ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 124
Скачиваний: 0
/^ = т)— распределение температуры по толщине х, O -^x^S* заготовки с номером і в мо мент времени т.
Уравнение (Ѵ-42) дополняется граничными условия ми, объединяющими лучистый и конвективный тепло обмен:
■к — |
,=0 = |
|
1[*э. <У>*) + 273]* - |
[<і, (0, г) + 273]4 j + |
|
||||||
|
дх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ а і рзі (у>т) ~ |
tL (°>т)] ; |
|
|
|
|
(ѵ-43) |
|||||
я-^ |
_ |
, = <Ч['з2(У, *) 4- 273]-1— ß ( S 'f т)+273]4}+ |
|
|
|||||||
дх |
x = S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ а2[^32 (У>Т) — *£ і5'. т)]; |
|
|
|
|
(V-44) |
||||||
( 0 < y < L , |
0 < х < 7 \ |
уі е=у), |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
t31 (у, |
х) и t32 (у, |
х) — соответственно |
функции |
рас |
|||||
|
|
|
|
|
пределения |
температуры |
в |
||||
|
|
|
|
|
верхних и нижних зонах печи; |
||||||
|
|
|
|
|
у — координата |
(по |
длине |
печи) |
|||
|
|
|
|
|
того |
места, |
где |
лежит |
і-тый |
||
|
|
|
|
|
сляб; у —0 для г=0; |
|
|
||||
*1 = |
О і ( У ) > а 2 = СТ2 ( У ) , |
|
|
|
коэффициент |
||||||
а2 = а а (у), |
(у) — соответственно |
||||||||||
|
|
|
|
|
лучистого (сг) и конвективного |
||||||
|
|
|
|
|
(а) |
теплообмена сверху |
(1) |
||||
|
|
|
|
|
и снизу |
(2). |
|
|
|
|
|
Коэффициенты температуропроводности и теплопро водности зависят не только от марки стали, но также от температуры металла. Эти зависимости были аппрокси мированы кусочно-линейными функциями.
Распределение температуры верхней и нижней грею щей среды вдоль длины печи также было аппроксимиро
вано |
непрерывными кусочно-линейными функциями |
^зі = |
^ і (у) и t32= tz 2 (y)- Для иллюстрации того, как раз |
делена печь на участки (в пределах которых действует один закон изменения температуры греющей среды по длине печи) и по какой формуле на модели вычисляются температуры ^зі = ^зі(#) и ts2 — h 2 (y) в зависимости от У (0 < i/-<L), рассмотрим модель печи (рис. 58). На этом рисунке t3, t\, ^ — соответственно температуры, изме
ренные термопарами в томильной, во второй (по ходу
продвижения заготовок) |
сварочной, |
нижней и в первой |
|
сварочной зоне реальной |
печи; tfc |
и |
— температуры |
поверхности металла в начале первой и второй свароч ных зон на модели печи. Указанного на рис. 58 спада на кривой t3l(y) на расстоянии у — 13 м от конца печи при
Схема аппроксимации коэффициента лучистого теплообмена по длине печи кусочно-постоянными функциями
реальных значениях температур t\, t\, i конечно, мо жет и не быть.
На этом рисунке изображен также продольный раз рез печи и показано, где в зонах установлены термо пары.
Коэффициенты лучистого теплообмена зависят от вы соты свода и от степени черноты металла [6]. Аппрокси мируем эти зависимости вдоль длины печи кусочно-по стоянными функциями оі = аі{у) и а2= а 2(г/). Глиссажные трубы уменьшают поверхность нагрева снизу и охлаждают заготовки. Их влияние учитывается умень шением значений а2 и а 2 по сравнению со значениями ai
й ai. Рассмотрим, какое количество параметров входит
воператор Fі при выбранной его структуре и как опреде ляются значения этих параметров. Координаты у, (0
■<#■</.) точек излома кривых hi = hi(y) и ^32= ^32(у) и точек разрыва кривых Оі= схі(г/) и 0 2 = 0 2 (у) можно считать заданными конструкцией печи.
При повышенных скоростях движения газа у поверх ности нагреваемых изделий доля тепла, передаваемого металлу конвекцией, может быть существенной и, следо вательно, пренебречь конвективной составляющей тепло обмена (т. е. принять а = 0) нельзя. Но учитывая, что доля тепла, передаваемого металлу конвекцией, гораздо меньше, чем передаваемого излучением, считаем, что аг(у) =const, (/= 1 , 2). Значения этого коэффициента можно выбрать на основе данных, приведенных в рабо те [85].
