИП

Блоки ПС и ВИП предназначены для управления стопором в системе

стабилизации уровня металла. Блок ВИП устанавливается между исполнительным

механизмом системы ПС и блоком УФО.

Привод стопора ПС Привод ПС является исполнительным механизмом системы

автоматической стабилизации уровня жидкого металла в кристаллизаторе машины

непрерывного литья заготовок. Привод устанавливается на промковш. К

аппаратуре системы привод подключается кабелем.

Привод имеет два органа управления: вращающуюся ручку на муфте и тумблер

"СТАБИЛИЗАЦИЯ".

Ручка на муфте позволяет управлять механическим соединением привода со

стопорным механизмом. Затянув муфту с помощью ручки, Вы жестко связываете

привод с механизмом стопора. Отпущенная муфта разрывает связь привода и

стопора, дает возможность управлять положением стопора вручную.

Тумблер "СТАБИЛИЗАЦИЯ" включает режим автоматического управления уровнем

металла. Над тумблером находится одноименный индикатор. Индикатор светится,

если система находится в режиме автоматической стабилизации или при

прохождении теста привода в режиме тестирования.

Испытания системы стабилизации уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ №4

ККЦ-1 НЛМК с электромагнитным датчиком уровня металла, предоставленным

фирмой ТЕХНОАП

Цель испытаний

Цель испытаний - оценить точность поддержания уровня металла в существующей

системе для датчиков, построенных на разных принципах действия и получить

сравнительную оценку работы системы стабилизации. Первый датчик уровня -

радиоизотопный, установлен на МНЛЗ в соответствии с проектом, второй датчик

построен на электромагнитном принципе.[5]

Основные отличия электромагнитного датчика

. Электромагнитный датчик не чувствителен к толщине слоя шлакообразующей

смеси, покрывающей поверхность расплавленного металла в

кристаллизаторе МНЛЗ;

. Ширина полосы пропускания электромагнитного датчика существенно

превышает аналогичный параметр радиоизотопного датчика;

. Уровень собственного шума радиоизотопного датчика относительно высок.

Его стандартное отклонение составляет около 1,5 мм. Шум датчика хорошо

виден при пустом кристаллизаторе перед началом разливки. Система

стабилизации принципиально не может обеспечить ошибку стабилизации

меньше уровня собственного шума датчика.

Методика проведения испытаний

Основные метрологические характеристики электромагнитного датчика

(коэффициент преобразования и уровень металла в кристаллизаторе, при

котором он считается наполненным на 100%) были установлены равными

соответствующим показателям изотопного датчика. Электромагнитный датчик был

дооснащен аналоговым выходом в виде тока 4-20 мА. Через этот выход

электромагнитный датчик подключался к системе стабилизации уровня металла

вместо радиоизотопного датчика. В процессе разливки была предусмотрена

возможность переключать датчики, использующиеся для управления уровнем

металла в кристаллизаторе. Во всех режимах работы системы стабилизации

уровня показания обоих датчиков регистрировались синхронно

быстродействующей цифровой измерительной системой. Данные измерений в виде

абсолютных значений уровня металла, отмеренных от верхнего среза медных

плит кристаллизатора, выраженные в миллиметрах сохранялись в архиве.

Статистическая обработка всех результатов измерений проводилась

единообразно. Для обработки использовались электронные таблицы EXCEL, в

которые импортировались данные из архивов, полученных в процессе разливки.

Для выбранных фрагментов записей вычислялось стандартное отклонение.

Результаты

23 января 2003 испытания проводились при разливке перитектической стали.

Система стабилизации уровня металла работала первоначально с радиоизотопным

датчиком, а под конец разливки был подключен электромагнитный датчик

уровня.

Наилучший результат был достигнут при работе с электромагнитным датчиком.

