Разработка системы управления электроприводами МНЛЗ с целью предотвращения прорыва металла в кристаллизаторе Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-83:621/.69

С.С. Красильников, асп., (3519) 22-13-97, [email protected], С.И. Лукьянов, д-р техн. наук, проф., проректор, (3519) 22-13-97, [email protected],

Е.С. Суспицын, канд. техн. наук, и.о. доц., (3519) 22-13-97, [email protected],

Д.В. Швидченко, канд.техн. наук, и.о. доц., (3519) 22-13-97, [email protected], Р.С. Пишнограев, канд. техн. наук, ст. препод., (3519) 22-13-97, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ)

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ МНЛЗ С ЦЕЛЬЮ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОРЫВА МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ

Разработана методика диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе. С учетом технологии непрерывной разливки стали разработана методика расчета минимального времени темпа остановки электроприводов машины. Определены технологические требования к электроприводам основных механизмов МНЛЗ. Предложена функциональная схема системы автоматического управления.

Ключевые слова: зависания корочки слитка в кристаллизаторе, технология непрерывной разливки стали, технологические требования.

Одним из основных факторов, определяющих производительность машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), является коэффициент её использования. Повышение значения коэффициента использования МНЛЗ прямо связано с сокращением времени простоя машины на выполнение ремонтных работ и ликвидацию последствий аварий. С целью сокращения времени простоя машины на современных МНЛЗ применяют системы технического диагностирования и контроля процесса непрерывной разливки стали, позволяющие на ранней стадии выявлять нарушения технологии и оперативно, в автоматическом режиме устранять причины их появления, предотвращая возникновение аварий [1].

Прорыв корочки слитка является одним из самых распространенных и тяжелых видов аварии на МНЛЗ. До 80 % процентов прорывов корочки слитка происходит из-за «приваривания» участка корочки слитка к стенке кристаллизатора (зависания корочки слитка). Прорыв корочки слитка приводит к разливу жидкого металла, температура которого составляет более 1500 0С, вынужденной остановке машины и потере плавки. Экономические потери от одного прорыва металла с учетом затрат на восстановление оборудования и потерь производства могут достигать 1 млн рублей [2].

С целью предотвращения прорыва корочки слитка на большинстве отечественных и зарубежных МНЛЗ применяют системы раннего выявления зависания корочки слитка в кристаллизаторе. На большинстве МНЛЗ, установленных на территории Российской Федерации, используется сис-

тема «Термовизор» производства НПП «Техноап» (г. Москва). Диагностическая информация от системы «Термовизор» (13) поступает на пульт (14) главного поста управления (ГПУ) МНЛЗ (рис. 1) в виде визуальных и звуковых предупреждающих сигналов, на основании которых оператор разливки, согласно технологической инструкции, в случае диагноза о зависании корочки слитка в кристаллизаторе сообщает об опасности прорыва на разливочную площадку и в ручном режиме снижает скорость разливки до 0,4 м/мин. После этого персонал на разливочной площадке визуально проверяет достоверность диагноза о зависании корочки слитка и, в случае подтверждения диагноза, даёт команду на ГПУ на остановку машины. Далее оператор ГПУ в ручном режиме останавливает МНЛЗ. В случае ложного диагноза оператор главного поста выполняет разгон МНЛЗ до рабочей скорости вытягивания слитка [3,4].

3

Рис. 1. Система управления электроприводами механизмов МНЛЗ: 1 - жидкий металл; 2 - промежуточный ковш; 3 - стопорный механизм; 4 - погружной стакан; 5 - кристаллизатор; 6 - сляб; 7 -тянущие ролики; 8 - электродвигатель стопорного механизма;

9 - электродвигатель механизма качания кристаллизатора; 10 - электродвигатели тянущих роликов; 11 - система управления

электродвигателем механизма качания кристаллизатора; 12 - система управления электродвигателями тянущих роликов; 13 - блок системы «Термовизор»; 14 - пульт управления ГПУ; 15 - система управления электродвигателем стопорного механизма;

16 - пульт управления разливщика

В результате анализа работы системы «Термовизор» выявлен следующий её недостаток: высокое количество (до 70 %) ложных диагнозов о зависании корочки слитка в кристаллизаторе, которые являются причиной неоправданных снижений скорости вытягивания слитка и, как следствие, снижения производительности МНЛЗ, ухудшения качества слябов из-за нарушения технологии непрерывной разливки и нарушения ритмичности работы смежных технологических агрегатов.

Указанный недостаток не позволяет реализовать предотвращение прорыва корочки слитка средствами автоматизированных электроприводов МНЛЗ. Поэтому задача разработки системы диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе, обладающей высокой достоверностью диагнозов, и на, её основе, системы автоматического управления электроприводами механизмов МНЛЗ, позволяющей снизить вероятность прорыва корочки слитка, является актуальной.

На основе анализа характеристических признаков изменения температур участков медных стенок в области зависания корочки разработана методика диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе. В результате статистического анализа временных диаграмм изменения температур стенок кристаллизатора определены числовые значения указанных диагностических признаков. Разработаны алгоритмы диагностирования, разработана и внедрена в АСУ ТП МНЛЗ №1, 5 ОАО «ММК» программа раннего выявления зависания корочки слитка в кристаллизаторе. За время эксплуатации (с 24.04.2009 г.) система показала высокую достоверность диагнозов о зависании корочки слитка (100 %) при низком количестве (до 4 в месяц) ложных сигналов и была рекомендована специалистами ОАО «ММК» к использованию в системе автоматического управления электроприводами МНЛЗ.

