реферат бесплатно, курсовые работы
 
Главная | Карта сайта
реферат бесплатно, курсовые работы
РАЗДЕЛЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
ПАРТНЕРЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

реферат бесплатно, курсовые работы
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им Г.И. Носова

Факультет Аи ВТ

Кафедра Промышленной Кибернетики и Систем Управления

Курсовая работа

По дисциплине: Технические измерения и приборы

На тему: Измерение уровня жидкого металла в

кристаллизаторе МНЛЗ

Выполнил студент группы АМ-00-1:

Серебренников Д.Г.

Проверил: Сергеев

А.И.

Магнитогорск 2003

Содержание

Содержание 1

Введение 2

Способы измерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ 7

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ 7

Область применения 7

Измерение уровня металла в кристаллизаторе посредством измерительного

устройства, работающего на основе радиоактивности 10

Датчики инфракрасного излучения для определения уровня металла в

кристаллизаторе 14

Метод контроля уровня металла в кристаллизаторе основанный на

использовании вихревых токов, индуктируемых катушкой, размещенной над

зеркалом жидкого металла в кристаллизаторе. 16

Система уровень 23

Список литературы 34

Введение

Стабилизация уровня металла в кристаллизаторе является

важнейшей и наиболее сложной задачей автоматизации МНЛЗ.[1]

Рассмотрим параметры, оказывающие влияние на уровень металла в

кристаллизаторе.

На рис. 1 схематично показана часть технологической линии разливки металла

от промежуточного ковша до тянущей клети. Жидкий металл, находящийся в

промежуточном ковше, под действием силы тяжести вытекает через стакан в

ковше и попадает в кристаллизатор, где начинаются кристаллизация и

образование слитка.

Дальше металл с определенной скоростью вытягивается из

кристаллизатора, проходит зону вторичного охлаждения и входит в ролики

тянущей клети, которые обеспечивают его непрерывное движение по

технологической линии. Затвердевший слиток после тянущей клети разрезается

на заготовки заданной длины.

Основные особенности технологии разливки следующие.

[pic]

Рис.1. Технологическая схема разливки металла в кристаллизатор: ПК —

промежуточный ковш; К — кристаллизатор; ТК - тянущая клеть; Р — резак.

Технологический цикл имеет, как правило, постоянную длительность и

большую часть времени процесс является стационарным. Только дважды, в

начале разливки и в конце, имеет место нестационарный режим.

Переход от нестационарного режима к стационарному можно

охарактеризовать следующей системой равенств:

[pic](1)

где HT и HЗ соответственно текущий и заданный уровень металла в

промежуточном ковше; VT и V3 — скорости тянущей клети; hT и h3 — уровни

металла в кристаллизаторе. Считается, что на установке могут быть

обеспечены заданные значения HЗ, V3 и h3.

Четвертое равенство, характеризующее состояние теплового баланса, не

показано, поскольку, оно непринципиально для рассматриваемого случая.

Для подавляющего большинства МНЛЗ величины HЗ и h3 от разливки к

разливке изменяются незначительно. Скорость v3 колеблется в 10 раз и

более. Сечения кристаллизаторов также могут изменяться в больших

пределах от 100X100 мм до 250Х 1600 мм (от 0,01 м2 до 0,4 м2), т. е. в 40

раз.

Однако изменения скорости v3 разливки и сечений кристаллизаторов

характерны для разных типов МНЛЗ, а не конкретных, Для конкретной МНЛЗ эти

параметры почти неизменны или изменяются в более узких пределах, например,

скорость — в 2 раза, сечение — в 4 раза.

Можно также отметить тенденцию к сохранению постоянства

производительности МНЛЗ, т. е. сохраняется произведение

П = Vc • SK м3/мин,

где 1>с — скорость движения слитка; SK — сечение кристаллизатора.

При одинаковых объемах разливаемой стали это означает, что время

разливки, а следовательно, и расходные характеристики стопорных пар ковшей

не изменяются.

