Устройство управления тепловым режимом дорнового кристаллизатора машины непрерывного литья металлов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .(s1)s В 2 О 11 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ е (21) 4856828/02 (22) 01.08.90 (46) 23,07.92. Бюл. М 27 (71) Харьковский политехнический институт им.B.È.Ëåíèíà (72) А.В.Кипенский, О»Й,Х»ор»ошилов, Л.В. Фетюхина, В. Г, Горобец и А,6, Егорова (56) Изюмский Ф.П., Бредихйн В.Н; Автоматизация непрерывного горизонтального . литья. Цветные металлы, 1975, N. 11, с.5255. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОBblM РЕЖИМОМ ДОРНОВОГО КРИСТАЛЛИЗАТОРА МАШИНЫ НЕПРЕРЬ1ВЙОГО

ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно *к йепрерыв«н«ому литью металлов и сплавов, и может быть использовано при произвбдстве по«лых»"з«а-" готовок. Изобретение предназначено для управления тепловым режимом дорнового кристаллизатора машины "йе«прерйвного литья металлов. Целью изобретения является повышение производительности машины путем выравнивания фронта кристаллизации, Оно снабжено системой измерения 14 количества тепла, отбираемого дорном от заготовки 3, блоками умножения 8,9, задатчиком 19, регулятором 18 количества тепла и исполнительным механизмом 20, причем системы водоснабжения кристаллизатора 1 и дорна 2 выполнены с возможностью раздельного регулирования, а выход системы измерения 4 количества тепла, отбираемого кристаллизатором, подсоединен к первым входам блоков умножения, к второму входу первого из которых подсоединен выход системы измерения количества тепла, отбираемого дорном 2, а к второму входу второго.— выход дополнительного задатчика 19, причем выход первого блока умножения 8 подключен к первому входу блока регулятора

18, выход которого подключен к входу регулятора 18, выход которого подключен к входу исполнительного механизма 20, который управляет гидровентилем 21 системы водоснабжения дорна, выход задатчика 24 скорости вытягивания подключен к второму входу блока регуляторов 22, выход которого через систему управления 25 подключен к входу тиристорного преобразователя, 4 ил, 1748926

Изобретение относится к литейному производству, а именно к непрерывному литью металлов и сплавов, и может быть использовано при производстве полых толстостенных заготовок.

Известно устройство для непрерывного литья полой толстостенной заготовки, в котором осуществлено комбинированное охлаждение кристаллизатора и дорна. Однако данное устройство не обеспечивает максимальной производительности машины изза возможных перекосов фронта кристаллизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство контроля и авторегулирования параметров

УГНЛ, содержащее систему измерения количества тепла, отбираемого кристаллизатором от заготовки, задатчик и регулятор количества тепла, исполнительный механизм для управления гидровентилем и тиристорный электропривод механизма вытягивания. B данном устройстве осуществляется стабилизация количества тепла, отбираемого кристаллизатором от заготовки путем измерения расхода охлаждающей воды и перепада ее температуры на входе и выходе кристаллизатора.

Однако использование данного устройства для управления тепловым режимом кристаллизатора с водоохлаждаемым дорном не обеспечивает необходимого соотношения между количествами тепла отбираемыми от заготовки дорном и кристаллизатором, что приводит к перекосу фронта кристаллизации и снижается производительность машины.

Целью изобретения является повышение производительности машины путем выравнивания фронта кристаллизации, Цель достигается тем, что устройство управления тепловым режимом дорнового кристаллизатора машины непрерывного литья металлов, содержащее водоохлаждаемые кристаллизатор и дорн, систему измерения количества тепла, отбираемого кристаллизатором от заготовки, задатчик и регулятор количества тепла, исполнительный механизм для управления гидровентилем системы водоснабжения и электропривод механизма вытягивания, снабжено дополнительной системой измерения количества тепла, отбираемого дорном от заготовки, блоками умножения, задатчиком, регулятором и исполнительным механизмом для управления дополнительным гидровентилем, причем системы водоснабжения кристаллизатора и дорна выполнен с возможностью раздельного регулирования, а выход системы измерения количества тепла отбираемого кристаллизатором дополнительно подсоединен к первым входам блоков умножения, ко второму входу первого из которых подсоединен выход системы измерения количества тепла

5 отбираемого дорном, а ко второму входу второго блока умножения — выход дополнительного задатчика, выход nepsoro блока умножения подсоединен к первому входу дополнительного регулятора, ко второму входу которого подсоединен выход системы измерения количества тепла отбираемого дорном, выход дополнительного регулятора подсоединен ко входу исполнительного механизма для управления гидровентилем си15 стемы водоснабжения дорна

На фиг,1 приведена машина непрерывного литья с устройством управления; на фиг.2 — структурная схема блока регулято20 ров; на фиг.3 — функциональная схема системы импульсно-фазового управления; на фиг.4 — функциональная схема системы формирования временных интервалов.

