Особенности изменения теплового состояния непрерывного слитка на промышленных машинах непрерывного литья заготовок при динамических режимах разливки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 536. 2:621. 74. 047
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО СЛИТКА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИНАХ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ РАЗЛИВКИ
© В. А. Шипулин, В.И. Дождиков
Ключевые слова: непрерывная разливка- управление вторичным охлаждением- переходный процесс. Рассматривается методика идентификации способа управления вторичным охлаждением, используемого на промышленной машине непрерывного литья заготовок при динамическом режиме разливки. Показано влияние этого способа на тепловое состояние слитка.
В настоящее время большое внимание уделяется поиску технологических режимов, направленных на повышение качества непрерывных слитков. Значительную роль в этой области исследований играет управление вторичным охлаждением на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) при динамическом режиме ее работы. Одной из трудностей анализа влияния способов управления вторичным охлаждением на тепловое состояние слитка, а следовательно, на его качественные характеристики является отсутствие сведений об алгоритмах управления, которые используются в АСУТП современных МНЛЗ и которые связаны с коммерческой тайной фирмы-производителя. В связи с этим для анализа влияния технологических особенностей непрерывной разливки на качество получаемых слитков необходимо в числе прочих мероприятий осуществить идентификацию способа управления вторичным охлаждением на исследуемой промышленной МНЛЗ.
Для получения переходных функций, описывающих алгоритм управления вторичным охлаждением, исследовали процесс непрерывной разливки малоуглеродистых марок стали на промышленной МНЛЗ в слябы размером 200×1550 мм2 при динамическом режиме ее работы с синхронной фиксацией скорости разливки и расходов охладителя в секциях зоны вторичного охлаждения (ЗВО). Разделение ЗВО исследуемой МНЛЗ на секции иллюстрирует табл. 1.
Для идентификации переходных функций системы охлаждения была выбрана следующая методика. Сначала полученные экспериментальные данные подвергали сглаживанию, т. к. в большинстве случаев при исследовании динамических объектов измеряется не выходная координата й (т), а сумма ее с некоторой случайной функцией (помехой) п (т). Таким образом, регистрировали функцию z (т) вида:
?(т) = й (т) + п (т),
(1)
где т — время переходного процесса.
Для получения искомой функции к (т) использовали известные методы сглаживания переходных функций.
После сглаживания входных значений получали единичную переходную функцию [1]:
(2)
где О (т) — изменение расхода охладителя в рассматриваемой секции ЗВО после сглаживания- К — возмущающее воздействие, соответствующее разности v1 и v2:
К = у2 — V ,
(3)
где v1 — первоначальная скорость разливки- v2 — новая скорость разливки.
Далее по Н (т) определяли вид передаточной функции W (s) с помощью метода площадей Симою [1]. В его основе лежит определение коэффициентов для передаточной функции вида:
(4)
где ^ - изображение по Лапласу- а1, а2… а" и Ъъ Ъ2… Ът -коэффициенты- п и т — порядок функций знаменателя и числителя соответственно.
В ходе обработки экспериментальных данных было выявлено, что наилучшим образом поведение объекта управления описывает следующее выражение:
Ж (5) = -
1 + а15 + а25
2 '-
(5)
После преобразования передаточной функции W (s) была получена следующая переходная функция А (т):
И (т) = 1 + 2е Ат[- 0,5ео8(Вт) — С 8ІП (Вт)],
(6)
где А, В, С — коэффициенты, зависящие от координаты секции г.
1600
Таблица 1
Координаты секций ЗВО
Секции Номер секции
1 2 3 4 5 6 7 8
Конец секции, м 1,05 1,67 2,7 4,4 6,32 10,16 14 20,73
Анализ экспериментальных данных показал, что, начиная с четвертой секции, функция изменения расходов охладителя характеризуется таким параметром как время запаздывания. Таким образом, формулы (5) и (6) с учетом времени запаздывания тзап будут выглядеть следующим образом:
Ж (5) =---------^ + 1 е~Тзап 5 — (7)
1 + ах5 + а2 5
й (т) = 1 + 2е — А (т-т зап)[-0,5ео8(В (т -т зап)) —
— С 8ІП (в (т-т за"))]. (8)
В качестве примера на рис. 1 показано сравнение полученных переходных функций с экспериментальными данными для некоторых секций ЗВО при различных возмущающих воздействиях (изменениях скорости разливки).
Результаты анализа экспериментальных данных позволили зависимости коэффициентов, А и В от времени переходного процесса тпер представить в виде функций вида:
А (тпер)= ^1т
,) = +1 в (тпер)=2тпр + ^ 2
(9)
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2
0
0 20 40 60 80 100
Время, с
а)
1,2
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
0 50 100 150
Время, с
б)
Рис. 1. Переходная функция секции 2 при изменении скорости от VI = 1,4 м/мин. до V2 = 0,8 м/мин. (а) и для секции 6 при изменении скорости от VI = 0,8 м/мин. до V2 = = 1,2 м/мин. без учета времени запаздывания (б) — • - экспериментальные данные- - - расчетные данные
где dъ & lt-^2, g1, g2, q1, q2 — коэффициенты, полученные опытным путем.
