SU923734A1

SU923734A1 - УСТРОЙСТВО для РАСХОДАМИ ВОДЫ 1

Info

Publication number: SU923734A1
Application number: SU802983403A
Authority: SU
Inventors: Vitalij A Karlik; Yurij A Uspenskij; Vladimir I Lebedev; Valerij M Parshin; Aleksandr M Pozhivanov; Semen A Krulevetskij; Albert P Vlasov
Original assignee: Vitalij A Karlik; Yurij A Uspenskij; Lebedev Vladimir; Valerij M Parshin; Aleksandr M Pozhivanov; Semen A Krulevetskij; Albert P Vlasov
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1982-04-30

Description

Изобретение относится к черной ме’таллургии, конкретнее к непрерывному литью металлов и прочих материалов и может быть использовано в системах автоматического управления установками непрерывной разливки стали.

Известно устройство для автоматического регулирования расходов воды в зоне вторичного охлаждения уставок непрерывной разливки металлов, включающее регулятор расхода воды, исполнительный механизм, измеритель расход да воды,. множительно-делительное устройство, сумматор, датчики температуры поверхности и скорости вытягивания слитка, а также задатчики ручного входа химсостава разливаемого металла, его температуры и размеров слитка. При этом датчик температуры . поверхности слитка соединен с множительно-делительным устройством, а зада'тчики и датчик скорости вытягивав ния соединены с сумматором,' который

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ДАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

ЗАГОТОВОК .

2

в свою очередь соединен с множительно-делительным устройством (1 ).

Недостатком известного устройства является то, что сигналы, пропорциональные отклонению температуры жид⁵ кого металла от оптимального значения, химсостава и размеров слитка по даются на сумматор. В этом случае на графике угол наклона функции расхода воды в зависимости от скорости вытягивания не изменяется при изменении указанных параметров, вводимых в устройство при помощи задатчиков ручного ввода. График указанной функции при новом химсоставе и температуре жидкого металла эквидистантен графику той же функции при прежних технологических параметрах. Кроме того, известное устройство не обеспечивает возможность регулирования расходов воды во времени при изменении скорости вытягивания слитка.

Известно устройство для автоматического регулирования расходов воды

923734

в зоне вторичного охлаждения установок непрерывной разливки металлов, включающее датчик скорости вытягивания и температуры поверхности слитка, регулятор, измеритель расхода воды, исполнительный механизм, задатчики ручного ввода отклонения температуры жидкого металла от оптимального значения, химсостава разливаемого металла и размеров слитка. Задатчики ручного ввода химсостава и отклонения температуры жидкого металла и датчик скорости вытягивания слитка подсоединены к блоку умножения,выход которого соединен с сумматором, к которому подсоединены датчик температуры поверхности слитка и задатчик ручного ввода размера отливаемого слитка, а выход сумматора через делительный блок подсоединен к задающему входу регулятора расхода воды в одной из секций зоны вторичного охлаждения, при этом к'делительному блоку подсоединен задатчик задержки времени [2].

Недостатком известного устройства является то, что величину задержки времени расходов воды в форсуночных секциях необходимо вводить в де^_лите'льный блок вручную. Однако величина задержки времени изменения расходов воды в каждой форсуночной секции переменна и зависит от величины и знака изменения скорости вытягивания и от расстояния секции 'от мениска металла в кристаллизаторе. Кроме "того, в процессе разливки .изменения скорости вытягивания производится довольно часто. Ручная установка времени задержки в этих условиях трудоемка и приводит к ошибкам в определении его значения, что вызывает переохлаждение и перегрев поверхности слитка. Это приводит к браку слитков по трещинам.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство автоматического регулирования расходов воды в зоне вторичного охлаждения установок непрерывной разливки металлов, включающее датчик измерения скорости вытягивания слитка, блок умножения, задатчик марки стали, задатчик температуры заливаемого металла, задатчик толщины слитка, задатчик коэффициента, задатчик ширины слитка, квадратор, второй блок умножения, второй квадратор, блок деле10

15

20

25

30

40

45

50

55

ния, регулятор расхода воды, расходомер, регулирующий орган, установленный на трубопроводе форсуночной секции вторичного охлаждения. Кроме того, устройство дополнительно содержит для каждой форсуночной секции квадратор, блоки деления, блок сложения, интегратор, ключ, схему И, входы которой соединены с измерителем скорости вытягивания слитка и с' выходом блока сравнения заданной и измеренной температуры слитка, а выход - с входами квадратора и перво го блока деления, выходы которых соответственно соединены с входами блока сложения и второго блока деления, причем второй вход блока сложения соединен с измерителем расхода воды на форсуночную секцию, а выход - с входом второго блока деления , выход второго блока деления через интегратор и ключ соединен с задатчиком расхода воды на форсуночную -секцию [33Недостатком известного устройства является то, что в нем не реализу ется теоретически необходимая зависимость изменения расходов воды в форсуночных секциях при изменении скорости вытягивания слитка. В известном устройстве реализуются следу ющие зависимости:

