АКТУАЛЬНОСТЬ

На сегодняшний день лучшим методом выплавки стали является непрерывное литье. Этот метод лучше других по многим параметрам. Основных два. В первую очередь экономически — непрерывное литье дешевле. И непрерывно литая сталь имеет лучшие физические свойства.
В настоящее время на многих металлургических заводах работают МНЛЗ трех типов: вертикального, вертикального с изгибом слитка, радиального. В зависимости от размера слитка МНЛЗ делятся на слябовые, блюмовые и заготовочные. Размеры промежуточных ковшей, кристаллизаторов, а также состав огнеупоров при этом разные. При непрерывном методе разливки жидкая сталь заливается в кристаллизатор, под влиянием водоохлаждаемых стенок которого начинается первичное охлаждение. Выходящая из кристаллизатора заготовка с жидкой сердцевиной интенсивно охлаждается (вторичное охлаждение). После затвердевания по всему сечению заготовка разрезается на мерные длины. Таким образом, непрерывная разливка позволяет получать непосредственно из жидкой стали полупродукт, готовый для прокатки на чистовых станках.
По сравнению с прежним методом разливки стали в изложницы при непрерывной разливке можно сократить не только время за счет исключения некоторых операций, но и капиталовложения (например, на сооружение обжимных станов). Непрерывная разливка обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьшения обрези и энергии, которая тратилась на подогрев слитка в нагревательных колодцах. Исключение нагревательных колодцев позволило в значительной степени избавиться от загрязнения атмосферы. По ряду других показателей: качеству металлопродукции, возможности механизации и автоматизации, улучшению условий труда непрерывная разливка также эффективнее традиционных способов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

К приоритетным направлениям совершенствования конструкции МНЛЗ относится применение гидравлического привода для обеспечения качания кристаллизатора при использовании несинусоидального закона колебаний. Гидравлическая система привода кристаллизатора обеспечивает следующие технологические и операционные преимущества:
· оперативное варьирование амплитуды колебаний кристаллизатора;
· то же, частоты колебаний кристаллизатора;
· изменение формы кривой колебаний (задание скоростей движения кристаллизатора на различных этапах);
· предотвращение дрожаний (вибраций) кристаллизатора, обычно сопровождающих работу электромеханического привода;
· более безопасную и быструю замену кристаллизатора;
· удобство в обслуживании привода кристаллизатора в ходе разливки вследствие выноса гидроцилиндров из труднодоступной зоны;
· значительное уменьшение общей массы движущихся в процессе качаний частей.
При данных достоинствах метода и обозначенных направлениях исследований закономерным является желание улучшать систему. Полностью оконченная магистерская работа содержит математическую модель гидравлической системы привода. Эта модель позволяет создавать и исследовать любые законы перемещения кристаллизатора, их динамику.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Главной целью работы является исследование физических процессов и впоследствии настройка автоматической системы управления.
1. Следующие задачи решаются для достижения цели.
2. Изучить теоретические вопросы гидропривода и непрерывного литья.
3. Разработать математическую модель гидропривода при помощи Matlab.
4. Выбрать тип регулятора. Проанализировать варианты.
5. Разработать систему управления гидропривода.
6. Смоделировать процессы в приводе кристаллизатора. Построить диаграммы.
7. Настроить систему управления гидропривода в соответствии с требованиями технологического процесса.

СОБСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ

На момент написания этого автореферата, построена общая математическая модель гидропривода.
Объектом исследования является гидравлический привод механизма качания кристаллизатора (МКК) слябовой машины непрерывного литья заготовок, кинематическая схема [1] которого показана на рис.1. В состав МКК входят следующие основные механические элементы (рис.1): кристаллизатор 1, гидроцилиндр 2, поршень 3, линии передачи 4, золотниковый распределитель 5.

Рисунок 1 – Кинематическая схема гидропривода МКК с дроссельным регулированием.

Особенностью такого привода является возможность формирования про-извольного закона изменения положения штока гидроцилиндра за счет управле-ния подачей золотникового распределителя, которую возможно выполнить на основе электропривода с использованием отрицательных обратных связей. В этой связи актуальным является разработка математической модели, которая по-зволила бы выполнить анализ процессов в гидроприводе МКК, и в последую-щем перейти к синтезу на ее основе системы автоматического регулирования положения штока гидроцилиндра.

При разработке математической модели в качестве задающего (входного) воздействия будем рассматривать перемещение золотника xЗ, в качестве выход-ной величины – положение кристаллизатора ym. С целью упрощения математи-ческого описания примем следующие допущения, не влияющие в значительной мере на режимы работы привода:

• деформацию стенок линии передачи 4 можно не учитывать, не учитыва-ются волновые процессы в линии;

• входное давление Pn в процессе работы системы неизменно, подача жид-кости выполняется от источника с неограниченным расходом;

• абсолютно жесткое закрепление гидроцилиндра 2.

Рисунок2 - Характеристика силы трения сляба о кристаллизатор.

Зависимость силы трения от скорости кристаллизатора представим характеристикой, приведенной на рис.2.

С учетом сделанных допущений можно составить следующие уравнения, описывающие процессы в гидроприводе кристаллизатора.

Уравнения скорости и перемещения кристаллизатора:

Уравнения скорости и перемещения штока:

Уравнения объемного расхода:

• в случае перемещения золотника вправо:

• в случае перемещения золотника влево:

Рисунок 3 – Математическая модель гидропривода МКК.

Полученная математическая модель может использоваться для исследова-ния процессов в гидравлическом приводе МКК, а также для синтеза системы ав-томатического управления.

Рисунок 4 – Схематическое представление работы гидропривода. Gif animator. 10 кадров. Интервал 0,4 секунды

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, можно сформулировать общие тенденции развития процессов непрерывной разливки стали на слябовых МНЛЗ:
· в предстоящие годы существенного количественного увеличения объема непрерывнолитых слябов происходить не будет; основное внимание будет уделяться проблемам качества заготовки, снижения издержек на разливку и т.п.;
· повышение качества поверхности непрерывнолитых слябов будет достигаться модернизацией конструкции кристаллизаторов (прямолинейный кристаллизатор) с использованием гидропривода для механизма качания;
· улучшение параметров течения металла в кристаллизаторе за счет использования погружных стаканов оптимальной геометрической формы и метода электромагнитного перемешивания;
· развитие функциональных возможностей промковша: повышение его эксплуатационных показателей (стойкость) и доводка стали (рафинирование и регулирование температуры);
· использование систем прогрессивного многоточечного загиба и разгиба заготовки для уменьшения пораженности заготовки внутренними трещинами;
· применение метода “мягкого” обжатия заготовки с жидкой сердцевиной с целью подавления осевой пористости и ликвации.
· развитие концепции непрерывного литья тонких слябов с их обжатием и последующей прокаткой в горячем состоянии и соответствующим повышением конкурентоспособности мини-заводов на мировом рынке листовой продукции;
· повышение степени автоматизации работы МНЛЗ с включением в единую систему всех параметров жидкой стали, условий охлаждения стали в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения при наличии обратной связи.

1. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 464 с., ил.

2. Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Минаев А. А., Момот С. В., Белобров Ю. Н. Процессы непрерывной разливки. – Донецк: ДонНТУ, 2002

3. Журнал "Сталь",№2. 2005 г. с.33-36