Глава 10 Автоматизация машин непрерывного литья заготовок

10.1 Машины непрерывного литья заготовок как объекты автоматического управления

Непрерывная разливка стали является самым современным способом разливки и выгодно отличается от разливки стали в изложницы. Основные преимущества: повышенный выход годного металла главным образом за счет уменьшения обрези; возможность получения заготовок, пригодных для прокатки на листовых и сортовых станах, и устранение при этом из технологической линии обжимных станов (слябингов и блюмингов); нагревательных колодцев; возможность автоматизации процесса и оборудования непрерывной разливки (разливка в изложницы практически не поддается автоматизации).

Непрерывная разливка стали осуществляется на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и может применяться во всех сталеплавильных производствах. Наибольшее распространение непрерывная разливка получила в конвертерных цехах.

По конструкции МНЛЗ для разливки стали делятся на вертикальные, радиальные и криволинейные (ведется разработка горизонтальных МНЛЗ). Более современную конструкцию имеют радиальные и криволинейные МНЛЗ. Особенностью таких машин является изгиб с определенным радиусом кристаллизатора, формирующего соответственно изогнутый слиток. После выхода из кристаллизатора слиток попадает в жесткий направляющий канал вторичного охлаждения, состоящий из роликовых секций, и проходит в процессе кристаллизации 1/4 окружности. Радиус окружности выбирается таким, чтобы слиток при переходе в горизонтальное положение не содержал жидкой фазы. Особенностью криволинейных МНЛЗ является изгиб слитка с переменным радиусом. После перехода в горизонтальное положение непрерывно литой слиток выпрямляется в правильно-тянущих клетях и разрезается на мерные заготовки.

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) являются сложными многомашинными агрегатами с большим числом автоматизированных электроприводов, узлов и систем автоматического контроля и регулирования. Схема вертикальной МНЛЗ и система автоматики показана на рис. 55. Сталь подается из сталеплавильного отделения в ковше, из которого выливается в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор. Слиток с затвердевшими стенками вытягивается вниз тянущей клетью, проходя зону вторичного охлаждения водой. Разрезка слитка на мерные длины осуществляется автоматической газорезкой.

Рис.55-Схема автоматизации МНЛЗ вертикального типа

Автоматизированные электроприводы приводят в действие тянущую клеть, механизм качания кристаллизатора, механизмы газорезки, выдачи слитков, правильной машины и т.д. Для удобства наблюдения и управления механизмами МНЛЗ на щите автоматики предусматривается мнемосхема с сигнализацией о состоянии механизмов и панель аварийной сигнализации. Аварийная и предупредительная сигнализации извещают об отключении механизма качания кристаллизатора, остановке тянущей клети, затянувшейся резке слитка, отсутствии приемной тележки подъемника под слитком и т.п.

Установки непрерывной разливки стали работают в стационарном режиме и требуют для поддержания такого режима совершенной системы автоматического контроля и регулирования. Отклонения от наилучшего режима разливки, вызываемые различными возмущениями, могут приводить к уменьшению производительности, ухудшению качества металла и возникновению аварийных ситуаций. Системы автоматического контроля и регулирования МНЛЗ способствуют устранению возмущений и обеспечивают наиболее рациональный режим разливки и безопасную работу агрегата.

Основными функциями системы контроля и регулирования собственно процесса разливки являются:

а) контроль и автоматическая стабилизация уровней жидкого металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе,

что обеспечивает равномерный слив металла и стационарный режим его кристаллизации, необходимый для получения хорошего качества слитка;

б) контроль и регулирование расхода воды в секциях зоны вторичного охлаждения для равномерного отвода тепла из слитка, что также необходимо для получения хорошего качества металла;
в) контроль температурного состояния конструктивных элементов агрегата с целью устранения аварийных режимов;
г) автоматическая резка слитка на мерные длины, т.е. на заготовки заданной длины.

Уровень металла в промежуточном ковше (рис.55) стабилизируется комплектом аппаратуры, состоящим из тензометрических датчиков массы 1а и регулирующего устройства 1, управляющего приводом стопора ковша 16. Таким образом, уровень металла в промежуточном ковше регулируется косвенно путем стабилизации его массы. Регулирующее устройство работает по двухпозиционному закону регулирования.

