Файл: Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали.pdf

Определение заданной температуры в зонах печи

щихся параметров садки и темпа прокатки при управ­ лении температурным режимом печи можно осуществить двумя путями.

1. Рассчитать заранее для каждой конкретной печи заданные значения температуры и, записав эти значе­ ния в каком-либо программном устройстве, воспроизво­ дить их как задания отдельным регуляторам температу­ ры при поступлении в зону соответствующих заготовок. Однако этот метод громоздок, так как, не говоря уже о значительном количестве марок и размеров нагревае­ мых заготовок, в программное устройство следует запи­ сать возможные варианты следования различных пар­ тий заготовок друг за другом с учетом средней скорости поворота пода.

2. Непрерывно при движении металла через печь рассчитывать нагрев металла и определенные заданные значения температуры передавать на регуляторы. Этот путь, естественно, более рациональный. Для решения указанной задачи можно применить дискретные или ана­ логовые вычислительные устройства.

Для моделирования процесса нагрева металла не­ обходимо определить динамические характеристики это­ го процесса.

Как известно, процесс нагрева металла в динамичес­ ком аспекте можно рассматривать как звено с самовыравниванием, которое в зависимости от сложности ха­ рактеризуется рядом постоянных времени. При поступ­ лении металла в любую зону печи скачкообразно изме­ няется температура греющей среды и скачкообразно изменяются условия нагрева металла. Весь нагрев ме­ талла в печи можно, таким образом, рассматривать как суперпозицию температур зон.

Определим переходный процесс, возникающий при нагреве металла. Для этого построим зависимости тем­ пературы поверхности и средней по массе темпера­ туры отдельно лежащей заготовки от времени нагре­ ва для различных температур печи и параметров за­ готовки.

Кривые нагрева металла в печи приведены на рис. 49. При расчетах для зоны подогрева взят диапазон

820° С</'печмі<^1200° С, а для зоны нагрева 1255°С -<

< / псчи2<1350°С.

Для определения постоянных времени кривых нагре­ ва опишем их дифференциальными уравнениями, вос­ пользовавшись методом М. Симою. Дифференциальные

і,Т

уравнения кривых нагрева для температуры поверхно­ сти и средней по массе температуры для заготовок ста­ ли 20 при = 0,085 м и предельных значениях tn имеют следующие характеристические полиномы:

а) зона подогрева:

Как видно из приведенных уравнений, коэффициенты при производных второго порядка и выше значительно меньше коэффициента при первой производной, поэтому производными высоких порядков в дальнейших расче­ тах можно пренебречь.

Рис. 50

Схема модели

Таким образом, процесс нагрева можно представить инерционным звеном первого порядка:

а) зона подогрева:

На рис. 50 изображена схема модели процесса на­ грева металла в зоне подогрева и зоне нагрева, кото­ рая позволяет определить температуру поверхности за­ готовки и среднюю по массе температуру заготовок при заданных значениях tn и времени пребывания заготовок

всоответствующих зонах.

Вприведенной схеме, используя начальные условия, устанавливаем м(/, /), где 0<7<Х, 0<Т < 7\ Затем, при­ меняя делитель, находим величину напряжения, адек­ ватную заданной в зоне температур. Апериодические звенья, набранные при помощи решающих усилителей

Ѵ-3 и V-5, моделируют процесс нагрева середины заго­

температуры нагрева металла на данном участке, пере­ давать затем это значение на последующий участок, где оно явится начальным условием, соответствующим это­ му участку. Последовательная передача напряжений

в такой схеме модели будет адекватна продвижению за­ готовки при нагреве в кольцевой печи. Для моделирова­ ния системы можно использовать управляемые аперио­ дические звенья [78].

Для решения задачи собрана схема (рис. 51), вклю­ чающая решающие блоки модели ЛМУ-1 и специальную приставку для управления работой апериодических звеньев. Представленная схема в равной степени при­ годна для моделирования процесса нагрева как поверх­ ности, так и середины заготовки.

Напряжения, поступающие от потенциометров на­ чальных условий НУ1—НУ.4, подаются на вход усили­ телей У1, У5, У9, У13. С помощью этих усилителей и де­ лителей напряжения Д\, Д 4, Д^ и Дю устанавливается

напряжение, соответствующее заданной температуре в данной зоне.

Реле и контактная система обеспечивают последова­ тельную передачу сигналов, имитирующих температуру заготовки, после окончания нагрева ее в данной зоне. Работой контактов управляют реле PI, Р2, РЗ и Р4.

В цепь каждого реле включен пентод, запертый отрица­ тельным сеточным смещением. Вход пентода подключен к выходу апериодического звена. Увеличивающееся по­ ложительное напряжение с выхода апериодического зве­ на постепенно компенсирует отрицательное сеточное смещение пентода. В момент отпирания пентода реле, включенное в цепь этого пентода, срабатывает и пере­ водит свою группу контактов в противоположное состо­ яние. В результате этого начинает работать цепь, ими­ тирующая работу следующей зоны нагрева и т. д.

Таким образом, время поступления данного началь­ ного условия и напряжения, характеризующего нагрев металла в предыдущей зоне, определяется временем, в течение которого напряжение на выходе предыдущего апериодического звена изменится до величины, равной напряжению отпирания пентода.

Результаты моделирования процесса нагрева метал­ ла в зонах подогрева и нагрева хорошо согласуются с расчетными данными. В зоне подогрева максимальное отклонение tn от расчетных не превышает 20 град, а в

степени зависит от средней теплопроводности металла на участке. По приблизительным расчетам уменьшение коэффициента теплопроводности (А.) в среднем в 0,93 раза, что соответствует увеличению содержания угле­ рода на 15% (марка заготовки — сталь 45), приводит

кувеличению постоянной времени в 1,07 раза.

Врезультате моделирования получены графики за­

висимости R) в зоне подогрева (рис. 52, а) и tnii==f (т, R) при ^ніі= 750°С в зоне нагрева (рис. 52,6).

При сравнении кривых с расчетными данными обна­ руживается, что изменение конечной температуры на Л*ніі=50 град (для 7? = 0,085) приводит к изменению температуры печи на А^п= 2 5 град и в то же время к из­

Таким образом, переход от одного режима к друго­ му в зоне подогрева можно осуществлять изменением tn на — 12,5 град. В этом случае конечная температура поверхности средней по массе заготовки в данной зоне будет отличаться на ~ 2 5 град. Для зоны нагрева пе­