Реферат: Измерение уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ

--PAGE_BREAK--Способы измерения уровня жидкого металла в кристаллизаторе МНЛЗ
В последнее время разработаны новые методы непрерывной разливки стали, в соответствии с которыми разливаемый металл до образования наружной корки не подвергается воздействию ок­ружающей атмосферы. Предложены две технологи­ческие схемы разливки: под некоторым избыточ­ным давлением нейтрального газа и с вакуумированием металла непосредственно в потоке.[2]

При разливке под давлением в среде за­щитного газа исключается возможность интен­сивного окисления металла кислородом окружа­ющей атмосферы; при разливке под разрежением, кроме того, удается выделить и удалить из раз­ливаемого металла нежелательные газовые компо­ненты»

Однако осуществление предложенных схем в связи с необходимостью тщательной гермети­зации всего тракта разливки требует усложнения конструкции машин и полной автоматизации сис­темы управления, поскольку в этом случае ручное управление практически исключается.

В условиях избыточного давления нейтраль­ного газа между промежуточной емкостью и кри­сталлизатором важное значение приобретает стабилизация уровня жидкого металла в кристалли­заторе.



--PAGE_BREAK--Измерение уровня металла в крис­таллизаторе посредством измерительного устройства,  работающего на основе радиоактивности
В большинстве случаев фактический уровень металла в крис­таллизаторе определяют посредством измерительного устройства,  работающего на основе радиоактивности. Другие измерительные устрой­ства, например, термоэлементы, устанавливаемые в стенке кристал­лизатора,  не нашли широкого применения из-за присущих им недостат­ков.[2]

Радиоактивное измерительное устройство состоит из стержневидного препарата кобальта 60, сцинтилляционного счетчика и специального усилителя. Источники радиоактивного излучения и счет­чики размещают на кристаллизаторе таким образом, чтобы через учас­ток, на котором в процессе разливки стали должен установиться ее уровень, могли проходить и улавливаться счетчиком радиоактивные изотопы, поступающие от источника их излучения (рис.5).

<img width=«590» height=«557» src=«ref-1_483438417-46062.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">
Рис.
5
. Система непрерывного измерения уровня металла в крис­таллизаторе и принцип «шлакового барьера»:

1 — промежуточный ковш; 2 — стопор; 3 — наивысший уровень стали; 4 — минимальный уровень стали в кристаллизаторе; 5 — участок из­мерения; б — источник радиоактивного излучения — кобальт 60; 7 — сцинтилляционный счетчик; 8 — стержне видный источник радио­активного излучения (кобальт 60) для непрерывного измерения уров­ня металла в кристаллизаторе; 9 — точечный источник радиоактив­но излучения  (кобальт 60) для измерения предельных величин (здесь «шлаковый барьер»);  10 — кристаллизатор для литья слябов; (вид сверху);   S- подъем кристаллизатора;  U— напряжение

Толщина и плотность просвечиваемого материала определяют степень поглощения радиоактивного излучения и, следовательно, число изотопов, улавливаемых счетчиком. При повышении или пони­жении уровня стали на участке измерения его высоты в кристаллизаторе происходит большее или меньшее перекрытие радиоактивного из­лучения и вместе с тем изменение числа гамма-квантов, улавливае­мых счетчиком. Следовательно, количество попадающих на счетчик гамма-квантов служит мерой высоты уровня жидкой стали в кристал­лизаторе.

Гамма-кванты, достигающие счетчика,  вызывают световые вспышки во вмонтированном кристалле йодистого натрия, частота которых пропорциональна интенсивности проходящего радиоактивного излучения. Вместе с кристаллом находится оптически подрегулированный фотоэлектронный умножитель, в светочувствительной части которого световые вспышки вызывают образование вторичных элект­ронов. Затем в результате работы специальных умножителей, усилителей и преобразователей полного сопротивления получаются соот­ветствующие импульса.

Эти импульсы, стандартизованные, прообразованные и усилен­ные в счетчике, по специальному кабелю передаются в главней уси­литель, которой преобразует их в постоянное напряжение или силу тока, пропорциональные высоте уровня металла в кристаллизаторе.

Так как каждый радиоактивный процесс подвержен статическим колебаниям,  полученную таким образом измеренную величину нельзя использовать без дальнейшей, обработки. Эту обработку выполняют  специальные фильтры.

При проектировании таких измерительных устройств необходи­мо учитывать два противоположных требования.

Мощность источника излучения при порожнем кристаллизаторе должна обеспечивать около 4000-6000 импульсов в секунду,  так как при этом наблюдаются меньшие статические колебания.

Мощность источника излучения должна быть такой малой,  чтобы по возможности не создавалась или создавалась весьма небольшая контролируемая зона; при этом прежде всего учитывают опасность для здоровья обслуживающего персонала.

Оба эти требования учитываются при компромиссном решении, заключающемся в выборе мощностей источников радиоактивного излучения, обеспечивающих около 3000 импульсов в секунду для машин непрерывного литья заготовок квадратного сечения и около 1500 им­пульсов в секунду для слябовых МНЛЗ.

 Измерительное устройство, должно достигать этих мощностей излучения после половины продолжительности периода полураспада кобальта 60 при порожнем кристаллизаторе (период полураспада кобальта 60 составляет 5,3 года). Далее необходимо следить за тем, чтобы источник радиоактивного излучения был размещен на кристалли­заторе или внутри него так,  чтобы при установленной в процессе эксплуатации заданной высоте уровня металла в кристаллизаторе еще проходило бы около 60% импульсов, чтобы получалась достаточно большая пороговая доза на обеих сторонах. Небольшие нарушения пропорциональности в ходе кривой замеряемой на участке измерения величины могут быть линеаризованы с помощью корректора. Если источник и приемник радиоактивного излучения закрепить на кристаллизаторе или внутри него таким образом, чтобы это измерительное устройство совершало колебательное движение вместе с кристаллизатором,  то качание кристаллизатора модулирует фактичес­кое значение высоты уровня жидкого металла. Эта модуляция,  рас­сматриваемая как нежелательная помеха, компенсируется с помощью соответствующего устройства. Необходимость компенсации отпадает в том случае,  если высота или частота подъемов кристаллизатора во время измерения соответствуют требуемой точности регулирова­ния уровня металла, в нем.

Для повышения безопасности или для распознавания «конца процесса разливки стали» в кристаллизаторах дополнительно пре­дусматривается так называемый «шлаковый барьер». Он состоит из точечного источника радиоактивного излучения и дополнительного сцинтилляционного счетчика. Это измерительное устройство опреде­ляет уровни воздуха, шлака и стали на основе их различной плотности.

Это измерительное устройство сигнализирует о данных уров­нях, и эти сигналы используются для управления машиной непрерыв­ного литья заготовок.
            Данные о фактическом уровне металла в кристаллизаторе, получаемые от радиоактивного измерительного устройства, через корректор характеристик поступают в компенсационный усилитель. На втором входе компенсационного усилителя имеется напряжение, модулируемое движением подъема кристаллизатора. Подключенный активный фильтр продолжает обработку компенсированного, но, все-таки еще измененного статистическим колебанием фактического значения уровня металла в кристаллизаторе. После этого сигнал, фактического значения достигает смесительного входа регулятора уровня без выдержки времени и определяет разность между фактическим и заданным уровнями металла в кристаллизаторе.

Сигнал для регулирования скорости вытягивания заготовки снимается на выходе регулятора уровня и через регулируемые ограничительные  устройства подводится к регулятору скорости вращения органов,  регулирующих скорость вытягивания заготовки. Сигнал    отклонения регулируемой величины h(то есть регулируемого уровня металла в кристаллизаторе — прим. переводчика) поступает в согласующий усилитель. Этот нелинейный усилитель,  находящийся в замкнутом контуре регулирования стопора, работает как функциональное моделирующее устройство. Коэффициент пропорционального усиления этого согласующего усилителя, при отклонениях, регулируемой величины менее +-15% составляет 0,2,  а при отклонениях регулируемой величины более +15% составляет I. Этим достигается то, что замкнутый контур регулирования стопора в интервале нормальных откло­нений остается стабильным,  однако большие отклонения при доста­точно большом усилении могут быть быстро отрегулированы.   Сигнал отклонения регулируемой величины,  имеющийся в распоряжении на выходе согласующего усилителя, поступает в пропорционально-интегральной регулятор с раздельными интегральным и пропорциональным  каналами. Интегральный канал построен как двухдекадный счетчик, задача которого заключается в регулировании отклонения уровня металла в кристаллизаторе до нуля. Интегральный канал состоит из устройства, моделирующего величину (Betragsbildner) преобразователя напряжения в частоту, двухдекадного счетчика прямого и обратного счета и подключенного цифро-аналогового преобразователя.    

При начале, процесса литья параллельный пропорциональный канал отключается. При заполнении кристаллизатора сталью оператор  вручную устанавливает рабочую точку регулятора. Во избежание скачкообразного перехода при переключении на «автоматику» система регулирования устанавливается на фактическое значение в выключен­ном состоянии. Как только ypoвень металла в кристаллизаторе дости­гает участка измерения, пропорциональней регулятор, включаемой устройством, регистрирующим предельные значения, берет на себя  регулирование уровня металла в кристаллизаторе. При этом предполагается, что в момент процесса переключения на автоматическое регулирование стопор находится в положении эффективного регулирования.

Исходная величина интегрального канала впоследствии суммируется с исходной величиной пропорционального канала, и обе величины поступают в конечной усилитель и вместе с тем на cepвoпривод для установки стопора.

Рассмотренная выше система обеспечивает небольшие пропорциональные усиления при одновременно больших продолжительностях  переналадок.

Эту систему регулирования в соответствии с требованиями дополняют логические соединительное и управляющие устройства,  чтобы отдавать команды и обеспечивать соответствующие переключения внеш­них устройств.

Кроме того, дополнительно могут выдаваться отличительные сигналы или вводиться корректирующие сигналы. Форма и вид этих сигналов должны соответствовать требованиям машины непрерывного литья заготовок и данной системе регулирования

           В условиях повышения требований к качеству непрерывного слитка особое значение приобретает измерение и поддержание уровня жидкого металла в кристал­лизаторе МНЛЗ. Попытки использовать здесь самые разнообразные метода измерений привели к преимущественному распространению метода с применением радиоактивных источников, излучение которых используется для просвечивания кристаллизатора с жидким металлом. За рубежом аппаратура такого типа разработана и широко тиражируется фирмами «Bertgold» («Бертгольд»), ФРГ, «Brown Boverl» («Браун Бовери»), Швейцария, и используются при изготовлении оборудования ШЛЗ машинострои­тельными фирмами «Demag» («Демаг»), ФРГ «Mannesmarm» («Маннесман»), ФРГ и ДР.

В системе измерения уровня металла в кристаллизаторе фирмы «Бертгольд» в качестве источника радиоактивного излучения мощностью 10 МэВ используется изо­топ Со-60. Источник выполняется в виде проволочной спирали» покрытой для защиты от химически агрессивных сред благородным металлом. Для компенсации нелинейности измерения уровня жидкого металла, обусловленной изменениями толщин про­свечивания по мере подъема уровня, изменяют шаг намотки спирали, мощность ис­точника рассчитывается и выбирается в каждом конкретном случае в зависимости от геометрических размеров кристаллизатора и расстояния между источником и приемником излучения. Источник размещается в свинцовом контейнере и поток из­лучения коллимируется поворотным коллиматором. В качестве приемника излучения в системе используется сцинтилляционный детектор на базе кристалла NaY, разме­щаемый в защитном стальном водоохлаждаемом кожухе.

При использовании аппаратуры для контроля уровня металла в квадратных кристаллизаторах источник и приемник излучения размещаются стационарно вне кристаллизатора. На мощных слябовых МНЛЗ источник и приемник размещаются непо­средственно в стенке кристаллизатора в специальных приливах. С помощью термо­стойкого кабеля приемник излучения через соединительную коробку соединен с из­мерительным прибором типа В 3118, который является интегрирующим накопителем импульсов с последующим преобразованием сигнала интегратора в унифицированный сигнал 0-10 В и 0-5 мА. Прибор рассчитан на работу с потоком импульсов 450-9000 имп/с, интегратор позволяет накапливать их с постоянной времени 0,5; I и 2 с.

    продолжение
--PAGE_BREAK--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. <img width=«658» height=«574» src=«ref-1_483484479-30886.coolpic» v:shapes="_x0000_s1037">
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
<img width=«557» height=«449» src=«ref-1_483515365-23846.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">

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 <img width=«13» height=«17» src=«ref-1_483539211-86.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">-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 <img width=«13» height=«17» src=«ref-1_483539211-86.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">-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.

Конструкция ЭДУМ фирмы «Ниппон кокан» представляет собой две группы обмоток (ка­тушек), расположенных на магнитопроводе и защищенных от нагрева со стороны разли­вочного стакана и жидкого металла керамическим кожухом. Дополнительной защитой от нагрева является поток воздуха, подводящийся извне от внешнего источника, и определен­ным образом циркулирующий вокруг обмоток (катушек) внутри керамического кожуха. Пер­вая группа обмоток, включенная между собой согласно, является обмотками возбуждения, к которым подводится питающие ЭДУМ переменное напряжение с частотой в диапазоне от 1,5 до 4 кГц. Вторая группа, являющаяся сигнальными обмотками, включена между собой встречно. Указанный диапазон частот питающего напряжения обеспечивает наименьшее влияние проводимости шлакообразующей смеси. Опытным путем было получено, что при более высоких частотах питающего напряжения, например, 20-50 кГц, ЭДУМ измеряет уровень расплавленного шлака, а не расплавленного металла.

ЭДС, наведенная на сигнальных обмотках, зависит от расстояния между ЭДУМ и зерка­лом расплавленного металла по существенно нелинейному закону.

ЭДУМ конструкции фирмы «Ниппон кокан» закреплен на специальном штативе, который перемещается разливщиками вручную и устанавливается при измерении уровня металла на край кристаллизатора. Отличительной особенностью данной конструкции является ее простота, что позволило ряду фирм, например, в Китае и в России, повторить эту конструк­цию в тех или иных вариантах.

Недостатки:

-  неудобство в работе из-за наличия кабелей связи и шланга, подводящего охлаждаю­щий воздух, которые в большинстве случае находятся непосредственно на разливочной
площадке и подвержены механическим и тепловым воздействиям, а также могут ограничивать действия разливщика;

-  неудобства в работе из-за появления дополнительных операций для разливщика: «опе­рации установки и снятия» ЭДУМ в начале и в конце разливки, а также в аварийных ситуациях (дополнительно затрачивается от 5 до 15 с на выполнение операций «снятие ЭДУМ» и
«уборка в безопасное место»);

-  вариации величины коэффициента преобразования в функции «уровень — ЭДС» при
изменение места установки ЭДУМ в плоскости зеркала металла;

-  трудоемкость калибровки ЭДУМ (возможна только косвенная калибровка из-за разной
проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали);

-  необходимость подавления в сигнале ЭДУМ составляющей связанной с периодически­
ми колебаниями кристаллизатора относительно уровня металла (на частоте качания кри­сталлизатора).

Также существенным недостатком рассмотренной конструкции является значительный расход комплектующих (датчиков, кожухов, подставок, кабелей, шлангов), особенно при низкой технологической дисциплине персонала.

В конструкции ЭДУМ фирмы «Раутаруукки» первичный преобразователь установлен на специальном телескопическом кронштейне, выдвигающемся и убирающимся по команде разливщика. При этом достигается:

-  сохранность датчика и комплектующих;

-  установка датчика все время в одном и том же месте над плоскостью зеркала жидкого
металла;

-  отсутствие в полезном сигнале ЭДУМ составляющей, связанной с частотой качания
кристаллизатора.

Данные о влиянии шлакообразующей смеси на работу ЭДУМ отсутствуют. Однако эксплуатационные достоинства данной конструкции ЭДУМ снижаются необходи­мостью:

-  определения зоны безопасности для размещения телескопического кронштейна, что
затруднительно из-за ограниченности или отсутствия, в ряде случаев, места на разливочной площадке;

-  требованием наличия еще одной гидравлической системы для управления раздвижным
кронштейном.

Конструкция ЭДУМ фирмы IRM, встроенная в кристаллизатор, полностью лишена ука­занных недостатков и приближается по эксплуатационным характеристикам к изотопным датчикам. Данный ЭДУМ представляет собой группу обмоток, размещенных в специальном водоохлаждаемом кожухе, устанавливаемом на кристаллизатор, таким образом, что обмот­ки охватывают по периметру зеркало жидкого металла. Однако при достаточно больших размерах кристаллизатора конструкция ЭДУМ становится конструктивно громоздкой и не эффективной из-за необходимости подведения большой мощности питающего напряжения к обмоткам возбуждения. Оптимальными для применения данной конструкции ЭДУМ явля­ются кристаллизаторы с сечением не более 500x500 мм.

Особенностью всех конструкций ЭДУМ является необходимость правильного выбора со­отношения величины питающего напряжения и величины полезного сигнала, так как от этого зависит коэффициент усиления тракта преобразования сигнала первичного преобразо­вателя ЭДУМ. Величина полезной составляющей ЭДС сигнальных обмоток, зависит от уровня металла в кристаллизаторе и при удалении датчика от зеркала жидкого металла в диапазоне от 50 до 150 мм составляет не более 2-5 % от полного сигнала (зависит от гео­метрических размеров датчика, размеров кристаллизатора и др.). Например, коэффициент усиления в тракте преобразования «величина уровня металла — нормированный сигнал (4-20 мА, 0-5 В и т. д.)» для ЭДУМ, при габаритах первичного преобразователя: длина первичного преобразователя 200 мм, диаметр обмоток 30 мм, площади зеркала жидкого  металла 200x200 мм, над которым установлен первичный преобразователь, и питающем на­пряжении 10-15 В, составляет несколько сотен единиц. При таких значениях величины ко­эффициента усиления во вторичном преобразователе необходимо принимать меры по по­давлению внутренних шумов усилителя, а также применять ряд полосовых фильтров, по­давляющих электромагнитные помехи (в первую очередь помехи от переменного напряже­ния частотой 50 Гц). Все это приводит к снижению полосы пропускания и увеличению по­стоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ. В оптимальных конструкциях ЭДУМ запаздывание в преобразовании сигнала первичного преобразователя составляет не более 1 с. Большой коэффициент усиления в тракте преобразования сигнала ЭДУМ также накладывает ограничения по электромагнитной совместимости с другими электромагнит­ными устройствами, применяемыми на разливочной площадке. Такими устройствами могут быть мобильные радиостанции, системы электромагнитного перемешивания стали и т. д.

Применение вблизи ЭДУМ источника электромагнитных волн может вызвать аварийные ситуации, например, несанкционированное открывание или закрывание дозирующего уст­ройства.

Для ЭДУМ характерна существенная нелинейность функции преобразования «уровень металла — ЭДС». Различная чувствительность датчиков, зависящая от расстояния до зер­кала жидкого металла, является их методической погрешностью ЭДУМ. Нелинейность ха­рактеристики ЭДУМ, как и других ДУМ, приводит к переменному петлевому коэффициенту в тракте системы автоматического регулирования — САПУМК, что приводит к различию в точности поддержания уровня металла в требуемом по технологии рабочем диапазоне. Добиться линеаризации характеристики ЭДУМ можно следующими способами:

калибровкой ЭДУМ во всем рабочем диапазоне и последующим использованием полу­ченной калибровочной характеристики;

схемотехническими решениями во вторичном электронном преобразователе, например, путем использования устройств с нелинейной характеристикой;

алгоритмически.

Способ прямой калибровки ЭДУМ прост в исполнении, но имеет ограничения по точности линеаризации, так как существует отличие проводимости жидкой и закристаллизовавшейся стали, а для ЭДУМ на штативе возможно изменение положения первичного преобразова­теля в плоскости зеркала жидкого металла и относительно стенок кристаллизатора. Дан­ный способ наиболее пригоден для конструкций датчиков фирмы «Раутаруукки» и "IRM", в которых первичные преобразователи устанавливаются в одно и то же положение относи­тельно кристаллизатора и других металлических конструкций.

Фирмой «Ниппон кокан»  разработан ЭДУМ, в котором путем схемотехнических реше­ний во вторичном преобразователе удалось добиться квазилинейной характеристики пре­образования сигнала во всем рабочем диапазоне датчика (0-150 мм).

Примером одного из промышленно-применимых алгоритмических способов линеариза­ции характеристики преобразования ЭДУМ является способ, в котором используется со­ставляющая сигнала первичного преобразователя, связанная с наличием периодических колебаний кристаллизатора относительно слитка. В данном способе первичный преобразо­ватель устанавливается на кристаллизатор или встраивается в кристаллизатор. Так как амплитуда и частота качания кристаллизатора известны и программно задаются в процес­се разливки, то величина амплитуды составляющей полного сигнала первичного преобра­зователя может использоваться в качестве «пробного» воздействия для определения кру­тизны ЗДУМ в каждый период качаний кристаллизатора. Выделить «пробный» сигнал из сигнала первичного преобразователя можно путем полосовой фильтрации сигнала первич­ного преобразователя на частоте качания кристаллизатора, причем как на этапе аналого­вой обработки сигнала, так и в цифровом виде. Амплитуда сигнала, прошедшего полосо­вую фильтрацию, пропорциональна амплитуде качаний кристаллизатора. Аналоговое уст­ройство, реализующее выделение «пробного» сигнала, представляет набор полосовых LCили RCфильтров, настроенных на разные частоты, соразмерные с частотой качания кри­сталлизатора включаемые по команде извне по мере перехода с одной частоты кача­ния кристаллизатора на другую. Однако более предпочтительной является фильтрация сигнала в цифровом виде, так как методы цифровой фильтрации позволяют реализовать полосовые фильтры близкие к идеальным. На следующих стадиях алгоритма, после фильтрации, проводится измерение амплитуды «пробного» сигнала. Измеренная величина сопоставляется с известной (заданной или независимо измеренной) величиной амплитуды качаний кристаллизатора, на основании чего может быть вычислена крутизна в каждой точ­ке характеристики ЭДУМ, На основании вычисленных значений крутизны на следующих стадиях алгоритма корректируется коэффициент усиления для приведения характеристики ЭДУМ к линейному виду. Данный способ позволяет добиться линейности характеристики ЭДУМ во всем рабочем диапазоне с высокой степенью точности, ограниченной степенью гармоничности колебаний поверхности зеркала жидкого металла относительно кристалли­затора. При возникновении негармоничных колебаний, например, связанных с размывани­ем отверстий разливочного стакана появляется погрешность в определении величины ам­плитуды «пробного» сигнала, которая может достигать значительной величины. Для устра­нения данной погрешности амплитуду «пробного» сигнала следует вычислять на нескольких периодах колебаний, а в качестве калибровочного значения использовать величину, вы­численную как среднее значение измеренных амплитуд. Недостатками алгоритмического способа линеаризации характеристики ЭДУМ являются:

методическая ошибка, появляющаяся из-за вычисления значения коэффициента усиле­ния на основании предыдущих замеров амплитуды «пробного» сигнала;

повышенная величина постоянной времени тракта преобразования сигнала ЭДУМ, на­пример, по сравнению ЭДУМ, в котором линеаризация достигается путем использования калибровочной характеристики;

возможностью аварийных ситуаций при нерегулярности поведения зеркала жидкого ме­талла в кристаллизаторе.

На рисунке8, представлена блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характери­стики ЭДУМ.

Рис.8 Блок-схема ЭДУМ, реализующего способ измерения уровня металла в кристаллизаторе с использованием алгоритмической линеаризации характеристики ЭДУМ.
Перспектива развития ДУМ:

миниатюризация; повышение удобства эксплуата­ции и надежности;

снижение эксплуатационных рас­ходов и стоимости комплектующих; повышение безопасности работы; повышение точности измерения. Для выполнения этих требований рассмотренные   ДУМ   должны   со­вершенствоваться     в    следующих направлениях.

Изотопные ДУМ.Снижение мощ­ности источника радиационного из­лучения; повышение помехозащи­щенности приемного тракта; пере­ход на другие виды радиационного излучения, например, с использова­нием нейтронных генераторов или генераторов рентгеновского типа, управляемых и не имеющих после­действия (вторичного радиационно­го излучения).

Электромагнитные ДУМ. Уменьшение габаритов первичных преоб­разователей (наружный диаметр первичных преобразователей 10-20 мм — для датчиков устанавливаемых над зеркалом жидкого металла на край кристаллизатора); применение материалов и разработка конст­рукций, приводящих к снижению цены для приближения к цене традиционно расходных ма­териалов (футеровка, термопары разового действия, пробоотборника и др.); интеграция конструкция ЭДУМ в систему перемешивания металла в кристаллизаторе для устранения влияния перекрестных электромагнитных полей; разработка конструкций ЭДУМ, пригодных для закрепления на промковшах; уменьшение количества коммуникаций (электрический кабель, шланг системы охлаждения), подсоединяемых к ЭДУМ.

    продолжение
--PAGE_BREAK--