Для этого потребовалось уменьшить (в четыре раза по сравнению с

радиоизотопным датчиком) постоянную времени фильтра нижних частот на выходе

электромагнитного. Фрагмент архивной записи окончания разливки приведен

ниже. Сигнал изотопного датчика отображается линией черного цвета, а сигнал

электромагнитного датчика - серого.

Стандартное отклонение уровня металла в кристаллизаторе, измеренное

электромагнитным датчиком уровня, на указанном временном интервале менее 1

мм. Аналогичный параметр сигнала радиоизотопного датчика на том же

временном интервале немного превышает 2 мм.

На представленном фрагменте хорошо видны моменты подачи шлакообразующей

смеси в кристаллизатор. После подачи шлакообразующей смеси выходной сигнал

изотопного датчика резко возрастает и далее медленно уменьшается по мере ее

расхода.

[pic]

На следующем рисунке приведен 20 секундный фрагмент реализации. Сигнал

датчика Berthold показан черным цветом, датчика ТЕХНОАП (ТА) - серым.

Управление уровнем в это время производилось от датчика ТЕХНОАП.

[pic]

Отчет о разработке и промышленных испытаниях

датчика уровня металла "ДУМ бортовой"

Датчик уровня металла ДУМ-бортовой (далее - датчик) предназначен для

измерения уровня металла в кристаллизаторах МНЛЗ при работе в составе

системы автоматического поддержания уровня металла типа "Уровень".

Конструкция датчика предполагает его встройку в воротник

кристаллизатора.[5]

ЦЕЛЬ РАЗРАБОТКИ

Целью разработки являлось улучшение эксплуатационных и потребительских

свойств системы "Уровень" за счет создания встроенного датчика уровня

металла, обладающего следующими преимуществами по сравнению со штативным

датчиком (ДУМ-07):

. Упрощение работы технологического персонала УНРС

Нет необходимости устанавливать датчик и снимать его при замене

погружного стакана.

. Улучшение условий работы с кристаллизатором

Зеркало металла полностью открыто для наблюдения и подсыпания

шлакообразующей смеси

. Повышение надежности кабельной и воздушной трассы датчика

Электрический кабель и шланг с воздухом прокладывается под разливочной

площадкой и не подвергается воздействию искр и брызг металла. Кроме то-

го, кабели не мешают работе на разливочной площадке.

. Увеличение информативности системы "Уровень"

Появляется возможность получения информации о изменениях уровня

металла во время замены разливочного стакана, при перековшовке, а

также в других ситуациях, когда штативный датчик необходимо снимать с

кристаллизатора.

ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ

Основные задачи разработки состояли в следующем:

. разработка чувствительного элемента датчика, отвечающего требованиям

диапазона и точности измерения уровня металла в кристаллизаторе.

. разработка корпуса датчика и деталей его крепления к корпусу

кристаллизатора;

. разработка защитного экрана, защищающего датчик от сильного нагрева и

брызг металла;

. разработка методики работы с датчиком; обеспечение возможности

использования резервного штативного датчика (ДУМ-07) при аварийном

выходе из строя встроенного датчика.

МЕТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ

Разработка датчика состояла из следующих этапов:

. Математическое моделирование и макетирование датчика.

На этом этапе проектировались основные параметры датчика, его обмоток

и корпуса.

. Изготовление и испытание макета датчика.

Испытания проводились на специальном стенде, имитирующем

кристаллизатор, жидкий металл и механизм качания.

. Изготовление и испытание промышленного образца датчика.

Проведение испытаний на стенде. Тепловые испытания.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ

Устройство и работа датчика

Общие сведения

Датчик содержит обмотки, размещенные в корпусе из нержавеющей стали.

Передняя стенка изготовлена из термостойкого неэлектропроводного материала.

На задней стенке размещен электрический разъем и штуцер для подключения

шланга с воздухом (см. рис.1). На верхней грани датчика предусмотрены штыри

для фиксации защитного экрана.

Датчик с помощью монтажного комплекта устанавливается на широкой стенке

кристаллизатора, заменяя тем самым часть воротника кристаллизатора. Лицевая

стенка датчика, таким образом, расположена в одной плоскости с медной

стенкой кристаллизатора.

Защитный экран предназначен для защиты датчика от теплового излучения и

брызг металла.

Общие сведения

|Диапазон измерения уровня металла (от среза кристаллизатора), мм|от 30 до |

| |130 |

|Масса датчика с комплектом крепления и с защитным экраном, кг, |5 |

|не более | |

|Давление в трассе воздушного охлаждения, атм |2/3 |

|Габариты датчика |200х120х60 |

Подготовка к работе. Монтаж датчика на кристаллизаторе

Для установки датчика необходимо предварительно произвести доработку

деталей кристаллизатора, воротника и защитной плиты. Благодаря

существующему разнообразию конструкции кристаллизаторов и их деталей,

чертежи встройки датчика для каждого типа кристаллизатора должны

разрабатываться отдельно и согласовываться с заказчиком.

Общие требования к установке датчика заключаются в следующем:

. место установки датчика на кристаллизаторе должно определяться из

минимума вероятности повреждения датчика при аварийных ситуациях и

максимального расстояния от разливочного стакана, а также удобства

обслуживания мениска металла во время работы установки;

. датчик должен быть установлен на кристаллизаторе таким образом, чтобы

его передняя стенка находилась в одной плоскости с медной стенкой

кристаллизатора;

. крепление датчика к кристаллизатору должно быть надежно и обеспечивать

неподвижность датчика относительно кристаллизатора при работающем

механизме качания кристаллизатора;

. защитная плита кристаллизатора должна быть установлена таким образом,

чтобы исключить ее вибрации относительно кристаллизатора;

Подготовка датчика к работе включает в себя следующее:

1. Проверка технического состояния.

Проверка технического состояния датчика производится перед установкой его

на кристаллизатор и предполагает внешний осмотр и проверку параметров

датчика. При внешнем осмотре необходимо убедиться в целостности корпуса

датчика, в отсутствии видимых повреждений. Проверка параметров датчика

предполагает замер сопротивлений обмоток датчика на его электрическом

разъеме и сверка этих параметров с данными, указанными в Руководстве по

эксплуатации.

2. Монтаж ДУМ на кристаллизаторе.

Установка датчика на кристаллизаторе может осуществляться как на участке

подготовки кристаллизатора, так и на разливочной площадке во время

переподготовки УНРС.

Датчик необходимо закрепить к кристаллизатору с помощью болтов или шпилек

(см. рис.2). При этом необходимо установить датчик так, чтобы его лицевая

стенка находилась в одной плоскости с медной стенкой кристаллизатора.

Нижняя грань датчика должна плотно прилегать к торцу медной стенки

кристаллизатора.

3. Подключение электрического кабеля и шланга трассы воздушного охлаждения.

Электрический кабель и шланг воздушного охлаждения необходимо подключить до

установки защитной плиты кристаллизатора. После подсоединения шланга

включить подачу воздуха и убедится, что воздух выходит из отверстий на

задней стенке датчика. При установленном воротнике кристаллизатора (см.

рис.3) необходимо заложить пространство между датчиком и воротником

шнуровым асбестом.

4. Установка защитного экрана

. После заведения в кристаллизатор затравки необходимо установить на датчик

защитный экран (см. рис.4).

Эксплуатация датчика ДУМ-бортовой

При эксплуатации датчика в составе системы "Уровень" необходимо

придерживаться следующих правил:

. Во время автоматической стабилизации уровня металла запрещено

подносить металлические предметы к датчику ближе 30 см.

. При проведении технологических операций на кристаллизаторе, при замене

раз-ливочного стакана стараться избегать попадания на датчик капель

металла. При повреждении защитного экрана датчика (сильная деформация,

налипание капель металла и др.) его следует заменить на новый.

. Избегать попадания воды в зону установки датчика.