35

41=

СЕГгде, - расстояние ΐ-той форсуночной секции от мениска металла в кристаллизаторе;

\/^ - первоначальная скорость вытягивания*,

У<]_ - последующая или новая скорость вытягивания-,

У - темп измерения расходов воды в ί-ой секции при изменении скорости вытягивания с V -ι на \/<и

С1 - расход воды в ΐ-той секции, соответствующий скорости ν₄ ;

С расход воды в ΐ-той секции, -соответствующий новой скорости вытягивания;

- время изменения расхода воды в ΐ-той секции после изменения скорости вытягивания .

Однако эти зависимости действительны только в первой секции зоны

5 923734

6

вторичного охлаждения под кристалли-¹затором, где всегда обычно находится жидкая фаза, что соответствует очень низким или аварийным скоростям вытягивания. В других же ниже расположенных секциях, где жидкая фаза находится периодически в зависимости от значения текущей рабочей скорости вытягивания, указанные зависимости недействительны и их реализация при- ю водит к переохлаждению и перегреву поверхности слитка. Кроме того, в известном устройстве критерием оптимальности расходов воды по форсуночным секциям является температура по- 15 верхности слитка на выходе из каждой форсуночной секции. Необходимость установки измерителей температуры поверхности слитка в известном устройстве неизбежна, так как при помощи ' го их делается попытка скорректировать расходы воды в форсуночных секциях, устанавливаемых по заранее неправильным зависимостям. Однако в настоящее время невозможно достоверно измерить 25 температуру поверхности слитка при помощи современных технических .средств, имеющихся приборов в условиях воды, пара, наличия на слитке' окалины, малого поля визирования зо

между поддерживающими.слиток роликами и т.д. Сказанное приводит к возрастанию в оболочке слитка значительных температурных градиентов, превосходящих допустимые значения, что вы- ₃₅зывает брак слитков по внутренним и наружным трещинам.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено,что для получения непрерывно литых слит- ₄₀ков необходимо·учитывать положение конца жидкой фазы вдоль зоны вторичного охлаждения относительно форсуночных секций, разность новой и предыдущей скоростей вытягивания ₄₅

(ν^-ν, а также направление изменения скорости вытягивания. Кроме того, необходимо учитывать время задержки включения воды в форсуночной секции до появления в ней жидкой _5θ

фазы. С учетом этих данных предлагаемое устройство изменяет во времени расходы воды в форсуночных секциях при изменении скорости вытягивания.

Цель изобретения - повышение том- · ₅₅ности регулирования расходов воды по форсуночным секциям при изменении скорости вытягивания и улучшение качества непрерывно литых слит-ков.

Указанная цель достигается тем, что устройство для автоматического управления расходами воды машины непрерывного литья заготовок, включаю5 щее датчик измерения скорости вытягивания слитка, блок умножения, задатчик марки стали, задатчик температуры разливаемого металла, задатчик толщины слитка, задатчик коэффициента затвердевания, задатчик ширины слитка, квадратор, второй блок умножения, второй квадратор, блок деления, регулятор расхода воды, расходомер, регулирующий орган, установленный на трубопроводе форсуночной секции вторичного охлаждения, дополнительно содержит задатчик расстояния от мениска до середины форсуночной секции, блок вычитания, ключ, второй блок деления, второй блок вычитания, блок интегрирования, блок нелинейных преобразований, третий блок вычитания, второй ключ и третий блок деления , причем выход задатчика, расстояния от мениска до середины форсуночной секции соединен с первым входом блока вычитания, второй вход блока вычитания соединен с выходом блока деления, выход блока вычитания соединен с первым входом ключа, второй вход ключа соединен с выходом задатчика расстояния от мениска до середины форсуночной секции, первый вы*

ход ключа соединен с первым входом второго блока деления, а второй выход ключа соединен с первым входом третьего блока деления, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выход третьего блока деления соединен с вторым входом блока вычитания, выход второго блока вычитания соединен с первым входом интегратора, выход сумматора соединен с первым входом третьего блока вычитания.второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом интегратора, выход интегратора соединен с вторым входом интегратора и первым входом блока нелинейных преобразователей, выход третьего блока вычитания соединен с вторым входом второго ключа, третий вход второго ключа соединен с выходом блока умножения и третьим входом интегратора, первый выход второго ключа соединен с вторым входом блока'деления, а второй выход второго ключа соединен с вторым входом третьего блока деления.

Повышение точности регулирования расходов воды по форсуночным секциям при изменении скорости вытягивания происходит за счет того, что устройство автоматически обеспечивает необходимую величину времени изменения расходов воды в каждой форсуночной секции с учетом величины разницы и знака последующей и начальной скоростей вытягивания. При этом учитываются все технологические параметры процесса разливки и расстояние форсуночной секции от мениска металла в кристаллизаторе. Кроме того, учитывается величина перемещения конца жидкой фазы, а также ее длина.

Улучшение качества непрерывно литых слитков происходит потому, что изменение расходов воды в форсуночных секциях при изменении скорости вытягивания происходит во времени по теоретически обоснованным зависимостям без применения измерителей температуры поверхности слитка с учетом положения жидкой фазы вдоль вторичного охлаждения.

Это позволяет ликвидировать в оболочке кристаллизирующегося слитка возникновение температурных градиентов и термических напряжений, в слитках не будут образовываться внутренние и наружные трещины, а следовательно повышается качество заготовки .

На чертеже представлена-схема устройства для автоматического регулирования расходов воды по секциям зоны вторичного охлаждения установок непрерывной разливки металлов.

Устройство содержит кристаллизатор 1, из которого непрерывно вытягивается слиток· 2, охлаждение слитка производится форсуночными секциями 3 вторичного охлаждения (ВО), координату 4 жидкой фазы металла, которая изменяется по глубине в зависимости от изменения скорости вытягивания, мениск 5 жидкого металла в кристаллизаторе, задатчик 6 марки металла (химсостава), задатчик 7 температуры разливаемого жидкого металла, задатчик 8 толщины слитка, задатчик 9 коэффициента затвердевания, задатчик 10 ширины слитка, задатчик 11 расстояния от мениска до середины форсуночной секции (Ц,1^.. Ц), датчик 12 скорости вытягивания слитка, блок 13 умножения, квадратор 14, квадратор 15, блок 16 умно15

20

25

30

35

40

45

50

55

923734 8

жения, блок 17 деления, блок 18 вычитания, ключи 19 и 20 блок 21 вычитания, блоки 22 и 23 деления, блок 24вычитания, блок 25 динамических пре_ς образований (интегрирования), блок 26 нелинейных преобразований, регулятор 27 расхода воды на секцию вторичного охлаждения, расходомер 28 воды, регулирующий орган 29, установленный на трубопроводе 30.

Устройство для автоматического регулирования расходов воды в зоне вторичного охлаждения установок непрерывной разливки металлов работает следующим образом.

В процессе непрерывной разливки в кристаллизатор 1 заливают сталь, например марки ЗСП и вытягивают - из него слиток 2 сечением 250 х 1700 мм со скоростью 1,0 м/мин. 3 зоне вторичного охлаждения поверхность слитка 2 охлаждается водой, распиливаемой форсунками секций 3 вторичного охлаждения, сгруппированными в две форсуночные секции. При скорости вытягивания V = 1 м/мин координата 4 жидкой фазы слитка 2 находится от мениска 5' металла в кристаллизаторе 1 ниже середины второй форсуночной секции 1 на расстоянии 5^и от середины первой форсуночной секции

10

1^ на расстоянии 2^. Для скорости вытягивания V = 0,5 м/мин координата жидкой фазы ф находится в районе выше середины второй секции 1на расстоянии равном и ниже середины пердой секции 1< на расстоянии равном 5^ .

(Количество секций зоны вторичного охлаждения определяется конструкцией машины, а работа их будет аналогична работе описанной ниже).

Перед началом процесса разливки задатчиком 6 устанавливают данные,соответствующие химсоставу разливаемой стали, например, ЭСП, задатчиком 7 “ температуру металла, замеренную до начала разливки, задатчиком 8 устанавливают величину, равную половине толщины разливаемой заготовки (например 125 мм), задатчиком 9 устанавливают величину коэффициента затвердевания данной марки разливаемой стали, задатчиком 10 устанавливают ширину разливаемой заготовки (например,

1700 мм) и задатчиком 11 устанавливают расстояние от мениска 5 ДО середины форсуночной секции. Далее рассматривается работа устройства при пере.9 . 923734 ю

ходном режиме с уменьшением и увеличением скорости вытягивания слитка.

Текущая скорость вытягивания слитка . измеряется датчиком 12, сигнал с которого поступает на блок 13, где умножается на сигналы с задатчиков 6 и 7,пропорциональные коэффициентам химсостава и температуры разливаемого металла.

