Технические науки/1. Металлургия

Мазина И.Ю., д.т.н. Кабаков З.К.

Череповецкий государственный университет, Россия

Система диагностики процесса литья заготовок на установке непрерывной разливки с электромагнитным подвешиванием

Основными показателями технико-экономической эффективности непрерывной разливки являются выход годного, производственные затраты на тонну отлитых заготовок, производительность одного ручья. Нарушения стабильности процесса разливки существенно ухудшают эти показатели, в том числе и за счет простоя оборудования во время устранения аварии и перезапуска процесса. В технологии получения заготовок малого размера на горизонтальной установке непрерывной разливки с электромагнитным подвешиванием (УНРЭП), описанной в работе [1] и схематично изображенной на рисунке 1, аварийными ситуациями являются проливы жидкого металла. Причинами пролива металла служат: выход жидкой фазы кристаллизующейся заготовки за зону поддержки, нарушение соосности струи жидкого металла и затвердевшей заготовки из-за отклонения положения струи металла в зоне подвешивания, несоответствие скорости вытекания струи жидкого металла из разливочного стакана и скорости вытягивания заготовки.

Для предотвращения аварий необходима диагностика процесса литья заготовок на УНРЭП, позволяющая контролировать процесс и предотвращать нежелательное его развитие. Диагностика рассматриваемого технологического процесса должна обеспечивать оценку длины жидкой фазы заготовки и положения струи жидкого металла в рабочем зазоре электромагнита с заданной точностью. Диагностика процесса литья на УНРЭП также должна учитывать особенности процесса непрерывного литья на данной установке: отсутствие кристаллизатора, формирование твердой фазы заготовки во взвешенном состоянии, небольшой размер поперечного сечения заготовки.

В работе [2] приведено физическое описание процессов при непрерывном электромагнитном литье и его формализация с использованием системного подхода. Выполненный при этом анализ позволил выделить основные параметры процесса, определяющие длину жидкой фазы и положение струи металла в зоне подвешивания. На основе полученных данных с применением системного подхода разработана схема системы диагностики процесса литья заготовок на установке непрерывной разливки с электромагнитным подвешиванием, которая представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 –Схема системы диагностики процесса литья заготовок на установке непрерывной разливки с электромагнитным подвешиванием

На схеме показано место диагностики в структуре автоматизации производственного процесса и обмен информацией между различными уровнями автоматизации.

Как видно на схеме, процесс диагностики включает в себя: оценку технологических параметров литья (скорость литья v, начальная температура жидкого металла Т⁰, коэффициент теплоотдачи в зоне охлаждения a_зо, высота уровня металла в промежуточном ковше h_Me); оценку длины жидкой фазы заготовки; оценку параметров электромагнитной системы (потенциал полюса электромагнита u_п, сила тока на заготовку I_з); оценку положения струи металла в рабочем зазоре; комплексную диагностику процесса литья на основе выполненных оценок.

Металл Ме и поперечное сечение производимой продукции S, а также геометрические параметры зоны подвешивания (длина зоны подвешивания l_зп, высота полюса электромагнита h_м, ширина рабочего зазора электромагнита s_м) определяются на уровне управления производством и используются в ходе диагностики в качестве исходных данных. Также исходными данными являются теплофизические свойства металлов: плотность r, теплоемкость с, теплопроводность l, удельная теплота кристаллизации L, температура кристаллизации Т_кр, степень черноты ε.

Разработанная схема системы диагностики использована при создании математического и алгоритмического обеспечения комплексной диагностики процесса литья на горизонтальной установке непрерывной разливки с электромагнитным подвешиванием.

Литература

1. Каваками К. Модернизация технологических процессов в черной металлургии Японии // Черные металлы. – 1988. – № 13. – С. 3-12.

2. Кабаков, З.К. Системный подход к формализации физического описания процессов при непрерывной горизонтальной электромагнитной разливке/ З.К. Кабаков, И.Ю. Мазина// Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования: материалы пятой международной научно-технической конференции.Т.1.– Вологда: ВоГТУ, 2009.– С. 160-163.