Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ (стр. 5 из 9)

Датчики инфракрасного излучения для определения уровня металла в кристаллизаторе

Наряду с использованием радиоизотопных измерителей уровня за рубежом ведутся интенсивные поиски новых средств контроля уровня металла в кристаллизаторе, более простых с точки зрения размещения их в составе оборудования и более надежных в эксплуатации. [3] Так, фирмами «concast" ("Конкаст"), Швейцария и "Clesid" ("Клесид"), Франция, разработан датчик инфракрасного излучения для определения уровня металла в кристаллизаторе, которой располагается на разливочной площадке и механически не связан с кристаллизатором. Предложенный измеритель уровня по данным фирм-разработчиков, отличается простотой и надежностью, работает независимо от состояния поверхности ванны жидкого металла в кристаллизаторе (наличие шлаковых смесей, выбросы пламени и т.д.). Структурная схема инфракрасного измерителя уровня металла в кристаллизаторе приведена на рис.6.

Рис.6. Схема измерителя уровня металла в кристаллизаторе, разработанного фирмой "Клесид", Франция:

1 - кристаллизатор; 2 - датчик уровня; 3 - шкаф электронной аппаратуры; 4 коммутирующая панель; 5 - блок первичной обработки сигнала; 6 - сигнальное устройство;7-переключатель, используемый при изменении размеров кристаллизатора; 8 – ПИ (пропорционально-интегральный) регулятор; 9 - усилитель мощности; 10 - переключатель; II - контрольная лампа "Наличие питания"; 12-индикаторная лампа работы в автоматическом режиме; 13 – кнопка установки нуля; 14 - соединительный клеммник.

Аналогичный измеритель разработан фирмой "CEDA" ("ЧЕДА"), Италия. Измеритель также работает на основе принципа инфракрасного излучения от ванны жидкого металла в кристаллизаторе, однако в отличие от ранее рассмотренного, не требует перенастройки при изменении размеров кристаллизатора. Это обуславливается тем, что работа измерителя основывается на представляющим интерес принципе облучения покрытой шлаком ванны жидкого металла в кристаллизаторе мощным монохроматическим излучением в области спектра, для которой слой шлака является достаточно прозрачным и на который посторонние источники света не влияют. Отраженный от поверхности чистого металла поток инфракрасного излучения детектируется оптоэлектронным датчиком. При этом изменение температуры металла, интенсивности его свечения, а также посторонние источники света и шлак не оказывают влияния на показания прибора. Система используется в настоящее время на ряде сортовых МНЛЗ заводов Италии, обеспечивая точность измерения уровня ±10 мм.

Метод контроля уровня металла в кристаллизаторе основанный на использовании вихревых токов, индуктируемых катушкой, размещенной над зеркалом жидкого металла в кристаллизаторе.

Интересный метод контроля уровня металла в кристаллизаторе предложен фирмой "Ниппон кокан", Япония. Метод основан на использовании вихревых токов, индуктируемых катушкой, размещенной над зеркалом жидкого металла в кристаллизаторе.[3] Измерительная катушка получает питание от высокочастотного генератора (50 кГц) через усилитель с положительной обратной связью. В зависимости от положения зеркала металла полное сопротивление измерительной катушки, зависящее от ЭДС, наводимой в ней вихревыми токами, также изменяется, что служит мерой положения уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Измерительная катушка размещена в защитном керамическом стакане, охлаждаемым воздухом. Постоянная времени комплекта составляет менее 0,2 с, точностью измерения ±1 мм

На рис.7 приведена структурная схема устройства

Рис.7. Схема измерителя уровня металла в кристаллизаторе, разработанного фирмой "Ниппон кокан", Япония:

I - усилитель обратной связи; 2 - осциллятор; 3 - детектор; 4 - реактивная катушка; 5 - основной блок; .6 - измерителная катушка; 7 - зеркало ванны; 8 -магнитное поле; 9 - кристаллизатор; 10 - ванна жидкого металла; II - вихревые токи.

В СССР также ведутся работы по поиску новых методов контроля уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Так, в Институте проблем управления разработан датчик уровня жидкого металла в кристаллизаторе, использующий энергию высокочастотных частотно-модулированных колебаний.

Энергия высокочастотных колебаний подводится от генератора к резонансному контуру, образованному струей жидкого металла, которая охватывается кольцевым проводником с подключенным к нему высокочастотной коаксиальной линией связи от генератора, кристаллизатором и жидким металлом промежуточной емкости. Струя жидкого металла в этом случае играет роль короткозамкнутого отрезка, нижний конец которого образован электрическим замыканием струи металла и жидкого металла в кристаллизаторе.

Кольцевой проводник датчика измерительного устройства, охватывая струю металла, поступающего в кристаллизатор, образует с ней электрическую емкость, через которую и осуществляется бесконтактный подвод высокочастотной энергии от генератора к отрезку контура.

При индуктивном характере входного комплексного сопротивления отрезка, образованного струей жидкого металла, емкость связи кольцевого проводника образует с эквивалентной индуктивностью этого отрезка последовательный колебательный контур, подключённый в качестве нагрузки к линии связи с генератором возбуждения. Резонансная частота контура является функцией величины эквивалентной индуктивности и, следовательно, положения уровня металла в кристаллизаторе.

Теперешние требования к качеству стали обусловливают необходимость высокой точности параметров процесса непрерывного литья. Между тем, особенно при регулировании уровня жидкого металла в кристаллизаторе применявшиеся прежде традиционные способы при некоторых ситуациях процесса удовлетворительных результатов не давали. Описанная ниже модульная система регулирования уровня жидкого металла реагирует на изменения процесса быстрее и обеспечивает постоянство поддержания уровня

ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРАХ МНЛЗ

Система автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе (САПУМК) МНЛЗ является одной из основных при разливке стали, определяющей качество получаемого слитка.[4]

Типовым составом САПУМК является датчик уровня металла (ДУМ), содержащий первичный преобразователь, преобразующий перемещение уровня металла в электрический сигнал, и вторичный преобразователь, формирующий нормированный выходной сигнал, микропроцессорное устройство, задающее закон поддержания уровня и управляющие исполнительным устройством — приводом стопорного механизма или шиберного затвора.

По физическим принципам измерения датчики уровня металла САПУМК классифицируются:

"изотопные" ;

"электромагнитные" (токовихревые);

"тепловые" (с использованием встроенных в кристаллизатор датчиков температуры;

"оптические";

"ультразвуковые";

"радиометрические";

"электромеханические".

Промышленно применимыми в САПУМК являются (по степени распространенности): изотопные и электромагнитные. Остальные не нашли широкого применения, например "тепловые", или являются "экзотическими".

Наибольшее распространение получили изотопные ДУМ, как наиболее компактные и поддающиеся встройке в конструкцию кристаллизатора. Изотопные ДУМ состоят из источника

-из-лучения (Со⁶⁰, Cz¹³⁷) и точечного приемника излучения, расположенного в стенках кристаллизатора. Изотопные ДУМ позволяют измерить уровень металла в кристаллизаторе до 180 мм от среза кристаллизатора при точности поддержания уровня по разным источникам: от ±5 мм до ±3 мм.

Недостатки изотопных ДУМ: радиационная опасность; относительно низкое соотношение сигнал - шум; нелинейность характеристики; чувствительность к шлакообразующей смеси.

Достоинства изотопных ДУМ: конструктивная и технологическая "отработанность" приемника, излучателя и узлов встройки в кристаллизатор; простота эксплуатации; простота калибровки, нечувствительность к электромагнитным полям (возможно совмещение с системой перемешивания металла в кристаллизаторе).

Основными поставщиками изотопных ДУМ в страны СНГ являются ПО "Промавтоматика" (г. Киев) и фирма "Bertoldf, значительно укрепившая свои позиции поставщика, после распада СССР. В настоящее время в связи настойчивым желанием ряда металлургических комбинатов снизить количество импортных поставок, появились разработки отечественных приемников и источников

-излучения, конструктивно повторяющие уже применяемые. Предприятия атомной промышленности готовы поставлять источники и производить перезарядку использованных источников. По этому пути, пошли металлургические комбинаты: ОАО "ОЭМК" и ОАО "НТМК".

Разработка электромагнитных (токовихревых) ДУМ (ЭДУМ) была инициирована проблемой повышения безопасности, используемого в металлургии оборудования.

Успешными разработками можно считать ЭДУМ конструкции фирмы "Ниппон кокан" (Япония) и "Раутаруукки", устанавливаемых над зеркалом металла, а также конструкция фирмы IRM , встраиваемая в кристаллизатор.