С блока 13 умножения сигнал поступает на все секции 3 60.

Сигнал с датчика 12 пропорциональный скорости вытягивания слитка, кроме того поступает на блок 16 умножения контура определения координаты жидкой фазы. Место нахождения координаты жидкой фазы определяется по формуле

Р - ^{н γ}Н-ф-дкЙГ’

где Н -‘толщина реализуемой заготовки',

К - коэффициент затвердевания,

V - текущая скорость вытягивания .

На квадраторе 14 и квадраторе 15 возводится в квадрат значение уставок с задатчика 8 толщины слитка и задатчика 9 коэффициента затвердевания. На блоке 16 умножения значение квадрата сигнала, пропорционального половине толщины заготовки перемножается с текущим значением скорости. Далее в блоке 17 деления сигнал,полученный на блоке 16, делится на сигнал равный квадрату коэффициента затвердевания, полученному на блоке 15 умножения. Результирующий сигнал блока 17 деления является сигналом пропорциональным координате (глубине) жидкой фазы (1ф). Данный сигнал поступает на все секции 3 ВО.

Ниже приводится работа секций 3 ВО при условии, что первая секция 3 ВО, расположенная на расстоянии Ц, от мениска 5 металла, при изменении скорости вытягивания всегда находится выше координаты жидкой фазы

) разливаемого металла, а вторая секция 3 ВО, расположенная на расстоянии 1 £ от мениска 5 металла, может находиться на различных расстояниях по отношению к координате положения жидкой фазы при различных скоростях разливки металла. Рассмотрим ' 'работу нижней секции 3 ·

На первый вход блока 18 вычитания подается сигнал с задатчика,11, равный величине 1ц, а на второй вход

поступает сигнал с выхода блока 17 деления, равный координате жидкой фазы (1^.ф).

Результирующий сигнал с блока 18 ₅ вычитания равный разности ^середины .

секции и координаты жидкой фазы, (Г£.ф) 'поступает на ключ 19 и ключ 20. При увеличении скорости вытягивания эта разность, обозначенная Забудет мень

ю ше нуля, т.е.

^5г1 = I ц “

а при уменьшении скорости вытягивания эта разность, обозначенная Тц,

15 будет больше нуля, т.е.

^то_ = ¹ ι" ’ж-Ф ^{5 0} ·

При увеличении скорости вытягивания, т.е. при величине разности рав₂₀ ной 5 ц ключ 19 устанавливается в такое положение, при котором на блок

22 деления поступает сигнал с задатчика 11, равный 1ц, а на вход блока

23 деления поступает сигнал, равный 25 нулевому потенциалу.

I

Одновременно по командному сигналу с блока 18 ключ 20 устанавливается в положение, при котором на вход

₃₀ блока 22 деления проходит сигнал с блока 13 умножения, равный новой конечной скорости вытягивания с учетом марки и температуры разливаемой стали (У^'р · ¢) , а на другой вход блока 23 деления поступает сигнал равный

³⁵ нулевому потенциалу. При этом выход с блока 22 деления равен частному от деления координаты 1ц середины секции 3 ВО к новой скорости Уц разливки и равен 1(^/1/^. Далее сигнал поступает на вход блока 24 вычитания и, ‘так как вычитаемое, поступающее с блока 23, равно нулю, то результирующий сигнал с блока 24 равен 1ц/У^, что равно времени £ , за

⁴⁵ которое произошло изменение скорости вытягивания от начальной Уц до конечной (новой) У^. Сигнал, равный Ζ подается на вход блока 25 динамических преобразований и является фак⁵⁰ тически временем интегрирования.

На другой вход блока 25 динамических преобразований подается, сигнал с блока 13 умножения, пропорциональный новой скорости У_к и обратная связь с выхода блока 25, которая дает команду на прекращение интегрирования при достижении равенства сигналов Уц= У<.

η 923734

12

Сигнал с блока 25 поступает на вход блока 26 нелинейных преобразований. В блоке 26 учитывается зависимость расхода воды на данную секцию 3 ВО от скорости вытягивания, т.е. каждой величине входного сигнала по скорости вытягивания соответствует величина выходного сигнала по расходу воды на секцию. Сигнал с блока 26 нелинейных преобразований является заданием для регулятора 27 расхода, на. который также поступает сигнал, равный текущему расходу воды с расходомера 28. Командный сигнал с регулятора поступает на регулирующий орган 29, который изменяет количество воды на данную секцию 3 ВО до равенства сигналов, поступающих на регулятор с блока 26 и с датчика 28 расхода воды.

