Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Применение вычислительной техники на металлургическом заводе

..pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
8.82 Mб
Скачать

Дятся на одном полукольце. В это время двигатель Д-32 включен в цепь питания и выходной вал двигателя через редуктор Р вращает рамку выходного преобразователя ПФ-4. Чем меньше угол между контактами / п 2, тем бы­ стрее в среднем вращается рамка ПФ-4.

Входной сигнал интегратора Esx скомпенсирован сигналом обратной связи Е(,.с. преобразователя ПФ-2. Одновременно с компенсацией входного сигнала реверсипнып двигатель РД перемещает подвижный контакт / интегрирующего элемента, так что

dEuus

р

 

 

 

dx

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

т

 

£п:„х (т) = £ в ы

х (0) +

I £

в х (т) dx,

 

 

т„

J

 

 

 

 

о

 

где Евых(0)—начальное

значение

выходного сигнала ин­

тегратора;

 

 

 

 

т„ — постоянная

времени

интегрирования.

Величину £В ых(0) устанавливают рукояткой ручной перестановки РУ, сочлененной с рамкой преобразователя ПФ-4 через фрикционную муфту.

Электромеханический интегратор является реверсив­ ным, т.е. вал двигателя Д-32 вращается в различные сто­ роны в зависимости от фазы входного сигнала £n x. Ре­ верс осуществляется с помощью контакта Я, связанного с валом компенсирующего двигателя. Реверсивный ин­ тегратор более удобен в работе, чем нереверсивный час­ тотный интегратор ИЧС.

Для установки электрического и механического нулей электромеханического интегратора служит кнопка конт­ роля К- При нажатой кнопке контроля угол между кон­ тактами 1 и 2 равен 180°, контакт П разомкнут и двига­ тель Д-32 выключен.

Эксплуатация системы расчетного контроля темпера­ туры с электромеханическим импульсным интегратором показала, что замена интегратора существенно повысила надежность системы и облегчила ее наладку и обслужи­ вание. Среднее время безотказной работы достигло 400 н.

122

2. И С Х О Д Н Ы Е ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ Д А Н Н Ы Е ДЛЯ СИСТЕМЫ РАСЧЕТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Для успешного функционирования системы расчетно­ го контроля температуры слитков необходимы исходные данные—начальная средняя температура металла tcv{0) и постоянная времени нагрева Т. Эти данные могут быть получены аналитически [20] или статистической обра­ боткой материалов производственной практики. Экспе­ рименты, связанные с закладкой в опытные слитки тер­ мопар, слишком трудоемки и могут быть рекомендованы

Rj-i

= U'l/?)r

т

,

R,-(j-t/2ir

 

только для проверки и уточнения выводов, полученных другими методами.

На заводе «Азовсталь» пользуются таблицами осты­ вания слитков после разливки, полученными опытным путем и построенными в виде зависимости между тем­ пературой поверхности слитков /П ов(т) и временем осты­ вания т. В таблицах 9 и 10 приведены параметры нагре­ ваемых слитков и температура их поверхности в процес­ се остывания. Начальная температура в табл. 10 (тем­ пература плавления /П л) рассчитана по приближенной формуле ликвидуса

tna ^ 1530 - 70Сс р °С,

где СС рсреднее содержание углерода в стали, %.

Для определения средней температуры остывающих слитков расчетным путем кривая остывания поверхности слитков была аппроксимирована эмпирическим выра­ жением

'«о M = 'окр -I- Uno« (0) - /окр] е-**" ,

(52)

где /окртемпература окружающей, среды, °С;

Характеристики стальных слитков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Размеры

слиткоп различных

и з л о ж н и ц

 

 

 

 

 

 

Параметры

 

 

Р-10

 

 

Р-9 il Р-12

 

 

 

Ф-2

 

 

 

К - 5 , К - 6 . К-7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Верхнее

основание,

865X770

 

825X720

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижнее

основание,

 

 

 

804X704

 

 

695X630

 

 

680X615

 

 

735 X640

 

680X575

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

685X581

 

 

730X665

 

 

730X665

 

 

Масса

слитка, т . .

9,95

 

 

8,4

 

 

 

7,6

 

 

 

 

7,2

 

 

 

Марка

стали . . .