Машина содержит кристаллизатор 1 с дорном 2, с помощью которых формируется

25 заготовка 3, систему 4 измерения количества тепла, отбираемого кристаллизатором 1 от заготовки 3, включающую датчик 5 п4репада температуры воды на входе и выходе кристаллиэатора 1, датчик 6 расхода воды на охлаждение кристаллиэатора 1 и вычис30 лительный блок 7, входы которого подключены к выходам датчиков 5 и 6, а выход является выходом системы 4 измерения и подключен к первым входам блоков 8 и 9 умножения и регулятора 10 количества тепла, отводимого кристаллизатором 1 от заго35 чен к входу исполнительного механизма 12, управляющего гидровентилем 13, Система 14 измерения количества тепла, отводимого дорном 2 от заготовки 3, включает датчик 15 перепада температуры воды на входе и выходе дорйа 2, датчик 16 расхода воды на охлаждение дорна 2 и вычислительный блок 17, подключенный свои45 ми входами к выходам датчиков 15 и 16.

Выход вычислительного блока 17 является выходом системы 14 измерения и подключен к вторым входам блока 8 умножения и регулятора 18 количества тепла, отводимого

50 дорном от заготовки 1. К второму входу блока 9 умножения подключен выход задатчика

19. Выход блока 9 умножения подключен к первому входу регулятора 18, выход которого подключен к входу исполнительного механизма 20, который управляет гидровентовки 3, второй вход регулятора 10 подключен к выходу задатчика 11 количест40 ва тепла отбираемого кристаллизатором 1 от заготовки 3, выход регулятора 10 подклю1748926 тилем 21. Выход блока 8 умножения под-. ключен к первому входу блока 22 регуляторов электропривода 23.

Выход задатчика 24 скорости вытягивания подключен к второму вхоДу блока 22 5 регуляторов, выход блока 22 регуляторов

15

30

40 начен для восприятия уй"равММИЩМТб"

55 подключен к первому входу системы 25 импульсно-фазового управления, выход которой подключен к электродвигателю 27, приводящему в движение механизм 28 вытягивания, выполненный, например, в виде тянущих валков, Сила тока электродвигателя 27 измеряется датчиком 29 тока, включенным в цепь между преобразователем 26 и электродвигателем 27, выход датчика 29 тока подключен к третьему входу блока 22 регуляторов, угловая скорость электродвигателя 27, а следовательно, и скорость вытягивания измеряется тахогенератором 30, размещенном на общем валу с электродвигателем 27. Выход тахогенератора 30 подключен к четвертому входу блока 22 регуляторов, к второму входу системы 25 импульсно-фазового управления подключен выход системы 31 формирования временных интервалов, Блок 22 регуляторов содержит два сумматора 32 и 33, регулятор 34 скорости и регулятор 35 тока, причем первый вход сумматора 32 является первым входом блока 22 регуляторов и подключен к выходу блока 8 умножения, второй вход сумматора 32 является вторым входом блока 22 регуляторов и подключен к выходу задатчика 24, третий вход сумматора 32 является четвертым входом блока 22 регуляторов и подключен к выходу тахогенератора 30, выход сумматора 32 через регулятор 34 скорости подключен к первому входу сумматора 33, второй вход которого является третьим входом блока 22 регуляторов и подключен к выходу датчика 29 тока, выход сумматора 33 подключен к входу регулятора 35 тока, выход которого является выходом блока 22 регуляторов и подключен к первому входу системы

25 импульсно-фазового управления.

Система 25 импульсно-фазового управления содержит блок синхронизации с сетью 36, фазосмещающий блок 37, логический элемент И 38, распределитель 39 импульсов и выходные каскады 40 и 41, Первый вход фазосмещающего блокаа37 является первым входом системы 25, предназсигнала и подключен к выходу. блока 22 регуляторов. Второй вход фазосмещающего блока 37 .предназначен для восri éÿÒéì опорного сигнала и подключен к первому выходу блока синхронизации с сетью 36, выход которого предназначен для подклю45

50 чения к шинам питающей сети переменного напряжения Ос, выход фазосмещающего блока 37 подключен к первому входу логического элемента И 38, второй вход которого является вторйм входом системы 25 и подключены к выходу системы 31 формирования временных интервалов 31, выход логического элемента И 38 подключен к первому входу распределителя 39 импульсов, к второму входу которого подключен второй выход блока синхронизации с сетью 36, выходы распределителя 39 импульсов подключены к входам выходных каскадов 40 и 41, выходы которых являются выходом системы

25 и подключены к управляющему входу тиристорного преобразователя 26.

Система 31 формирования временных интервалов содержит кодоэадатчики 42 и 43 временных интервалов вытягивания и паузы, соответственно, генератора 44 прямоугольных импульсов, логические элементы

И 45 и 46, счетчики 47 и 48 и триггер 49, причем кодоэадатчик 42 подключен к DODN входу счетчика 47, выход которого подключен к R-входу триггера 49, выход кодозадатчика 43 подключен к DO-DN входу счетчика 48, выход которого подключен к

S-входу триггера 49, прямой выход триггера

49 является выходом системы 31 и подключен к второму входу системы 25. Кроме того, прямой выход триггера 49 подключен к первому входу логического элемента И 45, инверсный выход триггера 49 подключен к первому входу логического элемента И 46, второй вход которого объединен с вторым входом логического элемента И 45 и подключен к выходу генератора 44, выходы логических элементов И 45 и И 46 подключены к счетным входам счетчиков 47 и 48 соответственно, Устройство работает следующим образом.

Датчик 5 перепада температуры водь, на входе и выходе кристаллизатора 1 вырабатывает электрический сигнал 05, подводимый к первому входу вычислительного блока 7, Значение сигнала U5 можно представить в виде

U5 = К1 4 ТВ1. где К1 — коэффициент пропорциональности блока 5;

ЛТв1 — перепад температуры воды на входе и выходе кристаллизатора 1. С выхода датчика 6 расхода воды на охлаждение кристаллизатора 1 сигнал U6, который можно представить в виде

U6= К2 Q1 где K2 — коэффициент пропорциональности блока 6;

1748926

01 — расход охлаждающей воды на кристаллизатор, подается на второй вход вычислительного блока 7.

Сигнал на выходе вычислительного блока 7 пропорционален количеству тепла, отбираемого охлаждающей водой от заготовки 3 кристаллизатором 1 и определяется выражением

07= Кз G1 где Кз — коэффициент пропорциональности блока 7, величину которого можно определить используя выражение для расчета количества тепла, отбирэемого охлаждающей водой от заготовки

6 = 10з Т Q где v, — удельный вес воды;

Са — теплоемкость воды тогда

Кз = 10 К1 К2 Рв Св

Далее сигнал 07 подается на первые входы блоков 8-10, На второй вход регулятора 10 подается сигнал 011 с выхода задатчика 11, пропоцинальный количеству тепла, которое необходимо отводить кристаллизатором 1 от заготовки 3 в соответствии с заданной технологией. Сигнал 0<0, действующий на выходе регулятора 10 (при использовании пропорционального регулятора), будет иметь значение

010= К4 (011 — 07), где К4 — коэффициент передачи регулятора

10.

Воздействие регулятора 10 на исполнительный механизм 12 осуществляется таким образом, что выражение для расхода воды через кристаллизатор 1 будет иметь вид

01 = 010 К5 Омакс где Q « — максимально возможный расход воды через систему охлаждения кристаллизатора 1 при полностью открытом гидровентиле 13;

K5 — коэффициент пропорциональности.

Т.е, значение Q< может изменяться от 0 дО Омакс.

Таким образом осуществляется автоматическое регулирование (стабилизация на заданном уровне) количества тепла, отводимого кристаллизатором 1 от заготовки 3, В случае отклонения величины G> от заданного задатчиком 11 значения компенсация будет осуществлена путем изменения расхода воды Q< через кристаллизатор 1.

Система 14 измерения работает аналогично системе 4 измерения и на ее выходе формируется сигнал 017, пропорциональный количеству тепла Ог, отводимого дорном 2 от заготовки 3, 0П= К5 62, где K8 — коэффициент пропорциональности блока 17.

Сигнал 0п поступает на вторые. входы блоков 8 и 18.