Кратко рассмотрим особенности применяемых стопорных пар промежуточных

ковшей. Как правило, стаканы имеют комбинированные внутренние стенки.

Верхняя часть стакана выполняется по форме коноидальной насадки, которая

позволяет избежать образования внутреннего сжатия струи, значительно

уменьшает сопротивление стакана, а также увеличивает расход.

[pic]

Рис. 2. Характеристика стопорной пары:

Qn , hС , h'c , h"c— координаты рабочей точки; Qn — значение расхода

при разливе стопорной пары и фиксированном положении стопора;

h 0, hQ — смещение координаты положения стопора при его закрытии.

Форма стопора в большинстве случаев определяется требованиями высокой

стойкости при дросселировании металла через стопорную пару.

Результирующая расходная характеристика является сложной кривой. На

ней можно выделить три основных участка (рис. 2).

Первый (нижний) характерен для случая сравнительно высокого

сопротивления стопорной пары. Струя жидкого металла неплотная, имеет малую

кинетическую энергию и тенденцию к периодическим движениям по стенкам

стакана.

Второй (средний) характеризует резкое увеличение расхода через

стопорную пару вследствие эффекта подсасывания стакана. Сопротивление

стопорной пары остается сравнительно высоким, кинетическая энергия струи

возрастает. Поэтому стопорная пара достаточно сильно подвержена

разрушающему действию жидкого металла.

Третий (верхний) характеризует выход стопора из зоны интенсивного

дросселирования. Сопротивление жидкому металлу уменьшается. Струя почти

полностью заполняет стакан, стопор не оказывает никакого сопротивления

потоку металла, и расход определяется только сечением стакана и

гидростатическим напором (кривая переходит в прямую линию).

Для определения расхода при полностью открытом стопоре

можно воспользоваться известной из гидравлики формулой

Qm =?Sc[pic]2gHT, (2)

Где Sc — сечение стакана;

g — ускорение свободного падения.

Величина уровня металла в промежуточном ковше HПК должна

отсчитываться от центра тяжести столба металла в стакане.

Как показывает опытная проверка, для спокойных марок стали в

нормальных условиях разливки ?=0,9[pic]

Общая протяженность расходной характеристики для стопорной пары

при наибольшей устойчивости размыву небольшая, около 15 мм. Из них на

наиболее крутую и линейную часть приходится а..-7 мм. Изменяя геометрию

и форму стопорной пары, можно расширить линейную часть, однако в

процессе разливки при недостаточной стойкости огнеупоров могут

произойти необратимые изменения конфигурации стопора и стакана и

соответственно существенные искажения всей формы расходной

характеристики.

Поэтому часто оказывается целесообразным выбрать такую

форму дросселирующей пары, при которой ее геометрические размеры в процессе

разливки не изменяются. В этом случае вид кривой расходной характеристики

также не изменяется, она только перемещается параллельно самой себе влево

вдоль оси hC (кривые 1, 2, 3).

Все сказанное относится прежде всего к стопору, поскольку в основном

он подвержен размыву струей металла. Положение усложняется, когда

значительно размывается стакан.

Одним из важных моментов перехода к стационарному режиму разливки

является правильный выбор положения рабочей точки на расходной

характеристике. Кроме того, для обеспечения нормального режима

дросселирования необходимо, чтобы это положение сохранялось фиксированным

от разливки « разливке.

Выполнение этих требований создает дополнительные трудности, а иногда,

при частом изменении заказов на слитки, оказывается чрезвычайно сложным.

Действительно, для того чтобы рабочая точка при достижений

стационарного режима находилась в заданном положении, необходимо:

1)строго соблюдать допуски на изготовление стаканов и стопоров;

2)сохранять постоянной производительность МНЛЗ при изменениях размеров

слитка, когда сечения стаканов остаются неизменными;

3)стабилизировать заданное значение уровня металла в промежуточном

ковше;

4)обеспечить постоянство вязкости стали в определенных пределах.

Одним из вариантов технологического режима является разливка

через стакан без дросселирования, так называемая разливка

с дозатором. В этом случае стопор выводится из зоны дросселирования и

расход определяется в соответствии с формулой (2).

Такой режим применяется при получении слитков малых сечений и

обеспечивает хорошую струю металла <из промежуточного ковша.

Соответствующим выбором материала огнеупора достигается высокая стойкость

стакана и отсутствие размыва. При такой разливке требования, перечисленные

в пунктах 1, 3, ,4, остаются в силе. Невыполнение одного из них приводит к

нарушению режима разливки и может крайне неблагоприятно сказаться на

качестве слитка.

Рассмотренные технологические особенности разливки стали имеют

большое значение для проектирования систем автоматизации МНЛЗ, в частности,

системы автоматического регулирована уровня металла в кристаллизаторе.

Одним из важных технологических требований является стабилизация уровня

металла в кристаллизаторе, качество которой необходимо оценивать в первую

очередь по амплитудному критерию.

Кроме того, с целью повышения надежности оборудовании необходимо

обеспечить медленные (низкочастотные) колебаний уровня, чтобы повысить

надежность оборудования. Поэтому лучшей является система, которая позволяет

получить минимальные по амплитуде и частоте изменения уровня.

Величина уровня металла в кристаллизаторе связана с поступлением

жидкой стали из промежуточного ковша (QП) и выходом слитка из

кристаллизатора (QK). Уровень металла в кристаллизаторе будет неизменным,

если в единицу времени будет поступать и выходить одинаковое количество

стали, т. е.

QП — QK = 0. (3)

Самые незначительные отклонения этой разности от нуля приведут к

неограниченному повышению или понижению уровня металла.

Величины QП и QK не зависят от уровня металла в кристаллизаторе,

поэтому рассматриваемый объект регулирования не обладает самовыравниванием.

На низких частотах он описывается дифференциальным уравнением первого

порядка. Решение уравнения показывает, что реакция на выходе (уровень

металла в кристаллизаторе) представляет собой интеграл от входной функции

(соотношения расходов металла QП и QK). Таким образом, объект является

интегрирующим и, следовательно, создает сдвиг по фазе между уходом и

выходом [pic].

Для выполнения (3) необходимо воздействовать на QП или QK, т. е.

изменить положение стопора или скорость вытягивания слитка. В небольших

пределах изменение может быть достигнуто за счет повышения или понижения

уровня металла в промежуточном ковше.

Анализ возмущающих воздействий показывает, что в стационарном

режиме разливки нет интенсивных возмущений.

Незначительные изменения QK вызываются возмущениями по нагрузке на

тянущую клеть, при которых скорость вытягивания слитка может изменяться не

более чем на 5%.

Изменения QK могут быть вызваны колебаниями уровня металла в

промежуточном ковше, а также размывом стопора. Оба возмущения являются

низкочастотными, т. е. медленно изменяют значение QK, при этом величина

влияния на условия разливки первого незначительна.

Таким образом, основной задачей является обеспечение высокой

устойчивости в системе автоматического регулирования уровня путем

применения соответствующих регуляторов.

С этой точки зрения системы автоматического регулирования со стопором

или тянущей клетью имеют несколько разные возможности.

Выше отмечалось, что при размыве стопора расходная характеристика

смещается. Изменения расхода, связанные с этим смещением, могут быть весьма

большими.

При использовании пропорционального регулятора из-за существенной

нелинейности расходной характеристики, а также интегрирующих свойств

объекта для получения достаточного запаса устойчивости приходится снижать

коэффициент усиления. Это в свою очередь приводит к значительному

увеличению статической ошибки.

Для уменьшения статической ошибки необходимо ввести коррекцию по

интегралу. Однако при этом снижается запас устойчивости и в системе

возникают колебания. Таким образом, значительное смещение расходной

характеристики — явление весьма нежелательное, однако избежать его в

системе со стопором практически невозможно.