Итак, остается выбрать значения коэффициента лу чистого теплообмена на разных участках по длине печи. Для определения значений этого параметра можно в принципе организовать какую-либо систематическую процедуру, которая на основе экспериментальных дан ных помогла бы найти в некотором определенном смысле наилучшие значения этого параметра (т. е. нашла бы наилучшее приближение модели при выбранной ее струк туре к реальному объекту). Но с учетом того, что, вопервых, большой объем вычислений при такой процедуре (при количестве переменных больше одного) вследствие сложности данной модели (на каждом шагу поиска необ ходимо моделировать нагрев заготовки по всей длине печи) и, во-вторых, что на данном этапе целью является просто показать возможность моделирования работы реальных методических печей при помощи выбранного оператора Fь задача сводится к определению значений коэффициента лучистого теплообмена на разных участ ках печи к одномерному поиску.
Выражаем |
функции <з\ = в\{у) и |
схг= о2(г/) |
следую |
щим образом: |
|
|
|
а! = аі {У) = £/г °о- (/ = 1,2, і > 0, у . < |
у < г/,+]), |
(Ѵ-45) |
|
где yt и у.+1— координаты концов отрезка, в пределах которого G j(y) =const.
Значения коэффициентов кц выбираются априори и, следовательно, качественную форму кривых с!j(y),
{у— 1, 2) считаем уже заданной, т. е. качественная фор ма этих кривых в данном случае полностью определяется структурой оператора F\.
Далее остается найти значение одного лишь парамет ра во. Значение Оо легко определяется на модели печи из условия совпадения множества значений температур по верхности выдаваемых из печи заготовок, полученных на модели печи, со множеством значений температур по верхности выдаваемых заготовок на реальной печи. Зна чения коэффициентов kj* в действительностиприходится уточнять (т. е. заново выбирать) на основе результатов моделирования реальной печи. Правильным выбором значений коэффициентов можно достичь также сов падения перепада температуры по толщине «выдава емой» заготовки на модели с перепадом температуры по толщине выдаваемой заготовки на реальной печи.
Г л а в а VI
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ САУ, ВНЕДРЕННЫХ НА МЕТОДИЧЕСКИХ И КОЛЬЦЕВЫХ ПЕЧАХ
ЗАВОДОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Вэтой главе описаны системы управления процес сом нагрева металла в нагревательных печах и средст ва контроля и управления, разработанные ПКИ «Автоматпром» и внедренные на различных заводах черной металлургии страны. Материал, изложенный в главе, отображает этапы развития и усовершенствования рас сматриваемых систем и средств в последовательности их разработки.
Вчастности, приведены принципы построения, спосо бы управления и результаты длительной промышленной эксплуатации:
1)систем автоматического управления тепловым режимом методической печи в зависимости от темпа прокатки или производительности печи;
2)систем автоматического управления тепловым
режимом кольцевых нагревательных печей;
3)систем оптимального управления процессом наг рева металла в методических печах;
4)систем связи печи-стан;
5)вероятностной адаптивной системы централизован
ного управления кольцевых нагревательных печей в клас се систем с переменной структурой.
1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
ВЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПА ПРОКАТКИ ИЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПЕЧИ
Вэтой совместно разработанной ПКИ «Автоматпром» и ЦПКБ системе автоматизации теплового режи ма методической печи решается основная технологиче ская задача: тепловой режим печи связан с ритмом ра боты прокатного стана или с производительностью печи (рис. 59). Принципиальное отличие разработанной си стемы от других существующих систем такого типа за ключается в том, что оценка темпа прокатки дается не только по температуре металла в методической зоне, но
ипо импульсу, характеризующему производительность печи. Основной узел системы — схема ввода коррекции температур по зонам печи (рис. 60).
Входящий в схему комплект нестандартной аппара туры изготовлен центральной лабораторией автоматики (ЦЛА) [86]. В комплект входят потенциометр с дистан ционным изменением заданного значения регулируемой величины типа ЭПДЗ-М093, блок суммирования кор ректирующих импульсов типа СУТ-М093’ и изодромные регуляторы с настраиваемым коэффициентом передачи типа ИР-130М. Кроме того, в комплект входит измери тель средней частоты выдачи металла из печи, разрабо танный ПКИ «Автоматпром» (см. п. 1 гл. IV).
