книги из ГПНТБ / Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали

пузырем, что il фиксируется логическим блоком 27. Команды па вклю­ чение электромагнита насоса 10 подаются блоком управления 29 при поступлении сигнала о выдаче сляба. Сигнал остановки прод­ вижения жидкости с пузырями формируется блоком 30 при прохож­ дении переднего фронта пузыря между осветителем 24 и фотодио­ дом 26.

Таким образом, эта мнемосхема, кроме хороших наглядных ка­ честв, обладает свойством управления, т. е., располагая определен­ ным образом фотодиоды с осветителями вдоль капиллярной трубки, можно снимать дополнительную информацию о пространственном расположении металла внутри печи.

Мнемосхему обычно располагают в верхней части щита контрольно-измерительных приборов печи. Ввод параметров садки осуществляется с пульта в момент подхода определенной партии металла (первого сляба новой партии) к заранее обусловленной метке, а про­ движение меток и ввод воздушных пузырей при каждой выдаче металла происходит автоматически.

В системе, изготовленной для НЛМЗ, видимая часть мнемосхемы выполнена в масштабе 1:25, а часть мне­ мосхемы, в которой идет формированиеразмеров, вы­ полнена в масштабе 1 : 8.

Кольцевые печи

Одной из особенностей работы кольцевых печей яв­ ляется возможность нагрева в них одновременно не­ скольких садок, т. е. заготовок различных геометричес­ ких размеров и из стали разных марок. В этих условиях одновременный ввод управляющих воздействий во все зоны печи может повлечь за собой расстройство требу­ емого технологией режима нагрева предыдущей или последующей садок. Для обеспечения нормального на­ грева металла при наличии в печи заготовок разных марок и габаритов необходимо поочередное изменение температурного режима в зонах нагрева по мере про­ движения металла в рабочем пространстве печи, т. е. по мере прихода новой садки в соответствующую зону.

В производственных условиях в кольцевых печах на­ греваются заготовки из углеродистых и легированных сталей 15—20 марок различного диаметра и длины, что вынуждает обслуживающий персонал для предотвра­ щения брака по нагреву менять порядок (в один ряд, в два ряда или шахматный) посада или угол поворота пода, через который происходит посад, или же сохра­ нять угол посада постоянным, но изменять температур-

ный режим печи, интуитивно определяя при этом место­ нахождения границы новой садки в рабочем прострайстве. И тот, и другой способ ведения процесса нагрева не лишен субъективности в управлении и зачастую при­ водит к нарушению требуемого режима нагрева метал­ ла со всеми вытекающими последствиями.

Для решения сложных задач управления процессом нагрева в условиях переменной садки разработана си­ стема, позволяющая простым набором программ осуще­ ствлять изменение заданий регуляторам температуры участков горения в функции переменных параметров садки.

На рис. 44 приведена структурная схема системы вы­ работки управляющих сигналов при изменениях пара­ метров садки. Система состоит из пульта ввода инфор­ мации о параметрах садки 1 , который позволяет фабрикатору (посадчику) простым нажатием кнопки выбо­ ра режима нагрева задать системе регламентированный технологией температурный режим для средней произ­ водительности печи; причем выбор того или иного ре­ жима осуществляется фабрикатором по специальной таблице режимов нагрева 2 , в которую сведены темпе­ ратурные режимы для всего сортамента загружаемых заготовок; программного устройства 3, предназначенно­ го для набора программы изменения конечных значений температуры на участках горения и в узле определения теплового состояния печи в момент посада первой за­ готовки новой садки в печь; следящего устройства 4, позволяющего следить за местонахождением границ са­ док по всему рабочему пространству печи и работаю­ щего синфазно с загрузкой первой заготовки новой сад­ ки и синхронно с поворотом пода; коммутирующего уст­ ройства 5; командо-корректирующего устройства, пред­ назначенного для автоматической выработки управляю­ щих сигналов и их ввода в узлы стабилизации темпера­ туры на участках горения 7, а также в узлы измерения среднего времени нахождения металла на участках 8 , и определения теплового состояния печи при изменениях параметров садки 9 (10— механизм поворот пода).

Ниже приводится описание работы системы выработ­ ки управляющих сигналов при изменениях параметров садки. В соответствии с существующей технологией на­ грева весь сортамент разбит на небольшое число групп, одинаковых по условиям нагрева (номинальным режи-

мам). Так как диапазон изменений конечных значений температуры в зонах для всего сортамента при макси­ мальной производительности не превышает 60—80 град, при погрешности измерения средней температуры зон, составляющей 10—15 град, для надежного различия

Рис. 44

Структурная схема систе­ мы выработки управляю­ щих сигналов при изме­ нениях параметров садки

режимов весь диапазон следует разбить не более чем на 4—6 отличающихся один от другого температурных режимов. Увеличение числа режимов при неизменном диапазоне конечной температуры по изложенным выше соображениям было бы лишено смысла.

Пользуясь заранее рассчитанной таблицей режимов нагрева, посадчик в момент загрузки первой заготовки новой садки задает требуемый режим, используя для этого соответствующий ключ на пульте.

Программа температурного режима каждой новой садки подготавливается программным устройством, и ре­ гуляторы участков горения переключаются на новые за­ дания при помощи следящего и коммутирующего уст­ ройств по мере попадания границы новой садки в соответствующую зону печи. Управляющие сигналы фик­ сируются командно-корректирующим устройством. Кро­ ме управляющих сигналов, изменения задания регуля­ торам-стабилизаторам температуры участков горения, в командно-корректирующем устройстве вырабатыва­

ются сигналы настройки узлов измерения среднего вре­ мени нахождения металла на участках и определения теплового состояния печи при изменениях параметров садки.

При реализации системы следящее устройство было выполнено в двух вариантах:

1) при помощи комаидоаппаратов, жестко связан­ ных с механизмом поворота пода, контактные цепи ко­ торых имеют сдвиг по фазе иа угол, равный дуговому углу участков. Каждый раз, когда начало новой садки достигает зоны томления, т. е. температурный режим садки отработан, командоаппарат возвращается в ис­ ходное положение и готов принять очередную садку. Число комаидоаппаратов в данном исполнении следя­ щего устройства равно п—1, где п число садок, одновре­ менно находящихся в печи. Опыт работы трубопрокат­ ных станов показывает, что, как правило, в печи может находиться не более трех — четырех садок одновремен­ но. Недостатком этого следящего устройства является низкая помехоустойчивость, обусловленная, во-первых, большим числом контактов, а во-вторых, возможностью сбоев при обратном ходе пода во время длительных ос­ тановок печи;

2) следящее устройство выполнено в виде счетчиков, информация на которые в унитарном коде подается от контактов командоаппарата механизма поворота пода. Этот вариант предназначен для печи с постоянным уг­ лом хода. Благодаря вентильной кинематической связи привода пода с командоаппаратом практически исклю­ чена возможность сбоев при реверсе пода. Недостатком приведенной схемы является невозможность ее исполь­ зования на печах с переменным углом загрузки.

Система выработки управляющих сигналов при из­ менениях параметров садки в обоих вариантах испол­ нения следящего устройства прошла промышленные ис­ пытания на кольцевых печах трубопрокатных агрегатов 400 и 140 (РМЗ), 250-1 и 250-2 (АзТЗ им. В. И. Ле­ нина) .

Исходя из принципов построения системы управле­ ния температурным режимом, алгоритм формирования управляющего сигнала должен включать информацию о результате нагрева металла или тенденции его изме­ нения. Вопросами определения кондиции нагретого ме­ талла занимались многие авторы как в СССР, так и за

рубежом; существует несколько мнений о том, какой из поддающихся измерению параметров наиболее полно характеризует кондицию. Ниже приводятся основные из

них:

а) температура поверхности раската, измеренная после нескольких проходов;

б) расход электроэнергии на прокатку каждой за­ готовки, измеренный специальным устройством;

в) пластичность нагретого металла, измеренная спе­ циальным устройством;

г) давление на валки, измеренное специальным уст­ ройством;

д) нагрузка на двигатель прокатного стана.

Как показали исследования, температура поверхно­ сти заготовок меняется в весьма широких пределах по случайным причинам, поэтому температуру поверхности заготовки нельзя использовать в качестве импульса, ха­ рактеризующего кондицию нагретого металла.

Основные исследования проводили в направлении использования расхода энергии в качестве импульса, характеризующего кондицию нагретого металла. Для этого был проведен хронометраж работы печи (агрегат 250-1, АзТЗ) .

На поворотном круге, вращающемся синхронно с по­ дом, отмечалась каждая десятая загружаемая в печь заготовка и одновременно фиксировалось время пребы­ вания заготовок в каждой из зон (предполагалось, что пять заготовок до и после фиксированной заготовки бу­ дут находиться в зонах печи такое же время). Темпера­ тура подаваемых заготовок измерялась на выходе из прошивного стана фотоэлектрическим и радиационным пирометрами и одновременно записывалась нагрузка на двигатель стана в килоамперах. По данным хрономет­ ража были построены взаимокорреляционные функции температуры раската и нагрузки. Взаимокорреляционная функция температуры раската и нагрузки указы­ вает на отсутствие линейной статистической зависи­ мости.

Помимо конечной температуры металла на выходе из печи, причинами колебаний температуры раската мо­ гут быть условия охлаждения поверхности от момента выдачи до момента измерения (задержки, охлаждение водой во время прошивки, контакт с валками, разогрев во время прошивки) и др.

или иным качеством регулирования стабилизировать заданные значения температуры в зонах. Как уже отме­ чалось, нагревательные устройства (в том числе и коль­ цевые печи) работают в технологической линии прокат­ ки с переменной производительностью; причем произво­ дительность кольцевой печи меняется как вследствие изменения ритма работы стана, так и вследствие изме­ нения геометрических размеров заготовок, расположе­ ния заготовок на поду и т. д.

В основном изменения производительности являются случайными и плохо поддаются прогнозированию. Един­ ственное, что может заранее знать сварщик печи — это возможность длительной остановки печи на плановые осмотры и ремонты, порядок посада и сортамент загру­ жаемых заготовок.

Для ведения процесса нагрева металла в этих усло­ виях сварщик располагает только технологической ин­ струкцией по нагреву, в которой для различных групп марок сталей указаны режимы нагрева при максималь­ ной или средней производительности печи. Иногда в ин­ струкциях указываются также поправки на температур­ ныйрежим при изменениях размеров заготовок и да­ ются предписания, на сколько надо убавить или приба­ вить заданные значения температуры зон при измене­ ниях ритма работы прокатного оборудования. .

Как показали наблюдения, сварщики вмешиваются в работу регуляторов-стабилизаторов лишь при длитель­ ных остановках печи и если они получают от вальцов­

местонахождение новой садки они определяют интуи­ тивно) .

Естественно, что в таких условиях даже при очень богатом производственном опыте сварщика нельзя пра­ вильно поддерживать температурный режим, не получая объективной информации'о фактическом ритме работы прокатного оборудования, тепловом состоянии печи, из­ менениях параметров садки, месте нахождения границ

температур в зонах нужно знать связи (расчетные или

эмпирические) между параметрами процесса нагрева и заданными значениями температуры в зонах.

Ниже описан метод определения конечных значений температуры в зонах, заключающийся в предваритель­ ном расчете нагрева металла в печах при изменяющих­ ся условиях с дальнейшим уточнением расчетных дан­ ных на действующих объектах при помощи статистичес­ кого способа обработки результатов поправок.

Ниже дается расчет нагрева металла в кольцевых печах с учетом их теплотехнических и конструктивных особенностей для определения основных технологичес­ ких требований, предъявляемых к системе управления

подогрева ряда горелок, позволяющих регулировать тем­ пературу также и в этой зоне.

Конструктивная особенность печи — это высокая тем­ пература пода печи в области окна загрузки, что обус­ ловлено переходом пода от окна выдачи, где темпера­ тура печи высокая, к окну загрузки. Если температура у окна загрузки колеблется в пределах 750—800° С, то температура пода достигает 900—950° С, что способству­ ет симметричности нагрева заготовок, этому же способ­ ствует зазоры между заготовками.

Производительность кольцевой печи можно выразить

d — диаметр заготовок; I — длина заготовок;

пг— число заготовок на одном радиусе загрузки;

р— плотность;

т— время нахождения заготовок в печи.

Так как для печей с автоматизированной загрузкой и выгрузкой угол поворота пода сохраняется постоян­ ным, число заготовок в каждой зоне фиксировано.

При постоянном числе заготовок на участках нагре­ ва темп выдачи однозначно характеризует время нахож-

Дения заготовок в них. Нагрев металла в металлургиче­ ских печах является сложным процессом, включающим в себя различные виды теплообмена. В печах, работаю­ щих при высоких температурах, теплообмен излучением составляет подавляющую часть всего теплообмена. По закону Стефана — Больцмана количество тепла, усваи­ ваемого металлом, выражается формулой

Температура, измеренная в рабочем пространстве пе­ чи, характеризует среднее значение температур метал­ ла, кладки и газа. Тепловой поток на металл как функ­

ем — степень черноты металла; Фм.м — угловой коэффициент металла на металл; FKn— площадь кладки.

Конвективный теплообмен рассчитывают по форму­ ле Ньютона

где а п — коэффициент теплоотдачи, отнесенный к темпе­ ратуре печи.

Из формул (Ѵ-З) и (Ѵ-6)