5 Блок 9 выполняет функцию умножения и его выходной сигнал можно представить в виде

09 = К7 07 0191 где К7 — масштабный коэффициент блока 9

10 умножения;

019 — сигнал на выходе задатчика 19, пропорциональный коэффициенту

* R2

Кз =—

R1 где R1 и R2 — внешний и внутренний радиусы

20 заготовки соответственно; д — усредненное значение толщин корок со стороны наружного кристаллизатора и дорна

25 д =(1 — Rz) 4

Таким образом

019=К8 КЗ где Ka — коэффициент пропорциональности задатчика 19.

С учетом того, что U7 = Кз 61 сигнал Ug, являющийся заданием для системы авторегулирования количества тепла, отбираемого дорном 2 от заготовки 3, оказывается равным

U9 КЗ К7 К8 КЗ 61.

Сигнал U18, действующий на выходе регулятора 18 (при использовании пропорционального регулятора), будет иметь вид

018 = К9 (09 — 017) где Kg — коэффициент передачи регулятора

18, Воздействие регулятора 18 на исполнительный механизм 21, аналогично воздействию регулятора 10 на исполнительный механизм 12. Выражение для расхода воды

Qz через дорн 2 будет иметь вид

Q2 = К10 018 Омакс, где Кю — коэффициент пропорциональности, Таким образом осуществляется автоматическое регулирование количества тепла отводимого дорном 2 от заготовки 3. Поскольку сигнал задания для этой системы авторегулирования формируется на выходе

55 блока умножения 9 и пропорционален величине Кз* 61, то соотношение между количествами тепла, отбираемыми от заготовки

3 кристаллизатором 1, и дорном 2 всегда будет постоянным

1748926

5

15

G2 = Кз* G1, что обеспечивает выравнивание фронта кристаллизации и позволяет повысить производительность машины непрерывного литья.

&Ю з .".В М я

Вытягивание заготовки 3 осуществляется механизмом вытягивания 28 с помощью электропривода 23. При циклическом вытягивании скорость литья будет определяться выражением в в

R =

Скорость вытягивания пропорциональна угловой скорости электродвигателя 27 и определяется сигналом задания, действующим на выходе задатчика 24, Сигнал 024 поступает на второй вход сумматора 32 (фиг.2), на первый вход которого поступает сигнал от блока 8 умножения, величина которого определяется выражением

U8 = К11 U7 U17 где К11 — масштабный коэффициент блока умножения 8. Сигнал 06 пропорционален произведению G1 G2 количества тепла, отбираемых от заготовки 3 дорном 2 и кристаллизатором 1, На третий вход сумматора поступает сигнал UacÄ пропорциональный угловой скорости электродвигателя 27, и следовательно, скорости вытягивания

0ЗО = К12 lв где К12 — коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе сумматора 32 формируется сигнал, который может быть описан выражением

0зг = 024+ К1з G1 G2 — К14 V>, где К1з и К14 — коэффициенты пропорциональности.

Из приведенного выражения видно, что контур обратной связи по скорости отрицательный, а контур обратной связи по количеству тепла, отбираемого от заготовки, положительный. Контур отрицательной обратной связи позволяет стабилизировать скорость вытягивания в интервале вытягивания на заданном уровне, Контур положительной обратной связи позволяет корректировать сигнал задания 024 в функции теплового режима кристаллизатора, что обеспечивает возможную производительность машины.

Сигнал с выхода сумматора 32 поступает на вход регулятора скорости 34, где происходит его преобразование в сигнал для регулятора тока. В цепи между регуляторами 34 и 35 скорости и тока находится сумма20

55 тор 33, на который поступает также сигнал обратной связи 02э от датчика тока. Таким образом, на входе регулятора 35 тока действует сигнал

0зз = 0з4 — K15 02g, где К16 — коэффициент пропорциональности.

Из приведенного выражения видно, что по току организована отрицательная обратная связь, Регулятор 35 тока преобразует управляющий сигнал 0з6, который с его выхода поступает на вход системы 25 таким образом, чтобы ограничивать ток через электродвигатель 27 при его пусках.

В системе 25 блок синхронизации с сетью 36 в моменты периода напряжения питающей сети 0С через ноль формирует синхроимпульсы, которые поступают на вход фазосмещающего блока 37. Этот блок в зависимости от сигнала управления 0з6 осуществляет формирование и сдвиг импульсов управления во времени относительно синхроимпульсов, Импульсы управления с выхода фазосмещающего блока 37 попадают на вход распределителя 39 импульсов в том случае, если на втором входе логического элемента И 38 напряжение соответствует уровню логической единицы, В распределителе импульсов 39 происходит распределение импульсов управления между управляющими электродами тиристоров преобразователя 26 в зависимости от знака напряжения питающей сети информация о котором поступает от блока синхронизации с сетью 36, Выходные каскады 40 и 41 обеспечивают усиление импульсов управления по току и гальваническую развязку системы

25 и преобразователя 26. Отпирание тиристоров преобразователя 26 с поступлением на их управляющие электроды управляющих импульсов приводит к появлению на его выходе напряжения

026 = К16 022, где К16 — коэффициент пропорциональности.

