Введение к работе
Актуальность темы. Отливка заготовок для прокатных переделов на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в настоящее время является неотъемлемой частью технологического цикла металлургического производства. Одним из основных факторов, определяющих производительность МНЛЗ, является коэффициент её использования. Повышение значения коэффициента использования МНЛЗ прямо связано с сокращением времени простоев машины на выполнение ремонтных работ по устранению последствий аварий по причине прорывов жидкого металла из-за «приваривания» участка корочки слитка к стенкам кристаллизатора (зависания корочки слитка).
С целью предотвращения прорывов жидкого металла на современных МНЛЗ применяются системы, в которых по характеру изменения значений температур участков медных стенок кристаллизатора диагностируется зависание корочки слитка в кристаллизаторе.
В случае выявления системой диагностирования зависания корочки слитка технологический персонал в ручном режиме выполняет управление электроприводами основных механизмов МНЛЗ с целью предотвращения прорыва жидкого металла. При этом по причине субъективных ошибок технологического персонала имеют место прорывы жидкого металла.
Анализ действующих систем диагностирования зависания корочки слитка и существующих систем управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ выявил следующие проблемы: отсутствуют конкретные технологические требования к системе управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ с позиций автоматического предотвращения прорывов жидкого металла; системы управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ построены без возможности предотвращения прорыва жидкого металла в автоматическом режиме; системы диагностирования не обеспечивают достаточную достоверность диагнозов о зависании корочки слитка в кристаллизаторе.
Создание системы автоматического взаимно-согласованного управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ на основе новой, более достоверной системы диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе позволит эффективно предотвращать прорывы жидкого металла, сократить время простоя машины на выполнение ремонтных работ и, как следствие, повысить производительность МНЛЗ.
Цель работы. Разработка системы автоматического взаимно-согласованного управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ, обеспечивающей увеличение производительности машины за счет предотвращения прорывов жидкого металла по причине зависания корочки слитка в кристаллизаторе.
Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:
анализа известных технологических требований к электроприводам основных механизмов МНЛЗ, а именно, тянущих роликов тянуще-правильного устройства (ТПУ), механизма качания кристаллизатора, стопорного механизма промежуточного ковша с позиций предотвращения прорыва жидкого металла и возможностей их реализации существующими схемами электроприводов;
анализа существующих способов диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе и оценки достоверности диагностической информации используемой на российских МНЛЗ системы «Термовизор»;
статистического анализа временных диаграмм изменения температур участков медных стенок кристаллизатора в нормальном режиме разливки стали и при зависании корочки слитка;
создания математической модели распределения по периметру кристаллизатора мгновенных значений температур участков его медных стенок;
определения диагностических признаков зависания корочки слитка в характере изменения температур участков медных стенок кристаллизатора;
разработки новых методики и алгоритма диагностирования зависания корочки слитка по характеру изменения температур участков медных стенок кристаллизатора;
разработки новых технологических требований к системе управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ с позиций предотвращения прорывов жидкого металла;
разработки функциональной схемы и алгоритма системы управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ, обеспечивающих предотвращение прорывов жидкого металла при зависании корочки слитка в кристаллизаторе;
экспериментальной оценки эффективности предлагаемых методик и технических решений на действующих МНЛЗ.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических и дифференциальных уравнений, методов интерполяции и триангуляции данных. Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электроприводов тянущих роликов ТПУ, электроприводов механизмов качания и электроприводов стопорных механизмов промежуточных ковшей МНЛЗ №1-5 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»).
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достоверностью диагнозов о зависании корочки слитка, полученных в результате опытно-промышленной эксплуатации внедренной системы технического диагностирования на МНЛЗ №1,5 ОАО «ММК», а также сопоставлением теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований на действующих МНЛЗ ОАО «ММК».
К защите представляются следующие основные положения:
Результаты анализа известных технологических требований к электроприводам тянущих роликов ТПУ, механизма качания кристаллизатора и стопорного механизма промежуточного ковша с позиций предотвращения прорыва жидкого металла и возможностей их реализации существующими схемами электроприводов.