На основании проведенных исследований с учетом технологических особенностей разливки стали на МНЛЗ криволинейного типа предложена методика расчета минимально-допустимых значений темпов торможения электроприводов тянущих роликов, механизма качания кристаллизатора и темпа закрытия стопорного механизма промежуточного ковша с позиции предотвращения прорывов металла, вызванных зависанием корочки слитка в кристаллизаторе. Определены технологические требования к указанным электроприводам МНЛЗ [4]:

1. Электроприводы тянущих роликов и механизма качания кристаллизатора должны иметь возможность согласованно, за минимальное время, рассчитанное по предложенной методике, осуществлять останов механизмов. Согласованно с темпом уменьшения скорости вытягивания слитка электропривод стопорного механизма промежуточного ковша должен обеспечить закрытие стопора и гарантированно обеспечить прекращение подачи металла в кристаллизатор.

2. Система управления электроприводами тянущих роликов, механизма качания кристаллизатора и стопорного механизма промежуточного ковша должна обеспечить режим останов в течение 20 секунд.

3. В системе управления электроприводами механизма качания кристаллизатора, тянущих роликов и стопорного механизма промежуточного ковша должна быть предусмотрена возможность электроприводов осуществить регламентированный согласно технологической инструкции разгон указанных механизмов до скорости вытягивания слитка 0,2 м/мин и поддерживать данную скорость до момента выхода участка слитка с поврежденной корочкой из кристаллизатора.

Далее управление электроприводами МНЛЗ передаётся АСУ ТП машины.

На основании указанных технологических требований разработаны структурная схема системы управления электроприводами МНЛЗ (рис. 2) и алгоритм управления электроприводами при зависании корочки слитка в кристаллизаторе.

~380В

АСУ ТП

РЭ3

Задание частоты качания

Значение уровня I металла

ПК

Изп

"и

РЭ2

а ° к

и н

О &Н £

Й I-

ч: Е .

БОЗ

Из

2 >. ° С а н

ЗИ

► рс

рт

ДТ

"¿Яш!

ДС

^—— /

(тг) ~220В

Н §

ОМ

РП

—►

РС

-►ф

РТ

ШИП

ДТ

:кш2

I_/_

ДС

Яш2

——

/

/

ДПШ

к х

I §

О 2

ДП

380В

АСУ ТП

ЗИ ^^ РН

РЭ1

"Р^-►

^— ДТ С[(яшО

£

ДН

ДН

-3-

__Яд1

Яд2

-Цм4л-

Электропривод тянущих роликов

220

^д5-[©Н

\—[У I

I—-

В

Явп 1

Рис. 2. Функциональная схема управления электроприводами МНЛЗ

На рис. 2: БОЗ - блок определения зависания корочки слитка в кристаллизаторе; РЭ - релейный элемент; ПК - программируемый контроллер; ЗИ - задатчик интенсивности; РП - регулятор положения; РС - регулятор скорости; РТ - регулятор тока; ДТ - датчик тока; ДС - датчик скорости; ДН - датчик напряжения; ДП - датчик положения; ОМ - ограничитель момента; ДПШ - датчик положения штока привода стопора.

Система диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе и управления электроприводами МНЛЗ с целью предотвращения прорыва корочки слитка реализована в одном микропроцессорном устройстве - блоке определения зависаний (БОЗ). При выявлении зависания корочки слитка в кристаллизаторе по сигналу управления Us с помощью релейных элементов РЭ1-РЭ3 (рис. 2) осуществляется отключение систем управления электроприводами МНЛЗ от АСУ ТП машины и их подключение к управляющим выходам БОЗ. После разгона электроприводов МНЛЗ до скорости вытягивания слитка 0,2 м/мин в БОЗ осуществляется расчет момента выхода участка слитка с поврежденной корочкой из кристаллизатора, после чего управление электроприводами МНЛЗ предаётся системе АСУ ТП.

В настоящее время ведутся работы по внедрению разработанной системы на МНЛЗ №1 ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект, рассчитанный по данным за 2009 год, составляет 974 тыс. руб.

Список литературы

1. Лукьянов, С.И. Электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ: монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 100 с.

2. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет / Л.В. Буланов [и др.] М.: ГУП-ПИК «Идеал-Пресс», 2003. 299с.

3. Анализ существующей системы предотвращения прорыва корочки слитка и ее взаимосвязь с электроприводом ТПУ МНЛЗ / С.И. Лукьянов^ др.] Магнитогорск: «Магнитогорск.гос.техн.ун-т». 2008. 14 с.: ил.9. Библиогр. 4 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.06.08, № 527-В2008

4. Определение требований к системе управления электроприводом ТПУ с позиций предотвращения прорыва корочки слитка / С.С. Красиль-ников [и др.]// Оптимизация режимов работы электротехнических систем: межвуз. сб. науч. тр. Красноярск: Сиб. федер. ун-т. 2008. С. 160 163.

5. Krasilnikov, S. Lukyanov, E. Suspitsyn, D. Shvidchenko, R Pishnograev

The development of control system of electric drives for preventing from bleeding in a crystallizer

A diagnostic technique hangs crust of the ingot in the mold. The technology of continuous casting technique of calculating the minimum time rate of stopping of electric drives is given. The technological requirements of the electrical drives basic mechanisms of CCM are considered, proposed a functional diagram of the automatic control system is proposed.

Keywords: hovering of ingot crust in a crystallizer, continuous steel casting technology, technological demands.

Получено 06.07.10