АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ 8
1.1 Характеристика ЭСПЦ 8
1.2 Обзор и анализ устройств для подачи ШОС в кристаллизаторы МНЛЗ 13
1.3 Требования к установке подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ 28
1.4 Постановка задачи 29
2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 30
2.1 Предлагаемое устройство подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ-2 АО
"Уральская Сталь" 30
2.2 Требования и выбор системам электроприводов 32
2.3 Расчет нагрузочной диаграммы и тахограммы перемещения тележки 35
2.4 Расчет и выбор электродвигателя дозатора 45
2.5 Выбор силовой части электропривода тележки и шнекового дозатора 47
2.6 Разработка имитационной модели электропривода подачи ШОС в кристаллиза¬
тор 50
3. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ И
ПОДАЧИ ШОС В КРИСТАЛЛИЗАТОР 59
3.1 Алгоритмы работы системы подачи смеси и перемещения тележки 59
3.2 Программная реализация подачи смеси в кристаллизатор МНЛЗ 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 69
Приложение А 73
В настоящее время преимущество в конкурентной борьбе получают те предприятия, чья продукция будет отвечать все возрастающим требованиям производительности, технологическим возможностям и экономичности [1].
Одной из главных тем данной работы является анализ шлакообразующих смесей (ШОС), которые имеют своей целью решение следующих задач, представленных на рисунке 1.1 [2-4]. Необходимо отметить, что смеси распространяются в необходимом по объему количестве, а также заносятся на поверхность кристаллизатора.
В настоящее время смеси подаются в кристаллизатор МНЛЗ №2, который расположен в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) АО "Уральская Сталь", вручную. Очевидно, что скорость выполнения представленной операции достаточно низкая, к тому же сама по себе операция считается ещё и физически тяжёлой, монотонной и опасной. Как следствие, влияние ручного выполнения операции приводит к недостаткам, которые представлены ниже [3, 5]:
- недостаток смеси на поверхности металла приводит к тому, что образуется низкий уровень гарнисажа, возрастает носик шлака, образуются местные зоны захолаживания стали, сталь окисляется вторично;
- если смеси содержится достаточно много, то происходит процесс поглощения, как следствие деформируется мениск, металл получает переизобыток углерода, попадают твёрдые частицы смеси на стенки кристаллизатора, образуются металлические прорывы;
- если смесь подаётся неравномерно, то образуется неустойчивость процесса плавления шлака, переменному составу смеси за счёт поглощения неметаллических включений, образованию "жгута" и неоднородного мениска, приводящего к колебаниям свойств гарнисажа, пригоранию и прорывам заготовки, переменному тепловому режиму.
По перечисленным недостаткам можно судить о том, что за счёт обеспечения равномерной подачи смеси можно добиться необходимого качестве производимого продукта. Как следствие, необходимо осуществить проектирование автоматического устройства, которое позволит это обеспечить. Поэтому тема может считаться актуальной.
Целью данной работы является разработка автоматической системы подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ.
Достигнуть поставленную цель предлагается за счёт решения следующих задач:
- проведения литературного и патентного обзора предлагаемых решений в области подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ;
- провести расчёт и выбор элементов электропривода системы подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ;
- разработать алгоритмы автоматической системы подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ;
- осуществить выбор элементов системы автоматической подачи ШОС.
Проведенные исследования базируется на основе общепринятых положений в теории электропривода и теории автоматического регулирования. Проведены исследования на базе контроллера Siemens S7-300. Патентные исследования проведены на основе анализа патентного фонда СССР, США, Российской Федерации.
Научная новизна работы заключается в том, что разработана новая конструкция системы подачи ШОС в кристаллизатор МНЛЗ и дано научное обоснование возможности и эффективности использования автоматической системы подачи смесей.
Практическая значимость заключается в том, что в результате проведенных исследований разработанная автоматическая система подачи ШОС в кристаллизатор может быть встроена в имеющееся оборудование МНЛЗ №2 АО "Уральская Сталь" (г. Новотроицк, Оренбургская обл.).
В ходе выполнения магистерской диссертации была предложена конструкция устройства подачи шлакообразующей смеси в кристаллизатор МНЛЗ. Проведен патентный анализ устройств и механизмов, которые могут быть использованы для достижения аналогичной цели. Исследованы способы вычисления оптимального расхода шлакообразующей смеси. Наиболее оптимальным признан способ нахождения необходимого объема смеси при известной разнице температуры металла и шлака. Его идея заключается в том, что рост разности температур является сигналом об увеличении толщины слоя шлака, следовательно, расход смеси нужно уменьшать, т.е. необходимо уменьшать скорость электродвигателя шнекового дозатора. В противном случае, т.е. при уменьшении толщины слоя шлака необходимо увеличить объемы подаваемой смеси, т.е. скорость двигателя должна увеличиваться.
Проведен выбор и расчёт необходимых элементов системы электропривода. Преобразователи частоты Sinamics G 110 выбраны таким образом, что согласуются с контроллером Simatic S7-300 наиболее оптимальным способом. Кроме того, разработана модель электропривода шнекового дозатора в программе Matlab Simulink, учитывающая изменение активной составляющей тока статора. Работоспособность модели доказана анализом качественных показателей переходных процессов скорости и момента, которые полностью удовлетворяют заданным требованиям.
В третьей главе предложены алгоритмы и программная реализация управления разработанным устройством на основе языка программирования LAD.