Результаты статистического анализа временных диаграмм изменения температур участков медных стенок кристаллизатора в рабочем режиме разливки стали и при зависании корочки слитка. Диагностические признаки зависания корочки слитка, основанные на дифференциальном и регрессионном анализе временных диаграмм изменения температур участков медных стенок кристаллизатора.
Методика, технические решения и алгоритм диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе, обеспечивающие высокую достоверность диагнозов.
Конкретные технологические требования к системе управления электроприводами тянущих роликов, механизма качания кристаллизатора и стопорного механизма промежуточного ковша с позиций автоматического предотвращения прорыва жидкого металла.
Система управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ, обеспечивающая предотвращение прорыва жидкого металла посредством целесообразного взаимно-согласованного управления электроприводами тянущих роликов, механизма качания кристаллизатора и стопорного механизма промежуточного ковша при получении диагноза о зависании корочки слитка в кристаллизаторе от системы диагностирования.
6. Алгоритм управления электроприводами основных механизмов
МНЛЗ с учетом технологических особенностей разливки стали на МНЛЗ.
7. Результаты опытно-промышленной эксплуатации предлагаемых ме
тодик и технических решений на действующих МНЛЗ №1,5 ОАО «ММК» и
оценки их эффективности.
Научная новизна:
Разработаны конкретные технологические требования к системе управления электроприводами тянущих роликов ТПУ, механизма качания кристаллизатора и стопорного механизма промежуточного ковша с позиций предотвращения прорывов жидкого металла по причине зависания корочки слитка в кристаллизаторе.
Определены диагностические признаки зависания корочки слитка в кристаллизаторе по характеру изменения температур участков его медных стенок.
Разработана функциональная схема системы управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ. Отличительной особенностью схемы является наличие в структуре системы блока управления электроприводами и диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе.
4. Разработан алгоритм управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ, реализующий изменение режимов работы электроприводов в соответствии с технологическими требованиями.
Практическая значимость работы. Разработанная система управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ на базе новой системы диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе позволяет в автоматическом режиме предотвратить прорывы жидкого металла под кристаллизатором.
Установлено, что функциональная схема системы диагностирования «Термовизор» применима для реализации разработанной программы диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе.
Результаты диссертационной работы переданы ОАО «ММК» и приняты к внедрению в ходе проводимой ОАО «Уралмаш» реконструкции действующих МНЛЗ. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной системы управления электроприводами основных механизмов на МНЛЗ №1 ОАО «ММК» составляет 1,14 млн. руб.
Реализация работы. Экспериментально подтверждена эффективность методики и алгоритма диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе. Алгоритм диагностирования зависания корочки слитка в кристаллизаторе реализован на действующем оборудовании системы сбора данных температур участков медных стенок кристаллизатора МНЛЗ №1,5 ОАО «ММК» и внедрен в опытно-промышленную эксплуатацию. За время опытной эксплуатации на МНЛЗ №1 и №5 выявлено 18 и 26 зависаний корочки слитка соответственно, что позволило предотвратить прорывы жидкого металла.
По экспериментальным данным 125 случаев зависания корочки слитка в кристаллизаторе МНЛЗ №1-5 ОАО «ММК» (г. Магнитогорск), МНЛЗ №2 ОАО «Северсталь» (г. Череповец), МНЛЗ №1 ОАО «АМЗ» (г. Аша) доказана эффективность алгоритма управления электроприводами основных механизмов МНЛЗ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: III Международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2010 г.); IV Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2009 г.); III конгрессе металлургов Урала «Металлургия стали. Проблемы и решения» (г. Челябинск, 2008 г.); 66-ой, 67-ой, 68-ой научно-технических конференциях (г. Магнитогорск, 2008, 2009, 2010 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных трудах, в том числе 1 статья в рецензируемом издании из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 51 наименования. Работа изложена на 132 страницах, содержит 41 рисунок, 10 таблиц и 3 приложения.
Похожие диссертации на Совершенствование системы управления электроприводами основных механизмов машины непрерывного литья заготовок