Напряжение U26, действующее на электродвигателе 27, приводит к протеканию через его обмотки тока и к вращению его ротора, а следовательно, и к вытягиванию заготовки 3.

Моменты начала и окончания вытягивания заготовки определяются в системе формирования временных интервалов 31 (фиг,4). Работает эта система следующим образом. Пусть в исходном состоянии напряжение на прямом выходе триггера 49 соответствует уровню логической единицы, Как было отмечено выше, это приводит к вытягиванию заготовки 3, Действие напря1748926

5

10 жения Uqp49, соответствующего уровню ЛО гической единицы, на первом входе логического элемента И 45, разрешает прохождению через него импульсов от генератора 44 на счетный вход счетчика 47. С приходом каждого импульса от генератора

44 число, считанное счетчиком 47 с кодозадатчика 42, уменьшается на единицу. При достижении этим числом нуля на выходе счетчика 47 формируется сигйал, который изменяет состояние триггера 49. На его прямом выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логического нуля, а на инверсном — уровню логической единицы, Появление логического нуля на выходе системы 31 приводит к тому, что импульсы управления от фазосмещающего блока 37 (фиг,3) не проходят на управляющий вход преобразователя 26 (фиг,1), Напряжение на выходе преобразователя 26 становится равным нулю, ротор электродвигателя 27 перестает вращаться и вытягивание заготовки 3 прекращается, начинается кристаллизация очередного ее участка. Длительность интервала вытягивания при этом будет опреде-. ляться выражением гв = N42 Т44 где N42 — число, код которого действует на выходе кодозадатчика 42;

Т44 — период следования импульсов на выходе генератора 44.

Действие напряжения Upped 49, сООтветствующего уровню логической единицы на первом входе логического элемента И 46, разрешает прохождение через него импульсов от генератора 44 на счетный вход счетчика 48, С приходом каждого импульса от генератора 44 число считанное счетчиком 48 с кодозадатчика 43 уменьшается на единицу. При достижении этим числом нуля на выходе счетчика 48 формируется сигнал, который переводит триггер 49 в исходное состояние, при котором напряжение на его прямом выходе соответствует уровню логической единицы, а на инверсном — уровню логического нуля, Изменение состояния триггера 49 приводит в конечном итоге к вытягиванию заготовки, Продолжительность паузы при этом будет определяться выражением

50 о = N43 T44 где N43 — число, код которого действует на выходе кодозадатчика 43.

Таким образом, поочередное изменение состояния триггера 49 приводит к циклическому вытягиванию заготовки 3.

Длительность интервалов вытягивания тв и продолжительность пауз то изменятюся путем изменения кодов на выходах кодозадатчиков 42 и 43 соответственно.

Формула изобретения

Устройство управления тепловым режимом дорнового кристаллизатора машины непрерывного литья металлов, содержащее водоохлаждаемые кристаллизатор и дорн, систему измерения количества тепла, отби-. раемого кристаллизатором от заготовки, задатчик и регулятор количества тепла, исполнительный механизм для управления гидровентилем системы водоснабжения и электропривод механизма вытягивания, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности машины путем выравнивания фронта кристаллизации, оно снабжено дополнительной системой измерения количества тепла, отбираемого дорном от заготовки, блоками умножения, задатчиком, регулятором и исполнительным механизмом для управления дополнительным гидровентилем, причем системы водоснабжения кристаллизатора и дорна выполнены с возможностью раздельного регулирования, а выход системы измерения количества тепла, отбираемого кристаллизатором, подсоединен к первым входам блоков умножения, к второму входу первого из которых подсоединен выход системы измерения количества тепла, отбираемого дорном, а к второму входу второго блока умножения — выход дополнительного задатчика, выход второго блока умножения подсоединен к первому входу дополнительного регулятора, к второму входу которого подсоединен выход системы измерения количества тепла, отбираемого дорном, выход дополнительного регулятора подсоединен к входу исполнительного механизма для управления гидровентилем системы водоснабжения дорна, 1748926

Яю

Редактор О,Хрипта

Заказ 2548 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101!

I !

l !

Составитель А,Абросимов

Texpep, M. Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско