5.2Управление охлаждением слитка в зво в нестационарном режиме разливки

Под нестационарным режимом разливки стали на МНЛЗ понимают такой режим, при котором некоторый элемент поверхности непрерывного слитка проходит весь путь охлаждения, начиная с уровня мениска металла в кристаллизаторе, с различными скоростями.

Анализ переходных процессов, возникающих в ЗВО при нестационарных условиях разливки, показал, что для поддержания оптимальных условий охлаждения слитка при скачках скорости разливки расходы воды на ЗВО необходимо изменять не мгновенно, а в течение определенного времени.

Величина этого времени зависит от направления и величины скачка скорости, а также от расстояния до данной секции ЗВО от мениска металла в кристаллизаторе.

Для учета переходных процессов в ЗВО при нестационарных условиях разливки используют способ управления режимом охлаждения непрерывного слитка, основанный на понятии «условной скорости разливки» – V(τ,i), которая определяется как: V(τ,i) = Zi/t(τ,i),

где:

- i – номер секции ЗВО;

- τ – текущее время от момента скачка скорости разливки;

- Zi – расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до средины i-й секции ЗВО;

- t(τ,i) – отрезок времени, прошедшего с начала охлаждения элемента поверхности слитка, который в момент времени τ находится в средине i-й секции ЗВО.

Понятие условной скорости разливки, очевидно, будет различным для каждой секции ЗВО и позволяет следить за всеми колебаниями скорости литя без непосредственного анализа направления и величины скачка сорости.

Рассмотрим понятие «условной скорости разливки» подробнее.

Пусть в момент времени τ₀ произошел мгновенный скачок скорости разливки с V₀ до V₁ (рис.12р-а) . Тогда время t(τ,i), прошедшее с начала охлаждения элемента поверхности слитка, который находится в момент времени τ в средине i-й секции ЗВО, будет изменяться по линейному закону (смотри рис 12 р-б).

Vp,м/мин

V1

V0

τ, мин

Рис.10р-а. Изменение скорости разливки

t(τ,i), мин

τ₀

τ,мин

Zi/ V1 V1V

Рис.10 р-б. Изменение отрезка времени t(τ,i) при скачке скорости разливки

Переходный процесс в i-й секции ЗВО будет продолжаться до тех пор, пока в средину этой секции не придет элемент поверхности, разлитый с новой скоростью V1. Очевидно, длительность этого процесса будет составлять Zi / V1.

Таким образом, время t(τ,i) для некоторой i-й секции ЗВО можно выразить следующим образом:

t(τ,i) = при );

и, следовательно, условная скорость разливки V(τ,i) = Zi/t(τ,i) будет составлять:

V(τ,i)=V до момента , тобто до скачка скорости разливки;

V(τ,i)= в переходном режиме;

V(τ,i)=V после окончания переходного режима.

Из приведенных доказательств следует, что в установившемся режиме разливки условная скорость V(τ,i) в каждой секции ЗВО будет постоянной, независящей от номера секции и равной истинной скорости разливки Vр.

При изменении последней по ступенчатому закону условная скорость разливки V(τ,i) и зависящие от нее расходы воды на і-ю секцию ЗВО будут плавно изменяться по кусочно – гиперболической или кусочно – линейной зависимости до тех пор, пока в средину і-й зоны не попадет элемент поверхности слитка, разлитый с новой постоянной скоростью V1.

Очевидно, что зависимость V(τ,i)= в координатах

V(τ,i)=F( τ) является гиперболой, поскольку V₀Zi=const.

График изменения V(τ,i) представлен рисунком 10 р-в.

V(τ,i), м/мин

τ, мин

Zi/ V1

Рис. 10р-в. Изменение условной скорости разливки в переходных режимах

Длительность переходного процесса в і -й секции ЗВО:

τп = Zi/ V1.

Таким образом, переходный процесс в системе охлаждения слитка в ЗВО закончится раньше в первой по ходу слитка секции и позже в последней секции.

Для определения требуемых расходов воды на ЗВО используют линеаризованные зависимости Q=f(Vp ), полученные экспериментально для данной секции охлаждения и сечения кристаллизатора (смотри рис. 11р).

Поскольку в нестационарных условиях разливки процесс литья определяется условной скоростью разливки V(τ,i) то и расходы воды по секціям ЗВО будут определяться условной скоростью.

При этом расход воды на і –ю секцию ЗВО в момент τ может быть выражен как:

Q(τ,i)=

Из этого выражения и рис. р легко видеть, что расходы воды при любых возмущениях скорости разливки будут плавно изменяться по зависимости близкой к кусочно – линейной в течение времени, соответствующего времени переходного процесса для данной секции ЗВО.

Использование понятия «условная скорость разливки» для каждой секции ЗВО позволяет реализовать логически простой способ управления расходами охлажающей воды, который учитывает изменение условий охлаждения слитка при нестационарных режимах разливки.

Одним из параметров, оказывающих сильное влияние на скорость разливки, является температура металла, поступающего в кристаллизатор. Известно,что увеличение (снижение) температуры металла в промковше на 10 ºC по сравнению с оптимальной требует уменшения (увеличения) скорости разливки на 0,1 м/мин, или, что то же самое, соответствующего увеличения (снижения) расходов воды при неизменной скорости разливки.

Поэтому, изменение температуры металла в промковше должно быть учтено соответствующим изменением условной скорости разливки:

V^*(τ,i) = V(τ,i) + δ(t⁰пк – t^фпк),

где: V^*(τ,i) – скорректированная условная скорость разливки;

t⁰пк и t^фпк – заданная и фактическая температура металла в промковше;

δ = 0,01 м/мин/ºC – коэффициент пропорциональности.

На практике, однако, любая модель управления содержит различные неточности и погрешности, которые моделью не учитываются (например, несимметричный теплоотвод в кристаллизаторе).

Поэтому обеспечить удовлетворительное качество управления можно только использованием информации о фактическом значении температуры поверхности слитка на выходе из секций ЗВО.

Расхождение между заданной и фактической температурой слитка используется либо для адаптации коэффициентов математической модели охлаждения, либо для коррекции расходов воды через параметр – условная скорость разливки V^**(τ,i).

Трудность такой коррекции заключается в том, что по информации от одного параметра необходимо скорректировать задание для всех работающих секций ЗВО.

Расчет величины изменения расхода воды в зависимости от температуры поверхности слитка, измеренной пирометром излучения, осуществляется через коррекцию условной скорости разливки для каждой секции по формуле:

V^**(τ,i) = V(τ,i) (1+αi Kt),

где: V^**(τ,i) – скорректированное значение V(τ,i) с учетом измеренной температуры непрерывного слитка после ЗВО;

αi – коэффициент влияния (весового вклада) i-й секции ЗВО в величину температурной ошибки;

Kt – коэффициент коррекции, зависящий от величины отклонения температуры поверхности слитка от номинальной (заданной технологией):

Kt = К( t^фпов – t^номпов ) .