Спокойная, 0,75% С

Спокойная, 0,75% С

Спокойная, 0,225% С

Кипящая

или полу­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

спокойная,

0,225% С

График остывания стальных слитков после разливки

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Остывание слитков,

°С, п о с л е разливки

при различном пребыва нии слитков

 

Тип

Время

 

 

 

 

 

 

на разливочных т е л е ж к а х

(ч—мин)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изложницы

года

0—00

1—20

1—10

2—00

2—20

10

3-00

3—20 3-40

4—00

4—20

4—40

5—00 5—20 5—40 6 - 00

 

 

 

Р-10'

Лето

+ 2 7

1480

_

_

960

920

885

860

835

810

790

770

755

740

725

 

 

Зима

- 1 2

1480

930

890

855

830

805

780

760

740

725

710

695

 

)

Лето

+27

1480

965

925

890

860

835

810

785

765

745

730

715

700

Р-9, Р-12" J ' Зима

—12

1480

945

905

870

840

815

790

765

745

725

710

695

680

Ф-2

Лето'

+27

1515

920

890

860

835

810

785

765

745

725

710

695

680

665

650

 

 

Зима

— 12 1515

900

870

840

815

790

765

745

725

705

690

675

660

645

630

К-5, К-6 1

Лето

+27

1515

890

850

825

800

780

760

740

720

705

690

675

660

645

630

615

К-7

/

Зима

—12

1515

870

830

805

780

760

740

720

700

685

670

655

640

625

610

595

0,47186
0,41265
К-5, К-6, К-7 Ф-2
0,47485
0,36737
0,41013
0,30556
0,32078
Р-10 Р-9, Р- 12
0,48013
п
л
Тип
изложницы
Т а б л и ц а 11
Значения коэффициентов к и п по типам изложниц

^пов Ф) ~ ^ І І Л '

k, п—постоянные.

Величины k и п для различных типов слитков приве­ дены в табл. 11.

Для расчетов остывания слитков представим слиток прямоугольного сечения в форме эквивалентного ци­ линдра таким образом, чтобы площади сечения реального слитка и его ци­ линдрической модели бы­ ли равны. Тогда радиус эквивалентного цилиндра

R равен для Р-10—0,425 м; для Р-9, Р-12—0,393 м; для Ф-2—0,382 м\ для К-5, К-6, К-7—0,380 м. Для того, чтобы произвес­ ти расчет остывания эк­ вивалентного слитка на ЭЦВМ, разобьем цилиндр

па 10 кольцевых слоев толщиной (рис. 28)

г= R 10

иобозначим температуры металла в центре каждого слоя tj{j=l, 2, 10).

Написав уравнения теплового баланса для каждого слоя, получим

Дт

1

 

2пХ

 

 

j v * ( 2 / - l ) p

 

 

 

 

 

 

Ri

 

 

 

2лХ

 

! = 1,2,...,10,

(53)

 

(ti-ti-i)

 

R!i - i

 

 

 

 

где Аг — приращение

энтальпии металла

за

время Дт,

 

ккал/кг;

 

кг/м3;

 

 

р — плотность стали,

 

 

X— коэффициент

теплопроводности,

ккал/ (м • чХ

 

Хград).

 

 

 

 

Представим выражение (53) в форме, удобной для расчетов на ЭЦВМ:

125

2ХАт

pr3 (2/

где

 

 

 

а.

 

а 0 = 0 (условно);

0,^0,91025; а2=

1,9576; а3 = 2,9720;

04 = 3,9791;

а5 =

4,9831;

с6 = 5,9862;

ог = 6,9877; а 8 =

= 7,9898; а9 =

8,9912; а 1 0

= 19,495.

 

Рис. 2Ü. і—f-днаграмма стали

 

 

Для перехода

от энтальпии

стали і к ее температуре

/ воспользуемся і—/-диаграммой

углеродистой стали

[39]. Для стали

со средним

содержанием углерода

0,225% і—/-диаграмма приведена

на рис. 29.

На этой диаграмме:

 

 

('„=249,67 ккал/кг—энтальпия

 

стали при температуре

начала плавления 1480° С;

 

£к =320,19 ккал/кг — энтальпия

стали при температу­

ре конца плавления 1514° С;

126

іі

интервале

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ = (i f

ÔJ cit

 

 

 

где 52 =

264б,1; c2 =

0,51048;

 

 

 

 

 

 

в

интервале

/ /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/„ — i1

= 82,355

 

ккал

кг;

t =

(/ - j - Д,)

 

 

 

 

 

Дх

4,8900;

Ьх

-

5,8072;

 

 

в

интервале

// /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

іѵ •— /2

= 37,695

 

ккал'кг;

 

I = (і •{- А.,) /А,;

 

 

 

 

 

Д3 = 21,165;

63

=

5,3058;

 

 

в

интервале

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h — h — 29,232

шал/кг;

 

t =

(i - j -

Аз) ^л;

 

 

 

 

 

А3 =

104,24;

&з= 3,4209;

 

 

в

интервале V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ =

(і +

А4 4 ;

Д4 = 27,989;

ô4 =

5,4530.

