книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

Датчик состоит из источника гамма-излучения у и индикатора Я (приемника) излучения с коллимирующим устройством. Источник

ииндикатор жестко связаны друг с другом.

Втечение всей плавки датчик перемещается от верхнего торца слитка до нижнего торца электрода и обратно, проходя каждый раз путь, равный длине межэлектродного промежутка. Когда источник

ииндикатор находятся в зоне межполюсного зазора, интенсивность излучения, падающего на приемник, и, следовательно, его сигнал будут максимальными.

Выходной сигнал индикатора излучения поступает на электрон­ ное реле. Это реле срабатывает лишь при определенном уровне вход­ ного сигнала, соответствующем падению интенсивности излучения, по достижении датчиком границы межэлектродного промежутка. Срабатывая, реле изменяет направление вращения исполнительного механизма, перемещающего датчик.

Ход датчика (или угол поворота вала двигателя перемещения датчика) измеряется фотоимпульсным устройством. На счетчик импульсов поступают сигналы, пропорциональные фактической Ьф и заданной L3 длинам дуги. Сигнал разбаланса АL = Ьф— L3 преобразуется преобразователем и подается на магнитный усилитель, управляющий двигателем перемещения электрода. Система построена таким образом, что при отсутствии сигнала разбаланса электрод перемещается вниз с некоторой постоянной скоростью.

Система автоматического регулирования длины дуги в ВДП прошла промышленные испытания и показала, что точность под­ держания межэлектродного промежутка составляет ±2 мм.

Для программного управления процессом плавки в печах ВДП используются различные типы программных устройств. Несмотря на существенные схемные и конструктивные отличия эти устройства имеют один общий признак — использование временного принципа программного управления. В этом случае программа выбирается на основании систематизации и усреднения данных по большому числу плавок.

Анализ особенностей процесса плавки в печах ВДП показывает, что для управления по программе основными параметрами процесса более предпочтителен координатный принцип программного управ­ ления, который может быть представлен как

где А — программируемый параметр;

X — координата верхнего уровня слитка или конца оплавляе­ мого электрода.

Система управления процессом плавки в вакуумной дуговой печи (рис. 95) основана на использовании координатно-временного принципа программного управления [99]. Для периода переплава расходуемого электрода используется координатный принцип, а для периода прогрева, заведения жидкой ванны и периода выведе­ ния усадочной раковины — программирование по временному прин­ ципу.

[91

итать от внешнего сигнала, настраивая регуля­

или длину оплавляемого электрода. Такой сигнал формируется дат­ чиком перемещения электрода 1, связанным с механизмом 2 переме­ щения электрода в печи 3, и поступает в программное устройство.

Сигналы от датчиков времени и перемещения поступают в сум­ мирующее устройство программатора 5. Суммирующее устройство позволяет осуществлять режим работы программатора как от сов­ местного воздействия обоих датчиков в функции времени и координа­ ты, так и раздельно по каждому воздействию. Сигнал суммирующего устройства управляет блоком перемещения 6 носителя программы 7, перемещающим последний 7 в соответствии с сигналами датчиков 1 и4.

Заданную программу с носителя считывает следящая система с фо­ тоголовкой. Фотоголовка 8 следит за программой и через измери­ тельный орган 9 и фазочувствительный усилитель 10 управляет исполнительным двигателем 11 следящей системы.

Исполнительный двигатель перемещает следящую фотоголовку, осуществляя слежение за программой в системе следящего привода, одновременно воздействует на выходное устройство програм­ матора 12. Сигнал выходного устройства управляет заданием регулятора 13, который в свою

193

времени на подготовку брикетов к плавке; г) затруднений с обра­ боткой слитков в случае приваривания брикетов к металлу.

Газокислородный обогрев прибыли применяют при разливке рядового металла. Этот метод характеризуется большой простотой оборудования и сравнительно небольшими эксплуатационными рас­ ходами, однако выход годного при его использовании существенно ниже, чем при электрообогреве.

Наиболее существенное уменьшение головной обрези от слитка позволяет получить методы электрообогрева прибыли, к которым относятся электродуговой и электрошлаковый обогревы, а также индукционный обогрев токами высокой и промышленной частоты. Сущность метода электродугового обогрева прибыльной части слит­ ков заключается в том, что тепло для поддержания металла при­ были в жидком состоянии подводится к прибыли электрической

промышленному применению электродугового обогрева прибылей слитков были выполнены на заводе «Электросталь» [101 ]. Мощность обогрева к концу затвердевания снижалась по ступенчатому гра­

С обогревом

При оценке экономической эффективности методов электриче­ ского обогрева одним из важнейших критериев является удельный расход электроэнергии на 1 т годной стали. Величина удельного расхода электроэнергии при электрообогреве колеблется в значи­ тельных пределах вследствие отличий химического состава и массы слитков, формы прибылей, футеровки надставки и др. Удельные нормы расхода электроэнергии приведены в табл. 18 [100].

Рассмотрение способов обогрева прибылей слитков позволяет установить, что наибольшей эффективностью обладают методы

194

электрического обогрева. В частности, методы электродугового и злектрошлакового обогрева находят применение для подогрева слитков самой различной массы (от долей до десятков тонн). Индук­ ционный метод применяют в основном для подогрева тяжелых куз­ нечных слитков и фасонных отливок.

2. Влияние электрических методов обогрева прибылей на качество слитка

Электрический обогрев прибыльной части слитков приводит к изменению условий их кристаллизации и структуры металла, конвективного перемешивания и т. д. Это вызвало необходимость

проведения исследовательских работ для определения влияния электрического обогрева на качество металла слитков.

Исследования по влиянию электрообогрева на качество слитка проведены на заводе Мотала Веркштад (Швеция) со слитками из мягкой, нелегированной стали: бесприбыльными с квадратным сечением 300x300 мм и с прибыльными, причем масса последних слитков составляла 10 и 20 т. В результате анализов и исследова­ ния макроструктуры бесприбыльного слитка установлено, что вклю­ чения серы в верхней части слитка оказались мельче, чем в теле слитка. Ярко выраженного пика сегрегации серы не наблюдалось. Содержание марганца в зоне, примыкающей к поверхности слитка, несколько ниже, чем в разливаемом металле [1021.

Исследования 10- и 20-т слитков показали, что в этом случае возникает зона повышенного содержания углерода, включающая прибыльную часть и распространяющаяся до 75 мм в тело слитка. Повышение содержания серы наблюдалось только в самой верхней части слитка. Исследование 20-т слитков ультразвуковым методом показало, что осевая часть обогреваемого слитка в верхней его зоне (до глубины примерно 600 мм) получается существенно качественнее, чем необогреваемого. В средних и нижних частях слитков отличие несущественно.

Кроме того, в результате этих исследований установлено, что Ѵ-образная ликвация при электрообогреве практически отсутствует, а Д-образная ликвация значительно снижается, в то время, как в обычных слитках ликвация этих видов достаточно большая.

Влияние электродугового обогрева на строение стального слитка исследовано также на заводе Райсхольц в Обербильке (ФРГ) [103]. Исследования проводили на слитках массой 17,9 т из металла одной плавки. При сопоставлении макроструктуры продольных разрезов слитков установлено, что в отношении сегрегации обогреваемый слиток оказался несколько лучшим, чем необогреваемый. Полосы сегрегации на отпечатках по способу Баумана в первом случае распределены более равномерно, а содержание серы и фосфора ниже, чем во втором. Разности между максимальными и минимальными значениями сегрегации углерода оказались примерно одинаковыми для обоих слитков. Особого влияния обогрева на нижнюю часть слитка не обнаружено, если не считать некоторой деформации конуса осаждения обогреваемого слитка (конус становится ниже, но шире), что, по мнению авторов [103], объясняется некоторым замедлением кристаллизации у стенок изложницы.

Исследования по оценке влияния электрических методов обогрева прибылей на качество слитков проведены на заводе «Электросталь». Качество металла проверяли на макротемплетах, взятых из голов­ ных, средних и хвостовых частей слитков из сталей ЭР9 и ЭР 18. Оценка макротемплетов показала, что макроструктура слитков, отлитых с обогревом, несколько лучше (меньше балл по центральной пористости) макроструктуры слитков, отлитых без обогрева. Испы­ тания по определению содержания газов в металле показали (табл. 19), что электродуговой обогрев прибылей не оказывает существенного

196

влияния на содержание газов в слитке, причем распределение газовых включений по высоте обогреваемых слитков получается очень равно­ мерным.

Результаты исследования влияния электродугового обогрева на образование флокенов в высоколегированных сталях показали, что абсолютное содержание водорода в жаропрочной стали уменьшается и, следовательно, снижается склонность стали к флокенообразованию.

Анализируя данные о структуре металла слитков, отлитых обычным способом и с использованием электродугового обогрева, можно представить их внутреннее строение обобщенными схемами (рис. 97).

Сравнение этих схем позволяет сделать следующие выводы о влия­ нии электродугового обогрева на внутреннее строение слитков. Размеры усадочной раковины в слитках, отлитых с обогревом, зна­ чительно меньше, а сама усадочная раковина сосредоточена в верх­ ней части прибыли, в то время, как в слитках без обогрева она оказывается распределенной по значительной части прибыли. Сли­ ток с обогревом характеризуется более плотной осевой зоной 5, в то время, как в этой зоне необогреваемого слитка наблюдается особенно много дефектов, объясняемых тем, что при внезапном за­ твердевании неметаллические включения и газовые пузыри задер­ живаются именно на этом участке. Нижний конус 6 обратной ликва­ ции (ликвация по удельному весу) в слитке с обогревом меньше,

197

Р и с . 97. Внутреннее строе­ ние слитка:

а — для слитка с обогревом;

верхностный слой; 3 — зоны столбчатых кристаллов; 4 — область частично дезориен­ тированных кристаллов; 5 — осевая часть слитка; 6 — зона залегания нижнего ко­ нуса; 7— зона застывающих в последнюю очередь кри ­ сталлов

Таким образом, при электродуговом обогреве прибыльной части слитков улучшается строение как прибыльной части, так и тела слитка, улучшается структура металла слитка, почти полностью устраняется осевая рыхлость слитка, значительно уменьшается зона залегания нижнего конуса и создается более благоприятная ориен­ тация дендритов.

3. Управление процессом электрического обогрева прибыльной части слитка

Автоматические регуляторы .обогрева прибылей можно класси­ фицировать по параметру регулирования на следующие типы:

1)регуляторы тока;

2)регуляторы, поддерживающие постоянное напряжение на

участке электрод—слиток; 3) регуляторы мощности, регулирующие по силе тока и напряже­

нию на участке электрод—слиток.

По конструктивному и схемному оформлению существующие регуляторы обогрева прибылей слитков можно подразделить на следующие типы:

1)релейно-контакторные регуляторы;

2)с электромашинными усилителями;

3)с магнитными усилителями;

4)с электронными усилителями;

5)с электромагнитными муфтами трения;

6)на тиристорах.

Большинство установок подогрева прибыльной части слитка оснащено автоматическими электромашинными регуляторами типа РМД (см. рис. 13).

198

Поскольку электромашинные усилители с поперечным полем оказались недостаточно надежными в эксплуатации, начали приме­ нять регуляторы, не имеющие вращающихся машин (кроме испол­

нительного двигателя).

На рис. 98 представлен регулятор по току и напряжению дуги, выполненный на основе магнитного усилителя и дифференциального механизма для перемещения электрода [104].

Механизм регулирования длины дуги имеет привод, который состоит из двух двигателей — постоянного ДП и переменного ДГ тока и дифференциального механизма ДМ. При включении на пульте универсального переключателя двигатель трехфазного тока ДГ получает питание от сети и начинает опускать головку с электродом

кслитку с постоянной скоростью.

Вмомент замыкания электрода на металл возникает максималь­

ная сила тока в якоре двигателя постоянного тока ДП (для подъема электрода), начинающего вращаться со скоростью, превышающей скорость вращения мотора трехфазного тока. Электрод при этом поднимается с образованием дуги, длина которой по мере подъема электрода возрастает с одновременным уменьшением силы тока на дуге, поэтому скорость вращения мотора постоянного тока ДП понижается, постепенно выравнивается со скоростью, вращения дви­ гателя ДГ и электрод перестает перемещаться. По мере обгорания электрода длина дуги возрастает и скорость вращения мотора по­ стоянного тока ДП становится меньше скорости вращения двига­ теля ДГ, под воздействием которого электрод начинает опускаться. Изменение напряжения дуги вызывает изменение силы тока подмагничивания магнитного усилителя МУ (обмотки ОМУ), что также вызывает изменение числа оборотов двигателя постоянного тока.

Основным достоинством рассмотренной схемы является то, что скорость движения электрода зависит от величины отклонения пара-

Р и с . 98. Принци­ пиальная схема регу­ лирования подогрева с использованием маг­ нитного усилителя в цепи двигателя авто­ матической сварочной головки (ШО — шунтовая обмотка Д П )

199