. При повреждении датчика во время разливки необходимо подключить к

системе "Уровень" резервный датчик на штативе (ДУМ-07). Во время

переподготовки УНРС заменить встроенный датчик на новый из комплекта

ЗИП.

Ремонт и техническое обслуживание датчика ДУМ-бортовой

При повреждении датчика во время аварии на УНРС его следует снять с кристал-

лизатора, очистить налипших на него капель металла и шлака, проверить его

параметры согласно Руководству по эксплуатации.

При отсутствии видимых повреждений корпуса датчика и полном соответствии

всех параметров, указанных в Руководстве по эксплуатации, нормальным

значениям датчик можно вновь использовать в работе. В противном случае его

следует заменить на исправный.

Поврежденный датчик подлежит ремонту только специалистами ТЕХНОАП.

Результаты промышленных испытаний

Начиная с 1.03.02 г. по 31.03.02 г. проводились опытно-промышленные

испытания датчика ДУМ-бортовой. Датчик работал в составе системы "Уровень

НЛМК" в режимах "ВЫСТАВКА" (измерение) и "СТАБИЛИЗАЦИЯ" (автоматическое

поддержание заданного уровня металла). В режиме "СТАБИЛИЗАЦИЯ" система

работала с 3.03.02 г. по 31.03.02 (около 270 часов ~ 185 плавок).

На рисунках 5 и 6 представлены фрагменты архивов работы системы с бортовым

датчиком. На рисунке 6 показан момент замены погружного разливочного

стакана с уменьшением скорости разливки.

[pic][pic]

Замечания

В результате проведенных испытаний были выявлены следующие замечания:

. При существующей конструкции защитной плиты и кристаллизатора возможно

повреждение датчика и крепежного кронштейна, при снятии и установке

защитной плиты на кристаллизатор.

. Электрический кабель и шланг воздушного охлаждения датчика,

находящиеся внутри горячей камеры, должны быть проложены в специальном

защитном коробе.

. При работе с датчиком использовался дополнительный модифицированный

блок обработки сигналов, вместо штатного блока.

. Погрешность поддержания заданного уровня металла должна быть не хуже,

чем у штатного датчика ДУМ-07

. Трасса сжатого воздуха для охлаждения датчика должна быть оснащена

отдель-ным вентилем и манометром.

. Сравнительно небольшой срок службы защитного кожуха. Недостаточная на-

дежность крепления защитного кожуха к датчику.

ВЫВОДЫ

1) Разработанный фирмой ЗАО "ТЕХНОАП" встроенный датчик уровня металла ДУМ-

бортовой может эксплуатироваться в составе системы Уровень как штатный.

2) Датчик ДУМ-бортовой позволяет улучшить условия работы технологического

персонала, а также избавляет их от необходимости снимать и устанавливать

датчик во время технологических операций (замены разливочного стакана,

смены промковша и др.).

3) Для обеспечения лучшей защищенности датчика и кабельной трассы, а также

для упрощения его установки необходимо:

. модифицировать детали крепления датчика к кристаллизатору, конструкцию

воротника, защитной плиты и кристаллизатора;

. поместить кабель и воздушный шланг датчика, проложенные в горячей

зоне, в защитный короб.

Список литературы

1. Автоматизация непрерывной разливки стали. Под редакцией Б.Б.Тимофеева.

Киев 1968 г.

2. Системы слежения за перемещением затравки и заготовки и регулирования

уровня метала в кристаллизаторах МНЛЗ. Под редакцией Г. Шмитза.BBC –

Nachrichten, 1977.

3. Черная металлургия. Серия Автоматизация металлургического производства.

Автоматизация МНЛЗ в СССР и за рубежом. Москва 1983 г.

4. Труды шестого конгресса сталеплавильщиков А.П.ЕВТЕЕВ, А.ЛЖНАТОВ (НПО

"Техносталь", ГУ/7 "Зарубежчермет-Арсенал"). Москва 2001г.

5. http://www.technoap.ru

Страницы: 1, 2, 3, 4