АВТОМАТИЗАЦИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВДП

В настоящее время процесс ВДП перешел на качественно новую ступень автоматизации процесса на базе вычислительной техники. Использование вычислительной техники в системе АСУ ТП позволяет не только успешно решать вопросы комплексной автоматизации процесса вакуумно-дуговой плавки, но и решать эти вопросы на основе рациональных алгоритмов управления, т.е. успешно решать оптимизационные задачи. АСУ ТП позволяет решать задачи повышения качества металла, увеличения производительности труда и срока службы оборудования, обеспечения и упрощения обслуживания ВДП, повышения уровня свойств металла за счет жесткой стандартизации процессов.

Комплект технических средств включает датчики положения органов управления и контрольных значений параметров объекта управления, согласователи источников и приёмников информации от ЭВМ, управляющий вычислительный комплекс, устройства контрольной сигнализации, имитатор входящих сигналов, агрегат бесперебойного питания. Датчиками электрического режима являются измерители тока печи и напряжения дуги; высокочастотные датчики контроля ионизации; вакуумной откачки – измерители разряжения в камере печи, разряжения, создаваемого форвакуумными и бустерными насосами. Датчиками положения органов управления и контрольных значений параметров объекта управления являются концевые выключатели задвижек, клапанов, а также приборы, фиксирующие контрольные значения технологических параметров (разряжения, давления воды, температуры кожуха бустерного насоса, уровня масла в насосах и др).

 

Алгоритмы, заложенные в систему АСУТП:

1. проверка защитных блокировок в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах перед плавкой:

- по перемещению штока на рабочей и маршевой скорости;

- по минимальному напряжению на дуге;

- по максимальному напряжению на дуге;

- по расходу воды в контуре охлаждения поддон-кристаллизатор;

- по давлению воды в контуре охлаждения поддон-кристаллизатор;

- по расходу воды в контуре охлаждения электрододержателя;

- по расходу воды в контуре охлаждения вакуумной камеры и подставки;

- по температуре воды во всех контурах охлаждения печи.

2. управление током дуги.

3. управление приводом печи (регулятор длины дуги).

4. контроль частоты капельных импульсов и скорости плавления.

5. возможность наблюдения за процессом плавки на больших расстояниях.

Сбор, динамическое отображение, архивирование всей технологической информации по печи, как объекта управления:

- данные плавки;

- аналоговая и дискретная информации;

- информация по технологическим операциям;

- информация по всем аварийным и внештатным ситуациям;

- информация по изменению параметров и настройки системы.

АСУ для проверки натекания в ручном, автоматическом режимах перед токовыми операциями (приваркой, плавкой, оплавлением).

АСУ для измерения изоляции в узлах печи перед токовыми операциями (приваркой, плавкой, оплавлением) и контроль её во время плавки.

Блок-схема автоматических систем управления (АСУ) представлена на рис.7.1

 

 

Сетевое оборудование

оптический

кабель

Сетевой

Станция отображения коммутатор Станция сбора и

Мнемосхемы печи отображения

Блоки питания +5В, +24В, +12В

технологической информации

			Источник бесперебойного питания ~220В 1500 VA

 

 

Управление скоростью подачи

подачи электрода

 

Управление током

источника

Реле

Дискретные выходные

Аналоговая часть ADAM 3937       …….     ADAM 3814 ADAM 3013       Вход с датчиков аналоговых сигналов

сигналы управления

агрегатами энкодер двигатель

печи привода

штока

Датчик положения

шток

 

Рисунок. 7.1 - Блок-схема автоматической системы управления

 

Процесс плавки в ВДП с расходуемым электродом начинается с того что путем короткого замыкания между электродом (катодом) и дном кристаллизатора (анодом), защищенным от прогара куском переплавляемого материала, зажигается дуга. Выделяющееся в разряде тепло начинает оплавлять электрод, металл которого стекает каплями в водоохлаждаемый кристаллизатор и постепенно образует очищенный от примесей слиток. В результате теплового действия дуги в верхней части слитка образуется лунка – объем жидкого металла.

Управление плавкой в начальный и завершающий периоды имеет свои особенности. На крупных печах после зажигания дуги осуществляют режим прогрева электрода, который характеризуется постоянным увеличением силы тока, начиная примерно с 20% от его номинальных значений. Такой режим необходим для прогрева электрода до температуры плавления и для предотвращения возможного прожога дна кристаллизатора, на котором находится лишь небольшое исходное количество металла. В конце плавки мощность, подводимая к печи, должна снижаться также постепенно, чтобы из-за быстрого охлаждения слитка в нем образовалась большая усадочная раковина.

Трудности в автоматическом управлении процессом плавки в печах с расходуемым электродом связаны с невозможностью непосредственного измерения длины дуги или однозначно зависящего от неё напряжения дуги. Измерению поддаётся лишь напряжение на зажимах печи, которое складывается из напряжения дуги и переменного падения напряжения на токоведущих частях печи и контактах между ними. Второе слагаемое зависит от переменных свойств тоководов и контактов и исключает точное определение длины дуги по напряжению на зажимах печи. В качестве показателя, характеризующего длину дуги, можно использовать среднюю частоту следования импульсов в цепи питания печи. Импульсы в цепи питания возникают из-за периодического шунтирования стекающими с электрода каплями металла разрядного промежутка. Шунтирование приводит к импульсным изменениям напряжения на дуге. Установлено, что при неизменном значении силы тока питания средняя частота импульсов связано с длиной дуги, причем с увеличением длины дуги частота импульсов уменьшается. Наличие такой связи используется в качестве корректирующего сигнала в системах автоматического регулирования.

Помимо неконтролирующих возмущений, связанных с изменением сопротивления токоведущих частей печи, в процессе плавки возникают возмущения из-за нерегулярных газовыделений в зоне плавления. При увеличенном газовыделении происходит дополнительное ионизация газов, и суммарное сопротивление печи падает. Это явление сопровождается рассредоточением разряда и даже частичным его выходом в зазор между электродом и кристаллизатором. Система автоматического регулирования должна при этом уменьшать длину дуги для концентрирования разряда, как это бы требовалось из условия стабилизации сопротивления печи.

С учетом вышеизложенного можно сформулировать следующие основные функции, подлежащие выполнению системой автоматического контроля и регулирования ВДП:

1. Контроль параметров электрического режима печи;

2. Контроль работы вакуумной системы;

3. Контроль системы охлаждения кристаллизатора;

4. Автоматическое зажигание дуги и программный прогрев электрода;

5. Автоматическое регулирование длины дуги;

6. Автоматическая стабилизация силы тока дуги;

7. Программное снижение мощности в конце плавки;

8.Автоматическое устранение нарушений в режиме работы печи, связанный с дополнительной ионизацией газов;

9. Автоматическое отключение печи после окончания плавки.

Механизация трудоёмких процессов. С целью повышения производительности, а также качества выплавляемых слитков в плавильном участке предусмотрены следующие механизированные процессы производства. Транспортировка электродов и готовых слитков осуществляется передаточными тележками грузоподъёмностью 60 т. Процесс чистки литейного инструмента подлежит полной механизации для качественного удаления возгонов с внутренней поверхности изложниц. Чистка производится специальными приспособлениями. Чистка поддонов литейного инструмента производится плавильщиком участка сборки при помощи пневматической бормашинки, что удовлетворительно обеспечивает удаление накипи и обеспечивает надёжность контактных поясков. В процессе ремонта литейного инструмента применяются специальные станки по намотке соленоида, механизирован.участок.проверки.обмотки.соленоида.заданным.технологи-ческим параметрам. Полностью механизирован процесс загрузки и выгрузки литейного инструмента в плавильную печь.

Необходимо механизировать процессы, связанные с чисткой внутреннего объёма вакуумной камеры от титановых отходов и плесов. Для этой цели разработано техническое задание на разработку механизированного процесса чистки, предусматривающий отсос пыли промышленными пылесосами.

Процесс крепления огарка к электрододержателю остаётся ручной операцией, существует необходимость разработки приспособлений и механизмов для исключения данной ручной операции.

Привод электрододержателя, степень автоматизации и программирования его работы во многом определяют технический уровень вакуумно-дуговых печей. Назначение этой системы – равномерная подача электрода по мере его расхода в процессе плавки, поддержание постоянной заданной длины дуги и стабильного режима ее горения для обеспечения высокого качества слитков (в первую очередь поверхности) и безаварийной работы.

В настоящее время в системах автоматики на промышленных ВДП управление производится по таким параметрам, как напряжение, мощность дугового разряда в сочетании с длиной дуги. Последняя оценивается косвенно по частоте следования импульсов напряжения при постоянных капельных коротких замыканиях в процессе оплавления электродов.

В регулятор входит также блок для индикации и подавления боковых паразитных дуг, которые могут привести к проплавлению кристаллизатора. Регулятор комплектуется и программатором, позволяющим автоматически управлять процессом плавки по заранее заданному режиму изменения параметров во времени.

С применением автоматизированной системы управления повышаются требования к исполнительным механизмам, которые сводятся к следующему: малое время срабатывания, безынерционность, плавность, высокая чувствительность. На ВДП необходимо также обеспечить быстрый реверс с большими усилиями (большой мощностью) на подъем электрода при коротких замыканиях. Применявшиеся ранее системы приводов электрода с двигателями постоянного тока, управляющимися от электромашинных или магнитных усилителей, не удовлетворяли этим требованиям. Более подходящими для ВДП оказались приводы, в которых используется дифференциальный планетарный редуктор с двумя электродвигателями постоянного тока, питающимися от тиристорного источника.