 

Таким образом, і—/-диаграмма

представлена

в виде

суммы

прямолинейных

 

отрезков,

аппроксимирующих за­

висимость

между і

и /

в узком

интервале температур,

где эту зависимость

можно считать линейной. Аналогич­

ные зависимости можно

построить

для других

марок

стали.

В частности, для Ст.Зкп

С р=0,18%):

/ к =

=

321,43; *к =1517°С;"іп=252,0; ô2 =3336,6; с2 = 0,41481;

t,i—i"i = 84,313; Д, = 4,8720; Ь1 = =5,7951;

і,—to = 38,136;

Д2 =22,992; Ь2 =5,2444; і2і3=29,246;

Д 3

= 104,42; Ья =

=

3,4193; Д 4 =28,081; Ь4 = 5,4522.

рассчитать на ЭЦВМ

 

Эти данные дают возможность

процесс кристаллизации и остывания слитков после раз­ ливки.

Для

определения средней

энтальпии

стали служит

выражение

 

 

 

 

 

 

*ср =

0,01 S

( 2 / - l ) t / .

 

 

 

 

/=о

 

 

а переход от / с р

к / с р

можно

осуществить

по і—/-диаг­

рамме.

 

 

 

 

 

Для

слитков

Ст. 3 кп в изложницах К-5 расчет, про­

веденный при 2ЯДт/рг2 =2-26-0,005/(7500-0.0382 ) =0,024;

127

Т а б л и un 12

Результаты расчета

Время, ч

 

/ с р ( х ) .

Время, ч

<пов<т >'°с

/ с р ( т ), °С

0,5

1056

1494

3,5

723

852

1,0

950

1375

4,0

696

797

1,5

881

1224

4,5

673

766

2,0

829

1100

5,0

652

739

2,5

788

997

6,0

615

693

3,0

753

918

7,0

583

638

я=0,36737; к=0,47186; ^ п л — г ! о к р = 1510° С; * O K P = 7 , 5 ° C , дал результаты, показанные в табл. 12.

Аналогичные расчеты могут быть проведены для дру­

гих практических случаев,

в результате чего получится

зависимость между ^пов(т) и tcp (т) остывающих

слитков

или график изменения tCp(x)

во времени. Однако

расчет

температуры остывающих слитков на ЭЦВМ не являет­ ся абсолютно точным, поэтому желательно провести со­ поставление результатов расчета с данными производ­ ственной практики. Кривую остывания слитков, постро­ енную в координатах время — температура поверхности, можно перестроить в кривую остывания, построенную в координатах температура поверхности—средняя тем­ пература или время — средняя температура. Для этой цели в производственной практике целесообразно при­ менять комбинированный экспериментально-аналитиче­

ский метод,

основные положения

которого заключают­

ся в следующем. В зависимости

от

начальной средней

температуры

нагреваемых слитков в

колодце требуется

затратить большее или меньшее количество тепла на их нагрев до требуемой конечной температуры перед выда­ чей на прокатный стаи.

Рассмотрим тепловой баланс колодца и выделим ту часть тепла, которая может быть использована для на­

грева

металла.

Общее количество израсходованного

за

период

нагрева

газа Qs складывается из количества

газа, пошедшего на покрытие потерь холостого хода

Qx .s ,

потерь тепла через открытую крышку колодца при выда­ че и посадке слитков Q n и «активного» [40] топлива Qa , используемого для нагрева металла:

128

Qs = Qx.x - I - Q„ - I - Q,

Обозначим расход газа холостого хода ячейки колод­ ца Ѵх.х и длительность нагрева тн -

Тогда

<Эа = Qs — Qn Vx.x Т„ M3.

При иагреве в колодце металла с начальной средней температурой, равной необходимой конечной средней

 

7

 

в

 

9

(0

Время

 

Рис.

30. График

нагрева

слитков в нагревательном

колодце (V —

расход

газа;

/ д — температура рабочего

пространства колодца)

 

температуре нагрева

Ь^{хч),

активное топливо не требу­

ется

( Q a = 0 ) ,

так как запас тепла в слитке достаточен

для

прокатки,

хотя

распределение температуры

по се­

чению

слитка

весьма

неравномерно.

 

 

 

Расход газа холостого хода и величину потерьнетруд-

но определить

при изучении теплового

режима

пустой

ячейки колодца во время

ее горячих

простоев или при

спуске жидкого шлака. Так, в колодцах завода «Азов-

сталь» 1/х .х=1400

мгІч и Q n « 8

0

0 м3.

слитков

На рис. 30 приведен график

нагрева десяти

Ст. 3 кп, отлитых

в изложницы

 

К-5 и имеющих

началь-

9-827

129

иую температуру

поверхности (по

табл.10)

/Пов (0) =

=

660°С. За

время нагрева (тп = 3,33 ч) израсходовано

Q s

=9750 м5

газа,

следовательно,

количество

активно­

го топлива для данного нагрева

Qa = 9750 — 800— 1400-3,33 = 4300 м3.

Аналогичные расчеты были выполнены для большого числа нагревов десяти слитков (в изложницах К-5) при

0„Л

юо

50

О

200

400

600

600

ІООО

 

Начальная температура пооерхности слитпоо t„og(0),

°С

Рис. 31.

Зависимость м е ж д у

расходом активного топлива

и

началь­

ной температурой поверхности нагреваемых слитков

 

 

различной

начальной

температуре

поверхности — от 20

до 900° С.

После усреднения данных методами

матема­

тической статистики установлено, что для нагрева холод­ ных слитков [^пов(О) = 0 ° С ] требуется активного топлива Qa =9900 м3. Это количество активного топлива приня­ ли за 100%, и тогда кривая зависимости между необхо­ димым количеством активного топлива (в относительных единицах) и начальной температурой поверхности слит­ ков приобрела форму, показанную на рис. 31.

В работе [39] приведены рекомендуемые температу­ ры нагрева углеродистых сталей перед прокаткой в за­ висимости от содержания углерода. В частности, сталь

марки

Ст. 3 кп (0,14—0,22% С) должна иметь темпера­

туру нагрева іср(т:п)

= 1260°С. Из рис. 31 следует, что

нагрев

слитков с іПОл

( 0 ) = 9 7 0 ° С не требует затрат ак-

130

 

тивного топлива, так что слитки с такой температурой поверхности имеют, очевидно, среднюю температуру, до­ статочную для нормальной прокатки металла на стане, т.е. 1260°С. Таким образом, установлена одна из точек

зависимости

между

tnOD(0) и

tcp (0). Вторая точка

^ср ( 0 ) = 0 ° С

при tn0B

( 0 ) = 0 ° С

находится просто. Для

нахождения промежуточных точек искомой зависимости

поступим следующим

образом.

 

При температуре / С р ( Т п ) = 1260° С сталь

марки Ст.

3 кп имеет энтальпию

іі2бо=212,5 ккал/кг.

Если сталь

марки Ст. Зкп необходимо нагревать от г'ср ( 0 ) = 0 ° С до

^ср(Тц) == 1260° С, то приращение

энтальпии

стали соста­

вит

 

 

 

 

^'о—1260= f 'i'Go'о = 212,5 — 0 = 212,5

ккал/кг.

Точно так же можно найти:

 

 

 

Чоо-ігоо = 'ігоо 'БОО =

2 1 2 ' 5

6 3 > 6 =

І 4 8 > 9

ккал.'кг,

^'іюо—1260 ™ 'і2бо

г'поо ~

212,5

185,5 =

= 27,0 ккал,'кг и т. д. Примем Л/'о-і2бо за 100%, тогда:

Д ' 5 0 0 - 1 2 6 0

= 70%,

Л / п о о - 1 2 ; і °

= 12,7%

и т. д.

 

—1260

 

 

—1260

 

 

 

 

 

 

 

 

А (^

j 2QQ

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость

 

= / [ ^ с р ( 0 ) ]

приведена на рис. 32.

 

 

Д І О 1260

 

 

 

 

 

 

 

По графикам рис.31 и 32 можно найти искомую за­

висимость

между ^ср(О)

и г'пов(О), так как относительное

количество

израсходованного

активного

топлива Qa

(рис.31) можно считать равным

относительному

прира­

щению энтальпии металла Аі«-і2бо/Аіо-і2бо

(рис. 32). На­

пример, 75% на оси ординат соответствуют

температу­

ры: г Д О в ( 0 ) = 4 2 0 ° С

(рис.31)

и * с р ( 0 ) = 4 3 0 о С

(рис.32);

50%— / П О В ( 0 ) = 6 2 5 ° С и UP ( 0 ) = 7 2 0 ° С

и т.д.

 

 

Зависимость

между

^пов (0) и tcp

(0)

(кипящая

сталь

в изложницах К-5), полученная

таким

методом,

приве­

дена на рис. 33. На том же рисунке

точками

показаны

результаты расчетов средней

температуры на ЭЦВМ по

описанной выше методике. Удовлетворительное совпаде­

ние результатов расчетов двумя

способами свидетель­

ствует о надежности найденной

зависимости между

9*

131

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