Корректирующее устройство СУТ-М093 имеет семь выходных цепей (для трехзонных методических печей) и три входных канала: от вторичного прибора, измеряю щего температуру металла в методической зоне, от вто ричного прибора, измеряющего среднюю частоту выдачи металла из печи, и от ручного задатчика. Три выход ные цепи осуществляют изменение задания регуляторам температуры в зонах печи через потенциометры с дис
танционным изменением задания |
типа |
ЭПДЗ-М093; |
еще три изменяют коэффициенты |
степени |
неравномер- |
»
Рис. 59
Блок-схема системы управления тепловым режимом методической печи по темпу прокатки (арабскими цифрами обозначена связь датчиков и исполнительных устройств с соответствующими приборами и ре гуляторами на нижней схеме);
/ — приемный рольганг; / / — томильная зона; / / / — верхняя зона; I V — нижняя зона
ности изодромных регуляторов с тем, чтобы согласовать коэффициенты передачи объекта и регуляторов при раз личных нагрузках печи. По последней цепи осуществля ется непрерывная корректировка задания регулятору давления в печи.
Сумматор СУТ-М093
Рис. 60 Схема выработки корректирующих импульсов:
I — к ЭПЗД томильной зоны; I I — то же, верхней зоны; I I I — то же, нижней зоны; I V — коррекция в узле регулирования давления печи; V — самонастройка регуляторов температуры зон; / — вторичный прибор фиксатора темпа; 2 — вто ричный прибор измерения температуры металла; 3 — ручной задатчик тепловой нагрузки
В целом схема коррекции представляет собой следя щее. устройство, которое осуществляет слежение за из менением производительности печи, а следовательно, и темпом прокатки и выполняет непрерывное автомати ческое изменение заданий регуляторам температуры в сторону увеличения или уменьшения тепловой нагрузки печи на величину, соответствующую измененному темпу прокатки.
Установка в схеме специального устройства форми рования корректирующего сигнала типа СУТ-М093, позволяющего суммировать до трех корректирующих воздействий с произвольно выбираемыми коэффициен тами, выдавать команды на изменение задания и изме-
нені-îe настроек на четырех регуляторах и включающе го все настроечные элементы, обеспечивает возможность компоновки любых вариантов систем коррекции тепло вой нагрузки методических печей и значительно облег чает настройку системы и ее эксплуатацию.
Регуляторы соотношения топливо — воздух в зонах печи устанавливают расход воздуха в соответствии с расходом топлива и заданным коэффициентом расхода воздуха.
Давление в рабочем пространстве печи регулирова• лось по импульсу, отбираемому под сводом томильной зоны. При изменении тепловой нагрузки печи небходимо изменять задание регулятору давления так, чтобы при любом режиме работы поддерживать давление в печи на оптимальном уровне. Изменение задания регу лятору давления выполняется суммирующим устройст вом СУТ-М093 в зависимости от суммарного импульса температуры металла в методической зоне и средней частоты выдачи металла из печи. Промышленные испы тания различных вариантов системы проводили на ме тодических печах ряда заводов черной металлургии страны.
Система регулирования теплового режима, внедрен ная на печи № 1 стана 320 РМЗ, работает следующим образом.
Температура в отдельных зонах печи, измеряемая платинородий-платиновыми термопарами, поддержива ется изодромными регуляторами. Потенциометры ЭПДЗМ093, измеряющие температуру в зонах, оснащены специальными устройствами для дистанционного изме нения задания. Температура металла в методической зоне измерялась радиационным пирометром ПРК-600, работающим в комплекте с электронным потенциомет ром ЭПП-120 со встроенным 100%-ным реостатным датчиком. Сигнал с реостатного датчика подавался на вход сумматора корректирующих импульсов СУТ-М093. Одновременно на вход этого сумматора подавались также сигналы от дистанционного реостатного задатчи ка, позволяющего вручную управлять тепловым режи мом печи при длительных простоях, и от системы сни жения тепловой нагрузки при кратковременных про стоях.
Выходы сумматора СУТ-М093 подавались в систе мы дистанционной перестановки задания регуляторам