Стабилизация уровня металла в кристаллизаторе обеспечивает стационарные условия затвердевания слитка и его хорошее качество, а также безопасную работу установки. Превышение уровня металла в кристаллизаторе может привести к переливу стали на рабочую площадку, а недопустимое снижение - к прорыву жидкого металла из внутренних объемов слитка через недостаточно оформившуюся корочку после выхода из кристаллизатора. Оба случая являются аварийными.

Аппаратура контура регулирования уровня состоит из радиоактивного уровнемера, имеющего источник гамма-излучения 2а и приемник 26, регулирующего комплекта 2 и привода стопора промежуточного ковша 2в. При отклонении уровня металла от заданного значения регулятор опускает или поднимает стопор, тем самым уменьшая или увеличивая проходное сечение сливного отверстия в днище ковша.

Температура стали в промежуточном ковше периодически контролируется термопарой погружения с регистрацией на потенциометре 3. Для наблюдения за степенью прогрева кладки ковша перед наполнением металлом в ней устанавливают термопару с регистрирующим потенциометром 4.

При разливке слитков небольшого сечения перекрытие струи металла стопором может привести к ее деформации, разбрызгиванию металла по стенкам

кристаллизатора и ухудшению условии образования качественного слитка. Поэтому применяется способ регулирования уровня металла в кристаллизаторе путем изменения скорости вытяжки слитка при неизменной подаче жидкого металла из промежуточного ковша. В этом случае регулятор 2 воздействует на привод тянущей клети.

Регулирование расхода воды по секциям системы вторичного охлаждения необходимо для организации правильного режима кристаллизации и охлаждения металла по высоте слитка и но его периметру. Равномерное охлаждение граней слитка устраняет возможную его деформацию из-за температурных напряжений. Расходы воды по секциям вторичного охлаждения контролируются стандартными комплектами 11, 12, 13 с измерительными диафрагмами или ротаметрами в качестве первичных приборов. Изменение расхода воды осуществляется дистанционным ручным управлением регулировочными клапанами на водопроводах.

Давление и расходы воды на кристаллизатор и вторичное охлаждение контролируются приборами 6, 7 и 9, 10, причем манометры 7 и 10 снабжены сигнальными контактами для сигнализации о недопустимом падении давления воды.

Контроль тепловой работы и температурного состояния кристаллизатора осуществляется измерением температуры воды на его выходе термометром сопротивления с электронным автоматическим мостом 5. Аналогичным комплектом 8 контролируется температура воды на входе в кристаллизатор. Отсчет общей длины слитка и мерных длин осуществляется с помощью датчиков импульсов, установленных на валу редуктора тянущей клети и прибора 14, включающего в себя счетчики импульсов и показывающие индикаторы. Тахогенератором и прибором 15 определяется скорость движения металла.

Работа автоматической газорезки требует соответствующих количеств газа, кислорода и охлаждающей воды. Давление в подводящих линиях контролируется манометрическими комплектами с сигнальными контактами 18, 19, 20, а расходы газа и кислорода - измерительными диафрагмами с приборами 16 и 17.

Для наблюдения за работой отдельных узлов агрегата, например, за работой газорезки и механизма приема и выдачи отрезанных слитков, применяется промышленная телевизионная установка, состоящая из камер и приемника изображения 27. При исследовании и наладке контролируется температура слитка на различных участках при помощи пирометров излучения.

Управление работой всей МНЛЗ ведется из центрального операторского пульта центрального операторского пульта, расположенного на разливочной площадке, пульта газорезки и пульта управления выдачей слитков. С центрального пульта осуществляется дистанционный пуск и остановка машины, регулируется скорость вытягивания слитка, включаются и выключаются водяное охлаждение, механизм качания кристаллизатора, подача смазки. При отсутствии автоматического регулирования уровней металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе с центрального пульта оператор дистанционно управляет стопорами ковшей. Для оперативной связи между пультами управления МНЛЗ и между установкой и другими участками цеха служит громкоговорящая связь.

Схема системы автоматизации МНЛЗ радиального типа приведена па рис.56

Рис.56 – Схема автоматизации МНЛЗ радиального типа

. Достоинством установок такого типа является то, что они требуют для своего сооружения цеха меньшей высоты из-за изгиба слитка и общие капитальные затраты на сооружение цехов при этом уменьшаются. Основные функции управления, средства контроля и узлы регулирования для радиальных МНЛЗ такие же, как и для вертикальных установок.

Уровень металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе регулируется блоками 1 и 2, блоки 3 и 4 предназначены для регулирования охлаждения кристаллизатора и металла, блоки 5 и 6 регулируют расход газа и кислорода на газорезку.

Отличие радиальных МНЛЗ состоит также в том, что в них для управления сливом металла из разливочного ковша в промежуточный и из последнего в кристаллизатор применяются не стопорные устройства, а шиберные

К локальным системам относятся:

- САР миксерного отделения сталеплавильного цеха;

- система регулирования уровня металла в промежуточном ковше;

- система регулирования уровня металла в кристаллизаторе;

- САР теплового режима кристаллизатора;

- САР теплового режима вторичного охлаждения и др.

10.2 АСУ ТП непрерывной разливки стали

АСУ ТП непрерывной разливки стали входит обычно как составная часть в интегрированную АСУ сталеплавильным, например, конвертерным цехом. В целом

АСУ ТП должна обеспечивать за счет стабилизации и оптимизации технологических режимов разливки, повышение производительности; повышение выхода годного металла; уменьшение числа аварийных режимов работы и повышение работоспособности МНЛЗ, улучшение условий труда обслуживающего персонала. Основные функции АСУ ТП непрерывной разливки стали:

Информационные и информационно - вычислительные

1. Контроль величин:

а) температуры жидкой стали в сталеразливочном ковше;

б) температуры жидкой стали в промежуточном ковше;

в) массы стали в сталеразливочном ковше;

г) массы (уровня) металла в промежуточном ковше;

д) уровня металла в кристаллизаторе;

е) усилия вытягивания слитка из кристаллизатора;

ж) скорости вытягивания слитка (скорости разливки) ;

з) расхода и давления охлаждающей воды на кристаллизатор;

и) перепада температур охлаждающей воды на кристаллизаторе;

к) расхода технологической смазки в кристаллизатор;

л) расхода и давления воды на секции зоны вторичного охлаждения;

м)температуры поверхности слитка; н) усилия на опорные валки участка правки слитка;

о) общей и мерной длин слитка.

2.Расчет

а) теплового состояния и толщины оболочки слитка в зоне вторичного охлаждения;

б) основных параметров разливки (скорость разливки, расход

смазки, расход охлаждающей воды на кристаллизатор и на вторичное охлаждение;

в) технико-экономических показателей работы МНЛЗ.

Управляющие функции

1.Управление величинами

а) массой (уровнем) металла в промежуточном ковше:

б) уровнем металла в кристаллизаторе;

в) расходом воды на кристаллизатор;

г) расходом воды на секции зоны вторичного охлаждения;

д) расходом технологической смазки:

е) расходом газа и кислорода на газорезку.

2. Управление процессами

а) пусковым режимом МНЛЗ;

б) режимом вторичного охлаждения слитка;

в) вытяжки слитка (приводом тянущих клетей;

г) порезом слитка на мерные длины;

д) оптимальным режимом окончания разливки с целью уменьшения отходов;

е) режимом разливки методом «плавка на плавку» путем расчёта и выдачи рекомендаций по поддержанию нужного контактного графика.

Для реализации оптимальных функций предусмотрены соответствующие системы контроля и управления.

Кроме приведенного выше перечня функций АСУ ТП осуществляет:

- сигнализацию отклонения от норм основных технологических параметров процесса;

- накопление информации о режиме отливки и условиях формирования

каждой заготовки для последующего анализа;

- регистрацию предаварийных ситуаций;

- подготовку и печать технологического паспорта разливки и других

документов о работе МНЛЗ.

Контрольные вопросы

1.Укажите основные компоновки МНЛЗ.

2. В чем преимущества радиальных МНЛЗ от других типов?

3. Объясните устройство МНЛЗ.

4.Укажите основные функции АСУ ТП непрерывной разливки стали.

Вернуться к началу главы

Вернуться к началу учебника