Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Декабря 2015 в 13:52, курсовая работа
Раньше уровень зеркала на многих машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) поддерживался на требуемой высоте при помощи классического пропорционально-интегрального регулятора. Однако такой регулятор не может реагировать на изменения характеристики стопора и расхода (при износе, отложении оксида алюминия и шлака, при изменениях вязкости стали) в процессе литья. При возникновении подобных проблем требуется ручное регулирование, однако при слишком позднем вмешательстве возможно повреждение агрегата, сопровождающееся длительным простоем МНЛЗ.
Содержание
Введение
По сравнению с методом разливки стали в изложницу при непрерывной разливке можно сократить не только время за счет исключения некоторых операций, но и капиталовложения (например, на сооружение обжимных станов). Непрерывная разливка обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьшения обрези, экономию энергии, тратившуюся на подогрев слитка в нагревательных колодцах, улучшение условий труда. Но непрерывная разливка имеет и отрицательные стороны. Стали некоторых марок, например кипящие, нельзя разливать по этому методу. Кроме этого, малые объемы разливки повышают себестоимость металла, неожиданные поломки оказывают большое влияние на снижение общей производительности.
В условиях кризиса мировой экономики необходимо поддерживать конкурентоспособность продукции и решать задачи, связанные с постоянным повышением качества отечественных металлоизделий. Такие задачи надо решать за счёт создания комплексной автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая обеспечивает необходимое качество металлопродукции на каждом этапе её производства.
Кристаллизатор является важнейшим элементом машины непрерывного литья заготовок. Стабилизация уровня металла в кристаллизаторе способствует уменьшению количества трещин и неметаллических включений на поверхности непрерывного слитка, уменьшению площади огневой зачистки и числа прорывов металла под кристаллизатором. Поэтому система стабилизации уровня зеркала металла является одним из решающих факторов обеспечения качества литья.
Раньше уровень зеркала на многих машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) поддерживался на требуемой высоте при помощи классического пропорционально-интегрального регулятора. Однако такой регулятор не может реагировать на изменения характеристики стопора и расхода (при износе, отложении оксида алюминия и шлака, при изменениях вязкости стали) в процессе литья. При возникновении подобных проблем требуется ручное регулирование, однако при слишком позднем вмешательстве возможно повреждение агрегата, сопровождающееся длительным простоем МНЛЗ.
Благодаря широким возможностям промышленных контроллеров Simatic подобные системы управления могут быть внедрены и в условиях отделения непрерывной разливки кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) открытого акционерного общества «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»).
Задачами дипломного проекта являются: разработка и программная реализация системы стабилизации уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ, определение экономического эффекта, ожидаемого от внедрения системы.
Способ непрерывной разливки металла на машинах непрерывного литья заготовок заключается в том, что жидкий металл из сталеразливочного ковша через промежуточный ковш непрерывно поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор. В кристаллизатор перед началом разливки вводится «затравка», являющаяся дном для первой порции металла. Затравка тянущими механизмами перемещается вниз, увлекая с собой формирующийся слиток. В кристаллизаторе затвердевает только наружная оболочка слитка, а полная кристаллизация осуществляется ниже кристаллизатора, в зоне вторичного охлаждения, за счет форсированного охлаждения поверхности слитка. Охлаждение в этой зоне осуществляется либо подачей воды непосредственно на слиток, либо путем установки водоохлаждаемых экранов. При дальнейшем движении полностью затвердевший слиток разрезается на мерные длины газокислородными резаками, которые во время реза перемещаются вместе со слитком.
По конструкции МНЛЗ для разливки стали делятся на вертикальные, радиальные и криволинейные (разрабатываются горизонтальные МНЛЗ). Вертикальные МНЛЗ имеют прямой, расположенный вертикально, кристаллизатор; слиток перемещается вертикально вниз и в конце пути (в вертикальном положении) разрезается на мерные заготовки. Разновидностью вертикальных МНЛЗ являются машины с изгибом слитка. Изгиб производится после полного затвердевания слитка, режется он, находясь в горизонтальном положении [6].
Особенностью радиальных машин является изгиб с определенным радиусом самого кристаллизатора, формирующего изогнутый слиток. После выхода из кристаллизатора слиток попадает в жесткий направляющий канал зоны вторичного охлаждения, состоящий из роликовых секций, с охлаждением системой водяных форсунок (возможно охлаждение с помощью водоохлаждаемых экранов). В процессе кристаллизации заготовка проходит 1/4 окружности определенного радиуса. Радиус окружности рассчитывается таким образом, чтобы переход слитка в горизонтальное положение проходил после полного его затвердевания.
Особенностью криволинейных МНЛЗ является изгиб слитка с переменным радиусом и возможностью попадания жидкой фазы в горизонтальный участок. Эти машины предназначены, как правило, для отливки слябов больших размеров. Основным преимуществом радиальных и криволинейных МНЛЗ перед вертикальными является меньшая (в 2 – 3 раза) строительная высота и, следовательно, цехи меньшей стоимости.
Схема разливки металла на МНЛЗ представлена на рисунке 1. Металл от сталеплавильного агрегата подается к МНЛЗ в сталевозе, а из сталевоза металл заливается в сталеразливочный ковш 1.
Из сталеразливочного ковша металл при помощи стопора дозируется в промежуточный ковш 3. Промежуточный ковш обеспечивает поступление металла в кристаллизатор с определенным расходом и, обеспечивая хорошо организованную струю, позволяет разливать сталь в несколько кристаллизаторов одновременно и осуществлять серийную разливку методом «плавка на плавку» при смене сталеразливочных ковшей без прекращения и снижения скорости разливки. Промежуточный ковш является буферной емкостью, так как с его помощью согласовывается поступление металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор. При этом обеспечиваются усреднение поступающей порции металла и предотвращение попадания шлака в кристаллизатор. Конструкция промежуточного ковша должна обеспечивать минимальные потери теплоты.
1 - сталеразливочный стенд; 2 - привод промковша; 3 - промковш;
4 - кристаллизатор; 5 - ролики; 6 - зона вторичного охлаждения; 7 - затравка;
8 - тянущие ролики; 9 - машина для введения затравки; 10 - МГР
Рисунок 1 – Структурная схема МНЛЗ
Жидкая сталь непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму 4, называемую кристаллизатором. В любой МНЛЗ кристаллизатор выполняет функции первичного холодильника, отводящего до 30% теплоты расплава, и формообразователя, обеспечивающего заданную форму поперечного сечения слитка. По принципу работы – это теплообменник, основной задачей которого является создание необходимых условий для интенсивного отвода теплоты от жидкого металла. В результате по его периметру происходит непрерывное формирование внешней оболочки – корочки будущего слитка. Обязательным условием нормальной работы кристаллизатора является обеспечение на выходе из него оболочки с прочностью, превышающей ферростатическое давление находящегося в ней жидкого металла и усилий вытягивания. От конструктивных и теплофизических характеристик кристаллизатора во многом зависят производительность машины в целом и качество слитка. На современных МНЛЗ кристаллизатор совершает непрерывное возвратно-поступательное движение. Благодаря этому удается снять растягивающие корочку слитка напряжения и получить дополнительное время на ее упрочнение за счет увеличения толщины.
Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения (ЗВО), называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению.
Основной технологической функцией зоны вторичного охлаждения (ЗВО) является создание оптимальных условий для полного затвердевания непрерывно отливаемого слитка, обеспечивающих требуемое качество металла. Протяженность жидкой фазы в слитке на современных машинах непрерывной разливки в зависимости от сечения заготовки и скорости литья составляет 15…40 м.
ЗВО должна отвечать следующим требованиям:
– обеспечивать тщательную поддержку слитка на выходе из кристаллизатора, где толщина оболочки минимальна, а ее механическая прочность низка;
– исключать возможность выпучивания корки слитка под действием ферростатического давления;
– уменьшать воздействие растягивающих напряжений в оболочке заготовки, возникающих под действием тянущих усилий;
– обеспечивать оптимальный теплоотвод и его регулирование в зависимости от скорости вытягивания и сортамента отливаемой стали;
– сохранять стабильность технологической оси и прочностные характеристики поддерживающих устройств в условиях высоких температур и нагрузок в процессе длительной эксплуатации машины;
– обеспечивать быструю замену узлов ЗВО при аварийных ситуациях, а также минимальные потери времени на переналадку, связанную с изменением сечения отливаемой заготовки.
В ЗВО слиток представляет собой тонкостенную оболочку с переменной толщиной по длине, которая под действием ферростатического давления жидкой сердцевины и неравномерности охлаждения не в состоянии сохранять свою заданную форму. Затвердевшая корка-оболочка может бесконтрольно деформироваться, выпучиваться, изменять сечение и в конечном итоге частично или полностью разрушается. Для предотвращения этого МНЛЗ снабжается системой поддержки, которая по длине ЗВО условно делится на два участка – верхний, не имеющий привода, и нижний, оснащенный приводом для вытягивания и транспортировки слитка.
Интенсивность охлаждения непрерывнолитого слитка в ЗВО необходимо поддерживать на таком уровне, чтобы при заданной производительности МНЛЗ полное затвердевание завершилось в конце зоны, но при этом температура поверхности слитка не снижалась ниже 800 0С, и слиток был бы свободен от поверхностных и внутренних трещин. Режим вторичного охлаждения определяется маркой стали, профилем и размерами слитка, скоростью разливки.
После зоны вторичного охлаждения слиток вытягивается с помощью тянущих клетей и подается по рольгангу к машинам газовой резки, где производится его порезка на мерные длины. АСУ ТП позволяет производить безостановочную порезку заготовок [1,2,3].
1.2 Структура АСУ ТП МНЛЗ
В целом АСУ ТП МНЛЗ входит как составляющая часть в АСУ сталеплавильным, например конвертерным, цехом, выполняя свои функции с учётом работы других участков цеха и управляющих ими АСУ ТП. МНЛЗ требуют совершенной системы автоматического контроля и регулирования. Отклонения от установленного режима разливки, вызываемые различными возмущениями, могут привести к ухудшению производительности, ухудшению качества металла и возникновению аварийных ситуаций. Системы автоматического контроля и регулирования МНЛЗ способствуют устранению возмущающих воздействий и обеспечивают наиболее рациональный режим разливки и безопасную работу агрегата [4,5].
Структурная схема комплекса технических средств АСУ ТП представлена на чертеже Д.ЭА.220301.011.ДП.С1.01.
Целью АСУ ТП является обеспечение качества отливаемых заготовок и заданной производительности МНЛЗ, увеличение выхода годного металла и улучшение условий труда эксплуатационного персонала.
Достижение указанных целей обеспечивается следующими функциями, реализуемыми АСУ ТП:
Информация о работе Автоматизация процесса непрерывного литья заготовок в условиях ККЦ ОАО «ММК»