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

Выбор закона регулирования для такого рода объек­ тов не представляет трудности.

Сжигание топлива характеризуется или анализом продуктов сгорания, или температурой факела. В коль­ цевых печах осуществить анализ продуктов сгорания воз­ можно только на участках зоны выдержки (при положи­ тельном давлении на уровне пода), так как в любой дру­ гой зоне продукты сгорания содержат отходящие газы не только этой, но и соседней с ней зоны, поэтому ис­ пользование импульса по анализу газов в системе управ­

таким образом температура наиболее полно характери­ зует результат сгорания в кольцевых печах. В этом слу­ чае меньше сказываются помехи (измерить непосредст­ венно температуру факела без существенных помех все еще затруднителы-^.

Экстремальные зависимости температуры от коэффи­ циента избытка воздуха определены на всех участках горения при различных производительностях печи и раз­ личных расходах топлива. На рис. 9 приведены экспери­ ментальные экстремальные зависимости для двух участ­ ков горения, снятые на кольцевой печи агрегата 250-1 АзТЗ, при разных производительностях. Как видно из приведенных кривых, смещение коэффициента избытка воздуха, при котором достигается экстремальная темпе­ ратура на участке, говорит о том, что экстремальное ре­ гулирование в этих условиях наиболее эффективно.

Кроме статических характеристик, определены и ди­ намические характеристики объектов управления режн-

жет потерять свои преимущества, если не будет поддер­ живаться постоянство времени транспорта металла от каждой печи к стану [31].

Размеры теплопотерь и перераспределение темпера­ туры на поверхности и внутри металла могут быть оп­ ределены решением уравнений теплопроводности при ус­ ловии изотермического охлаждения на воздухе [32]

где At— перепад температур между поверхностью ме­ талла и окружающей средой.

Для малых перепадов температур Д^*=100 град ве­ личины а и X могут быть приняты постоянными. Величи­ на теплопотерь стенки размером yz2S за время t от на­ чала охлаждения определяется выражением

где t— время;

25 — толщина металла;

Значения функции , hS^ даются в виде графи­

ков [32]. Величину начальных теплопотерь без учета кон­ векции можно определить по закону излучения

Если пренебречь величиной члена ^ ^ - j4 в уравне­

нии (П-4), то, как это предлагает Бровман [33], время, в течение которого температура металла изменится на величину А Т = Т 1—Т2, можно определить из выражения

FK— поверхность металла.

Для узкого диапазона перепадов температуры, огра­

жением k(T 1—Гг), где k в указанном диапазоне темпе­ ратур составит величину Æ =0,6-10-3 град _1, а выраже­

Расчеты, проведенные по этой упрощенной формуле, с достаточной для практических целей степенью точно­ сти дают возможность определять величину поправки, вводимой в задание системы автоматического управле­ ния тепловым режимом, если известны время транспорта (*), а также FJm нагреваемого сляба.

Если учесть, что скорость транспорта слябов по роль­ гангам не превышает для горячей стороны печей 1— 1,5 м/сек, а межосевое расстояние составляет 10—30 м, то становится ясным, что перепады темпер'атур вследст­ вие разного времени транспорта могут достигать у пер­ вой клети десятков градусов.

Еще более важным представляется фактор, отрица­ тельно сказывающийся на результатах прокатки, — пере­ менное время пролеживания слябов перед первой клетью стана.

Для определения момента выдачи металла из печи на линии рольгангов участка стан—печь выбирают конт­ рольную точку, максимальное время транспортировки до которой равно минимальному времени цикла прокат­ ки, так как расстояние от нее до наиболее удаленной пе­ чи равно

^1=,^тіп.ц

Когда время прокатки Тфакт.ц совпадает с минималь­ ным, сигнал на выдачу металла из самой удаленной от стана печи выдается в момент прохождения сляба через контрольную точку. Если цикл проката превышает Ттіп.ц, то выдача металла из той же печи осуществляется через интервал

Дт = гФакт— т . цикл mm

после прохождения сляба через контрольную точку, а для остальных печей команда на выдачу подается с выдерж­ кой времени, равной времени транспорта между ними.

Таким образом, к печам последовательно с интерва­ лом, равным времени транспорта между ними, поступа­ ют сигналы о выдаче очередной заготовки, чем обеспечи­ вается неизменность времени нахождения металла на рольгангах каждой из заготовок, выданных печью.

При решении задач оптимизации температурного ре­ жима методических печей в систему управления необхо­ димо вводить корректирующий импульс, учитывающий время транспорта в функции отношения поверхности сля­ ба к его массе.

Для нормального функционирования системы управ­ ления необходимо автоматическое поддержание постоян­ ства времени транспорта металла от печей к прокатным клетям.

Известно, что процесс выравнивания температуры по сечению заготовки, нагреваемой в методической печи (томление), занимает около 30% общего времени пребы­ вания заготовки в печи, и поэтому сохранение результа­ тов нагрева сляба перед подачей его в стан очень важ­ но. Вместе с тем на станах, оборудованных несколькими печами, задание регуляторам температуры металла, как правило, дается без поправки на расстояние между пе­ чью и станом; это нарушает нормальную работу прокат­ ного стана и приводит к потере производительности. От­ сутствие учета времени транспортирования металла от печи к стану и необоснованные задержки слябов на роль­ ганге могут свести на нет усилия по получению оптималь­ ного распределения температуры по сечению сляба при выдаче его из печи.

Полученные на ЦВМ М-220 результаты исследования процесса охлаждения слябов после выдачи металла из печи подтверждают факт серьезного изменения конфигу­

рации теплового поля в металле за время транспортиро­ вания металла по рольгангу.

На рис. 10, а и б приведены результаты моделирова­ ния процесса охлаждения слябов площадью сечения 0,15X0,66 м2 марки Ст.З (рис. 10, а) и 0,3X0,66 м2 марки сталь 40 (рис. 10, б).

Рис. 10

Результаты моделирования процесса охлаждения слябов: п — сляб толщиной 150 м м ; б — то же, 300 м м

Из рис. 10, а и б видна деформация кривой распреде­ ления температуры по сечению во времени. Необходимо отметить резкое возрастание перепада температур сере­ дины и поверхности слябов. Если перепад температур середины и поверхности при выдаче из печи не превы­ шает 10—15 град, то уже через 1 мин перепад достигает 40—80 град. Охлаждение моделировалось в интервале времени 0—120 сек, так как практически при более дли­ тельном остывании температура заготовок падает до не­ допустимых величин, нарушающих нормальные условия проката.

В табл. 4 даны значения некоторых характерных по­ казателей охлаждения.

ТАБЛИЦА 4

Средняя скорость изменения температуры слябов за 1,5 мин

*Для двух разных сеченніі.

Остепени влияния стабилизации температуры сля­ бов, подаваемых в клеть «трио» листопрокатного стана 2300 Донецкого металлургического завода (ДМ3), мож­ но судить по данным, приведенным в табл. 5, составлен­ ной по результатам опытов.

На стане 2300 ДМ3 имеются три методические печи, причем время транспортировки и ожидания слябов перед их прокаткой по принятой на заводе схеме различно.

В автоматическом режиме слябы выдавались по од­ ному; момент выдачи выбирался таким образом, чтобы независимо от номера печи сляб после подхода к клети немедленно забирался в стан.

Для получения представительных результатов и для возможности сравнения каждую партию участвовавших

в эксперименте слябов делили на две равные части, од­ ну из которых выдавал оператор, а другая выдавалась автоматически, причем число проходов при прокатке сохранялось неизменным.

ТАБЛИЦА 5

Сравнение результатов управления подачей слябов оператором и системой управления

Из рассмотрения табл. 5 видно существенное (на 5%) повышение производительности стана, что обусловлено четкой организацией выдачи металла из печи, обеспёчившей снижение потерь тепла и сохранение первоначально­ го распределения температуры заготовок. Основной при­ чиной повышения производительности является улучше­ ние условий захвата в первых проходах.

Из изложенного выше становится ясной важность со­ кращения времени остывания слябов после выдачи их из печи, а также важность изучения вопроса об опти­ мальном распределении температур по сечению металла в момент подачи его в клеть.

Г л а в а III

УПРАВЛЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ПЕЧАМИ КАК ОБЪЕКТАМИ

СПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Вглаве рассмотрены вопросы управления тепловым режимом нагревательных печей в условиях переменного йоб! приведены результаты исследований по целесообраз­ ности применения систем с переменной структурой; во­ просы адаптации в классе систем с переменной структу­

рой, а также обоснована целесообразность применения централизованных систем с вероятностным выбором объ­ екта управления.

1. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОГО ko6

Вопросам изучения печей как объектов управления большое внимание уделено в совместных работах ПКИ «Автоматпром» и ЦПКБ Министерства приборострое­ ния, средств автоматизации и систем управления СССР,

в частности, определены диапазоны изменения динами­ ческих параметров печей (б0б; 1\ Ѳ) при различных ре­ жимных нагрузках объекта и моделированием найдены области устойчивости при различных настройках и за­ конах регулирования.

Иследования показали, что тривиальный подход к вы­ бору регулирующих средств с линейными законами регу­ лирования П, ПИ и ПИД приводит в ряде случаев (когда б0б меняется в широких пределах) к потере качества ре­ гулирования. Как это будет показано ниже, возникает необходимость создания самонастранвающихися, адап­ тивных регулирующих устройств или же в случае отсут­ ствия таковых разработки средств, позволяющих непре­ рывно подстраивать коэффициенты передач линейных ре­ гуляторов бр к изменяющимся коэффициентам передачи объекта б0б.

Представляется целесообразным рассмотреть вопрос об автоматическом изменении внутренних динамических свойств регулирующих устройств и их подстройке к не­ прерывно изменяющимся параметрам объекта регулиро­ вания, т. е. возникает проблема самонастройки и адап­ тации регулирующих устройств при переходе от одного задания к другому. В последующих главах серьезное внимание уделено изучению нагревательных печей как объектов с переменной структурой и проблеме разработ­ ки адаптивных систем управления нагревом металла.

Как известно, качество регулирования в замкнутой системе определяется характером переходного процесса. Чтобы получить переходный процесс, отвечающий требо­ ваниям технологического режима, необходимо обеспе­ чить определенные динамические свойства системе регу­ лирования, состоящей из объекта и регулятора.