В системе регулирования уровня металла стопором имеются и другие

трудности. Это высокий коэффициент регулирующего органа (стопорной пары) и

значительные его изменения при изменении положения рабочей точки на

расходной характеристике. Первое, как известно, в системах регулирования

нежелательно, так как требует высокой точности работы регулирующего

прибора, исполнительного механизма и регулирующего органа. Кроме того; не

допускаются запаздывание, гистерезис, зона нечувствительности.

Практически это означает необходимость выполнения достаточно высоких

требований для элементов системы, что, естественно, удорожает их

изготовление и эксплуатацию. Если добавить к этому, что исполнительный

механизм и регулирующий орган (стопорный механизм) работают в условиях

резкого перепада температур, то станут ясными технические трудности

выполнения системы.

Не менее существенным в этих условиях является стабильность общего

коэффициента усиления в системе, величина которого зависит от положения

рабочей точки на расходной характеристике. Изменение ее положения может

привести к резкому ухудшению процесса регулирования. Поэтому во время

разливки недопустимо понижение уровня в промежуточном ковше ниже

определенного значения, а также повышение скорости разливки выше рабочей

для данного сечения слитка.

В системе с тянущей клетью можно получить более высокий запас

устойчивости, что объясняется следующим: во-первых, характеристики в

системе являются линейными в широком диапазоне величин сигналов, что

позволяет увеличить коэффициент усиления пропорциональной части регулятора;

во-вторых, вследствие высокой стойкости стакана изменения расхода

незначительны, и, следовательно, статическая ошибка ограничена. Введение

интеграла в закон регулирования ухудшает запас устойчивости системы

несущественно.

Рассмотрим еще один момент, важность и влияние которого одинаковы для

систем регулирования со стопором и тянущей клетью, а именно, работу систем

при изменении сечений разливаемых слитков, т. е. при изменении поперечных

размеров кристаллизаторов. Частота такой смены может быть различной

(несколько раз в день, один раз в неделю, месяц, год).

Интерес представляет прежде всего частая смена сечений, так как это

наиболее сложный и общий случай. Уже отмечалось, что для МНЛЗ одного типа

площади сечения слитков могут изменяться, примерно в 4 раза. Дальнейшее

расширение диапазона сечений - нецелесообразно по технологическим и

конструктивным соображениям, поэтому названную величину можно считать

предельной,

Известно, что чувствительность объекта к возмущению обратно

пропорциональна площади поперечного сечения резервуара, т. е. коэффициенту

емкости. Чем больше площадь сечения, тем больше коэффициент емкости и тем

меньше чувствительность объекта к возмущению. Это означает, что коэффициент

усиления в системе автоматического регулирования также изменяется в 4 раза.

В связи с этим могут быть применены различные способы, стабилизирующие

работу систем, однако наиболее простым является улучшение фазовых

характеристик систем регулирования и повышение общего коэффициента усиления

без изменения запаса устойчивости.

Если такая настройка будет выполнена для самого высокого коэффициента

усиления в системе, то снижение его в 4 раза только увеличит запас

устойчивости. При этом качество регулирования останется достаточно высоким,

так как одновременно с понижением коэффициента усиления чувствительность

уровня к возмущениям уменьшается.

Хорошие результаты можно получить, используя другие варианты

компромиссной настройки, а также ступенчатое изменение коэффициента

усиления при переходе от одного диапазона сечения к другому.

Применение системы автоматического регулирования уровня металла в

кристаллизаторе при получении слитков малых сечений не встречает особых

трудностей.

Увеличение коэффициента усиления в системе, связанное с уменьшением

сечения кристаллизатора, может быть скомпенсировано. В системе со стопором

частичная компенсация происходит в связи с уменьшением диаметра стакана,

так как для малых сечений производительность машин МНЛЗ все-таки снижается.

Расходная характеристика становится более пологой.

При стабилизации уровня с помощью тянущей клети снижение коэффициента

усиления может быть достигнуто за счет регулирующего органа.

В обоих случаях выбор требуемого коэффициента усиления можно

осуществить с помощью регулирующего прибора. Тем не менее хорошее качество

регулирования уровня может быть достигнуто только за счет улучшения фазовых

характеристик, поэтому целесообразно применение корректирующих цепей.

В статье рассмотрены в основном все особенности систем автоматического

регулирования металла в кристаллизаторе, вытекающие из технологических

режимов работы МНЛЗ, применяемых в настоящее время.

Выводы из вышеизложенного могут быть следующие.

1)В силу широкого диапазона технологических режимов работы МНЛЗ, а

также конструктивных решений оборудования в настоящее время применяются

системы автоматического регулирования с использованием стопора и тянущей

клети. Это необходимо учитывать при проектировании систем.

2)Системы автоматического регулирования должны предусматривать

особенности технологических режимов и конструкцию оборудования и обладать

необходимой для этой цели универсальностью.

3)Анализ особенностей в системах регулирования со стопором и тянущей

клетью показывает, что правильным и возможным для реализации

универсальности является применение вариантных решений проектирования с

использованием типовой аппаратуры.

Способы измерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

В последнее время разработаны новые методы непрерывной разливки стали,

в соответствии с которыми разливаемый металл до образования наружной корки

не подвергается воздействию окружающей атмосферы. Предложены две

технологические схемы разливки: под некоторым избыточным давлением

нейтрального газа и с вакуумированием металла непосредственно в потоке.[2]

При разливке под давлением в среде защитного газа исключается

возможность интенсивного окисления металла кислородом окружающей атмосферы;

при разливке под разрежением, кроме того, удается выделить и удалить из

разливаемого металла нежелательные газовые компоненты»

Однако осуществление предложенных схем в связи с необходимостью

тщательной герметизации всего тракта разливки требует усложнения

конструкции машин и полной автоматизации системы управления, поскольку в

этом случае ручное управление практически исключается.

В условиях избыточного давления нейтрального газа между промежуточной

емкостью и кристаллизатором важное значение приобретает стабилизация уровня

жидкого металла в кристаллизаторе.

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

Область применения

Измерение уровня при помощи радиоактивных изотопов целесообразно прежде

всего там, где вследствие наличия специфических условий, а именно: высокого

давления, разреженности, агрессивности среды — нельзя использовать обычные

приборы.[2] Этот способ используют для измерения уровня заполнения

резервуаров, силосных башен и бункеров, где нельзя установить измерительные

щупы или необходимо применение дорогостоящей системы измерительных щупов,

вызванное конструктивными особенностями. Но и в тех случаях, когда правила

техники безопасности запрещают установку уровнемеров в резервуарах или

когда установка обычных приборов потребовала бы больших затрат, для

измерений часто выгодно оказывается использовать радиоактивные изотопы.

Особенно целесообразно применять радиоактивные изотопы для измерений уровня

агрессивных материалов, веществ с повышенной адгезионной способностью, в

резервуарах с очень высокими температурами, в резервуарах со встроенными

мешалками, в бункерах с такими крупнокусковыми материалами, как уголь или

руда, в шахтных печах, в литейном производстве и на металлургических

заводах.

Физические основы

В основе измерения при помощи искусственных радиоактивных изотопов лежит

принцип поглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом,

содержащимся в резервуаре. Пучок ?-лучей, излучаемый радиоактивным

источником, проникает через резервуар по прямой линии (рис. 3). На стенке

резервуара, лежащей против излучателя, расположен приемник, преобразующий

принятые лучи в электрические импульсы. Вследствие поглощения радиоактивных

Страницы: 1, 2, 3, 4


реферат бесплатно, курсовые работы
НОВОСТИ реферат бесплатно, курсовые работы
реферат бесплатно, курсовые работы
ВХОД реферат бесплатно, курсовые работы
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

реферат бесплатно, курсовые работы    
реферат бесплатно, курсовые работы
ТЕГИ реферат бесплатно, курсовые работы

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.