При уменьшении скорости вытягивания для данной секции с координатой 1выходной сигнал с блока 18 вычитания равен

> 0. " 1*.Ф = ^{т 0<}

В этом случае по команде сигнала с блока 18 вычитания ключ 19 устанавливается в положение, при котором на блок 22 деления поступает сигнал, равный координате 1секции, а на вход блока 23 деления поступает сигнал, равный разности 1 ιχ " = Т

В то же время по команде с блока 18 ключ 20 устанавливается'в положение, при котором на вход знаменателя блока 22 деления проходит, сигнал с блока 13 умножения, равный новой конечной скорости вытягивания (ν^)» ^ана другой вход блока 23 деления поступает сигнал равный разности начальной и конечной скорости вытягивания, который формируется на блоке 21 вычитания, и на который сигнал, пропорциональный текущей скорости вытягивания поступает с блока 25, а конечная скорость с блока 13 умножения.

На выходе с блока 22 деления получаем частное от деления Ιι^/ν^ и на блоке 23 деления частное от деления Τ/ν^ Оба эти сигнала поступают

на вход блока 24 вычитания и результирующий сигнал с блока 24 равен Ιφ/ν,ς - Т/ν ни равен времени С интегрирования при данных условиях. Дальнейшая работа системы аналогична описанной выше.

Для верхней секции 3 ВО, которая расположена на расстоянии Ц от ме-.

риска координата жидкой фазы (Ι^,,φ)' всегда ниже координаты секции, а следовательно разность между ними всегда меньше нуля, т.е. 1 ₁5 Чф<0. При увеличении скорости вытягивания металла верхняя секция 3 ВО работает аналогично описанному выше случаю для нижней секции с координатой I

Ю При умножении скорости вытягивания металла ключ 19 пропускает на вход блока 22 деления сигнал равный 5^, а на блок 23 деления сигнал с нулевым потенциалом. Ключ 20 пропус,5 кает сигнал с блока 21 вычитания на блок 22 деления, равный разности на• чальной и конечной скоростей вытягивания, а на блок 23 подает сигнал нулевого потенциала. Дальнейшая

20 работа схемы аналогична описанной, и с блока 24 получаем сигнал равный Ζ = 5η/ν_н -V £· При таком времени производится интегрирование конечной скорости разливки.

25 Применение устройства позволяет повысить точность регулирования расходов воды по форсуночным секциям при изменении скорости вытягивания, уменьшить значение градиентов темпе30 Р^атУРЫ и термических напряжений в оболочке слитка. Использование предлатаемого устройства позволяет повысить качество непрерывнолитых слитков, уменьшить количество обрези на 0,1%, сократить брак слитков по внутренним и наружным трещинам на 0,15%·

Claims

Формула изобретения

40

Устройство для автоматического управления расходами воды машины непрерывного литья заготовок, включающее датчик измерения скорости вытягивания слитка, блок умножения, задатчик марки стали, задатчик температуры разливаемого металла, задатчик толщины слитка, задатчик коэффициента затвердевания, задатчик ширины слитка, квадратор, второй блок умножения, второй квадратор, блок деления., регулятор расхода воды, расходомер, регулирующий орган, установленный на трубопроводе форсуночной секции вторичного охлаждения, о тличающееся тем, что, с. целью повышения качества металла,оно дополнительно содержит задатчик расстояния от мениска до середины форсуВ 5

ночной секции, блок вычитания, ключ, второй блок деления, второй блок вычитания, блок интегрирования, блок нелинейных преобразований, третий блок вычитания, второй ключ и третий блок деления, причем выход задатчика расстояния от мениска до середины форсуночной секции соединен с первым входом блока вычитания, второй вход блока вычитания соединен с выходом блока деления, выход блока вычитания соединен с первым входом ключа, второй вход ключа соединен с выходом задатчика расстояния от мениска до середины форсуночной секции, первый выход ключа соединен с первым входом второго блока деления, а второй выход ключа соединен с первым входом третьего блока деления, выход второго блока деле'ния соединен с первым входом второго блока вычитания, выход третьего блока деления соединен с вторым входом блока вычитания, выход второго блока вычитания соединен с первым входом интегратора, выход

34 14

сумматора соединен с первым входом третьего блока вычитания, второй вход третьего блока вычитания соединен с выходом интегратора, выход ив₅ тегратора соединен с вторым входом интегратора и первым входом блока нелинейных преобразований, выход третьего блока вычитания соединен с вторым входом второго ключа, третий

(О вход второго ключа соединен с выходом блока умножения и третьим входом интегратора, первый выход второго ключа соединен с вторым входом второго блока деления, а второй выход вто,5 рого ключа соединен с вторым входом третьего блока деления.