Время переходного процесса, в свою очередь, зависит от координаты секции 7 и от установившейся скорости разливки v2. Для описания этой функции предложено выражение:
/ 2 2
хпер (2,у2) = *0 + к]_г + к2у2 + кЪ2 + к4г + *52, (10)
где к0, къ к2, к3, к4, к5 — коэффициенты.
Для определения коэффициента С предложена аналогичная функция:
с (г, У2) = Ро + Р12 + Р2У2 + Рз2 + Р422 + Р5У2, (11)
где р0, рь р2, р3, р4, р5 — коэффициенты.
При этом установлено, что время запаздывания тзап зависит только от координаты секции 7 и может быть описано линейной функцией:
зап (г) = т2 +1, 2 & gt- 4,4, (12)
где т, I — коэффициенты.
Используя полученную обобщенную переходную функцию, зная координату рассматриваемой секции ЗВО и величину скачка скорости, можно конкретизировать вид переходной функции для этой секции, отражающей особенности управления охлаждением непрерывного слитка.
Практический интерес, связанный с прогнозированием качественных характеристик металла, представляет оценка влияния способа вторичного охлаждения на параметры теплового состояния слитка в переходные периоды. Для этого использовали разработанную математическую модель формирования слитка при динамических условиях разливки, построенную в рамках теории квазиравновесной двухфазной зоны на основе подхода, предложенного в работе [2].
1601
230
170-----
0 2 4 6 8 10 12 14
Время переходного процесса, мин
Рис. 2. Изменение коэффициента теплоотдачи в переходный период в секции № 7 ЗВО МНЛЗ (1 — способ по предложению [3]- 2 — способ по предложению [4]- 3 — способ по предложению [5]- 4 -способ, используемый на исследованной промышленной МНЛЗ)
«940
| 920
900
0 2 4 6 8 10 12 14
Время переходного процесса, мин
Рис. 3. Изменение температуры поверхности непрерывного слитка в переходный период в секции № 7 ЗВО МНЛЗ (1 -способ по предложению [3]- 2 — способ по предложению [4]-
3 — способ по предложению [5]- 4 — способ, используемый на исследованной промышленной МНЛЗ)
В качестве примера на рис. 2 представлено изменение коэффициента теплоотдачи во время переходного процесса, возникающего вследствие изменения скорости разливки от V! = 0,8 м/мин. до = 1,2 м/мин., при управлении охлаждением в секции № 7 ЗВО исследуемой промышленной МНЛЗ в сравнении с некоторыми известными способами. На рис. 3 показано соответствующее изменение температуры поверхности слитка в середине этой секции (г = 12 м).
Из рис. 3 видно, что способ управления, используемый в системе управления исследованной промышленной МНЛЗ, не обеспечивает стабильности теплового состояния непрерывного слитка при возникновении
изменений в условиях процесса разливки. Так, например, в случае повышения скорости разливки наблюдается разогрев поверхности слитка, величина которого зависит от величины изменения скорости разливки, расположения секции ЗВО по длине технологической оси машины и от некоторых других факторов. Указанная нестабильность приводит к отклонениям теплового режима формирования непрерывного слитка от заданного (оптимального), а следовательно, увеличивает вероятность образования дефектов непрерывного слитка.
Оценка режима управления вторичным охлаждением МНЛЗ при динамических условиях разливки по предложенной и описанной выше методике позволяет провести его корректировку с целью минимизации температурных возмущений в процессе изменения условий разливки и тем самым уменьшить вероятность появления дефектов металла на переходных участках непрерывного слитка. В современных условиях значительных объемов производства и сбыта металлопродукции указанные мероприятия являются одной из актуальных мер воздействия на качество непрерывнолитых слябов и экономическую эффективность работы предприятия [6].
ЛИТЕРАТУРА
1. Комиссарчик В. Ф. Автоматическое регулирование технологических процессов: учеб. пособие. Тверь, 2001. 247 с.
2. Дождиков В. И., Емельянов В. А., Евтеев Д. П., Карлик В. А., Битюц-кая Г. С. Исследование способов управления охлаждением непрерывного слитка с помощью математической модели // Известия вузов. Черная металлургия. 1984. № 5. С. 45−47.
3. Самойлович Ю. А., Крулевецкий С. А., Горяинов В. А., Кабаков З. К. Тепловые процессы при непрерывном литье стали. М.: Металлургия, 1982. 153 с.
4. Патент СССР № 555 981 от 23. 04. 1975 г. кл. 2 В 22Б 11/16 / Краснов Б. И. Опубл. 19. 05. 1977 г.
5. Патент Р Ф № 2 185 927 от 18. 10. 1999 г. кл. 7 В 22Б 11/22 / Кошкин А. В., Парфенов Е. П., Лобанов Е. П., Смирнов А. А., Куроедов В. Д., Маевский В. В. Опубл. 27. 07. 2002 г.
6. Борисов В. Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987. 220 с.
Поступила в редакцию 6 ноября 2012 г.
Shipulin V.A., Dozhdikov V.I. CHANGES FEATURES OF HEAT CONDITION OF CONTINUOUS SLAB AT PRODUCTION MACHINES OF CONTINUOUS CAST SUB-PRODUCT AT DYNAMIC CASTING REGIME
The secondary cooling method used at dynamic casting regime on the industrial machine continuous cast sub-product is described. The effects of this method on the slab thermal state are shown.
Key words: continuous casting- secondary cooling management- transient process.
16G2

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой