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

талла в методической зоне и производительностью пСчП существует определенная зависимость (рис. 31), однако для получения линейной зависимости между этими вели­ чинами большое значение имеет правильная организация контроля температуры металла, выбор координат уста­ новки пирометров в пределах методической зоны печи.

По мере продвижения металла в глубь печи разность температур поверхности и середины нагреваемого метал­ ла увеличивается, а затем

Изделия, при нагреве которых не возникают большие перепады температур, называют тонкими. Изделия, при расчете нагрева которых нельзя пренебречь перепадом температур внутри, называют массивными. Отнесение данного изделия к разряду тонких или массивных опре­ деляется не только размерами и теплопроводностью, но и интенсивностью нагрева. Изделие больших размеров, нагреваемое очень медленно, ведет себя при нагреве как тонкое и наоборот. Мерой характеристики тонких и мас­ сивных изделий является критерий

1

а S

Как известно, числитель представляет собой внутрен­ нее тепловое сопротивление пластины, а знаменатель — внешнее. Таким образом критерий Ві показывает отно­ шение внутреннего сопротивления к внешнему. Для тон­

ких изделий он мал. С увеличением массивности он воз­ растает, являясь таким образом мерой массивности тела. Сущность предлагаемого метода заключается в опреде­ лении критерия Ві по длине печи для всего сортамента нагреваемого металла. Точки пересечения семейства кри­ вых с переходной областью между тонкими и массивны­ ми изделиями и являются координатами установки пи­ рометров, изменяющих температуру поверхности ме­ талла.

В этих пределах температура поверхности металла с достаточной точностью отражает температуру по всему сечению, ее изменения соответствуют изменениям произ­ водительности (рис. 31) и поэтому она может служить одним из корректирующих сигналов в системе управле­ ния тепловым режимом нагревательных печей.

Этот сигнал [71] может быть с успехом применен на печах с «холодным посадом», однако его нельзя механи­ чески применять на печах со «смешанным посадом» ме­ талла, так как тепловой режим работы этих печей изме­ няется не только с изменением скорости проталкивания металла, а также и с изменением температуры его по­ сада.

Для примера ниже приводится расчет координат установки ра­ диационного пирометра, замеряющего температуру поверхности ме­ талла в методической зоне печи № 2 стана 320 РМЗ. Расчет выпол­ нен для сталей марок Ст. 2 и Ст. 6 при максимальной производитель­ ности печи. В расчете принималось допущение: методическую зону печи разбивали на три подзоны, в которых температуры и коэффици­ ент а принимались условно постоянными:

I — t = 900° С,

X52,9

Ф(1; 0,142; 2,72) = 0,65; Ф(0; 0,142; 2,75) = 0,70; Ф(1; 0,142; 2,75) = 0,42;

Ф(0; 0,142; 2,75) = 0,46;

Ф(І; 0,25; 2,32) = 0,55; Ф(0; 0,15; 2,32) = 0,58; Ф(0; 0,25; 2,32) = 0,4;

Ф(0;0,25;2,32) = 0,5;

равления или регулирования, в которых используется

характер процесса регулирования ведет к грубым ошиб­ кам в определении значений температуры и за этими погрешностями могут следовать серьезные нарушения теплового режима, создаваемые в объектах самой си­ стемой регулирования.

Записанные на диаграмме прибора отклонения тем­ пературы в общем случае вовсе не равны фактическим их значениям (в печи) и тем меньше им соответствуют, чем с большей частотой эти изменения происходят. Тем­ пература по прибору и фактическая температура в ра­ бочем пространстве печи могут быть практически равны между собой только тогда, когда достаточно длительное время не вносится никаких изменений в тепловое состоя­ ние печи, когда нет колебаний в значениях этих темпе­ ратур и длительное время существует тепловое равнове­ сие. Но в процессе нагрева система подвергается возмущениям. Колебательный характер изменений тем­ пературы создается регуляторами, изменяющими пода­ чу топлива для подавления возмущений, либо вследст­ вие особенностей применяемых регуляторов (двухпози­ ционные, без обратных связей), или вследствие непра­ вильной настройки ПИ- и ПИД-регуляторов (излишне высокие скорости регулирования). Независимо от при­ роды причин, вызывающих колебательный процесс, его частота существенно влияет на достоверность информа­ ции, поступающей к регуляторам и обслуживающему персоналу.

Степень ошибки увеличивается с повышением часто­ ты колебаний и достигает пятикратного значения уже при <й= 0,0167, т. е. при периоде колебаний около 6,5 мин, и одиннадцатикратного при периоде 5 мин.

На примере измерения температуры рабочего прост­ ранства колодца термопарой, имеющей постоянную вре­ мени 7=88 сек и чистое запаздывание /0= 20 сек, мож­ но показать, что ошибка измерения при периоде колеба­ ний температуры, составляющем 60 сек, достигает ±144 град.

При периоде колебаний 240 сек ошибка значительно уменьшается и достигает ±36 град. С уменьшением ча­ стоты колебаний (увеличением периода) ошибка изме­

рения может быть сведена к минимуму, если подбирать ш по следующей формуле:

ния не только видимых на диаграммах пределов откло­ нения температуры (эти ограничения обязательны, но во многих случаях явно недостаточны), а в еще большей степени пределов частот колебаний, допускаемых систе­ мами автоматического контроля и регулирования (по возможности и значений Т и /0>применяя менее инер­ ционные приборы).

Подобные искажения информации не менее серьез­ ны по последствиям при нагреве в печах сталей (особен­ но высоколегированных) с относительно малой тепло­ проводностью. Значительные изменения уровня темпе­ ратуры рабочего проетранства, вызываемые частными изменениями подачи энергии (неправильно настроены регуляторы), существенно ухудшают качество поверх­ ности слитков и деталей из этих сталей. Поэтому еще не­ редки случаи, когда при нагреве сталей некоторых ма­ рок операторы предпочитают переходить на ручное управление. В данном случае частота изменений в по­ даче топлива очень мала, малой получается и частота колебаний температуры, и хотя на диаграмме прибора могут быть зафиксированы несколько большие отклоне­ ния, чем при авторегулировании, они оказывают суще­ ственно меньшее влияние на качество проката.

По этим причинам для уменьшения ошибок в изме­ рениях и повышения достоверности получаемой от при­ боров информации о температуре необходимо не допу­ скать колебаний в процессе регулирования, настраивая соответствующим образом регуляторы или ограничивая предельную частоту видимых на диаграмме изменений температуры до значений, обеспечивающих наименьшие искажения. Кроме того, необходимо знать индивидуаль­ ные динамические (в частности, амплитудно-фазовые) характеристики каждого из нагревательных устройств, правильно их использовать при настройке систем авто­ матического регулирования . (в указанном выше смыс­

ле), а также при выборе средств защиты теплоприемни* ков (термопар, пирометров излучения), обеспечивающих наименьшие значения Т и /0.

В этой связи особую значимость приобретают систе­ мы централизованного управления процессом нагрева металла, способные обеспечить требуемые динамические свойства всех каналов управления основных параметров теплового режима нагревательных печей.

3.ИНФОРМАЦИЯ О ВРЕМЕНИ ПРЕБЫВАНИЙ МЕТАЛЛА

ВЗОНАХ НАГРЕВА

Методические печи

В п. 2 этой главы рассмотрен вопрос об использова­ нии температуры поверхности металла в качестве им­ пульса, характеризующего производительность печи (с применением специальной методики для определения установочных координат радиационного пирометра в методической зоне, чтобы свести до минимума ошибки измерения). Однако использование этого сигнала еще не дает полного решения вопроса о вводе коррекции в си­ стему управления. Объясняется это тем, что при дли­ тельных простоях нарушается однозначность между за­ меренной температурой поверхности металла и темпом выдачи металла из печи. Кроме того, получение такого сигнала связано с необходимостью подавления значи­ тельных по величине помех, амплитуда которых меняет­ ся в широком диапазоне, что особенно ощутимо при дли­ тельных простоях и больших колебаниях частоты выдачи металла из печи. В этих условиях наличие сигнала, сви­ детельствующего о частоте выдачи металла из печи, су­ щественным образом улучшит работу схемы управ­ ления.

пульсом по температуре металла комплексного сигнала, пригодного для получения информации о всяких измене­ ниях производительности печи и для дальнейшего ее использования в системе регулирования тепловой нагруз­ ки печи. Такое устройство должно измерять темп про­ катки или производительность печи в виде непрерывной величины; причем важно измерение средней частоты по­

ступления импульсов, а не величины промежутков меж­ ду импульсами. Большое значение имеет выбор периода усреднения частоты, так как при малом периоде усред­ нения возможны частные и ненужные корректировки теплового режима. При большом периоде усреднения корректирующий импульс будет отрабатываться с за­ паздыванием.

Для выбора оптимального периода усреднения необ­ ходимо проанализировать кривую разгона температуры металла в методической зоне при возмущении по произ­ водительности печи и годограф амплитудно-фазовой ха­ рактеристики (АФХ) по этому каналу [5].

Из АФХ определено, что спектр канала простирается от с о = 0 до Ш с р = 0 ,0 8 . Это означает, что существенное по амплитуде воздействие на температуру металла может оказать только такое изменение производительности, ко­

можно представить как функцию с ограниченным спект­ ром ш Ср = 0 ,0 8 , которая полностью определяется своими

то F является частотой среза шСрЭто означает, что пе­ риод отсчета значений производительности печи не дол­ жен быть в данных условиях больше

это не дает нужной информации. Следовательно, период усреднения должен приблизиться снизу к величине Ат. Таким образом, должно усредняться столько интерва­ лов между импульсами, сколько их лежит внутри отрез­ ка протяженностью Ат.

Ниже рассматриваются схема и принцип действия прибора для измерения средней частоты выдачи метал­ ла из печи, который существенно отличается от ранее разработанных измерителей средней скорости счета им­ пульсов [74].

Частоту выдачи металла из печи наиболее точно мож­ но определить как величину, обратную среднему време­ ни пребывания заданного числа заготовок в печи.

В идеальном случае измерение среднего времени пребы­ вания заданного числа заготовок в печи можно опреде­ лить исходя из следующих соображений.

Если Ат —интервал между выдачей двух следующих друг за другом заготовок, то после выдачи k первых за­

Непрерывное измерение среднего времени поступле­ ния заданного числа заготовок может быть реализовано схемой, приведенной на рис. 33.

Конденсаторы С\ и С2 заряжаются от источника ста­ билизированного напряжения и через зарядное сопро­

тивление (і?іН-/?2)- При поступлении на реле Р импульса, фиксирующего

выдачу металла на печи, конденсатор С2 практически мгновенно разряжается через нормально открытый кон­ такт Р на большое разрядное сопротивление. После раз­ ряда С2 вновь подключается к конденсатору Сф В ре­