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金属液面控制机构设计 塞棒控制方式.docx

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  • 文档编号:203487609
  • 上传时间:2021-10-21
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    • 第一章绪论1.1金属液面控制系统的简单介绍随着现代工业的发展,对口动化程度的要求越来越高主要是涉及到口动控 制系统的设计,本主要是有关冶金方面金属液面高度口动调节控制的设计基本 的原理是:炼钢设备质量对液体的流量,速度等都有比较高的要求,进而由塞棒 的水平运动来控制流量的大小,水平方向的运动涉及到运动平台的设计,水平运 动乂有一定的限制,于是选择了水平方向的光栅检测来控制水平运动的极限位置 电机的转速是受到PLC控制的,卩LC通过激光对金属液面高度的检测来控制电机的 止转或是反转及转动的速度于是就可以达到实际冶金的要求主要分为三个部 分:一、机械执行部分的设计;二、检测反馈系统的设计选择;三、关于控制系 统的设计机械执行部分主要是步进电机,联轴器,滚动丝杆,光杆及支撑架和 塞棒等的设计选择检测系统是涉及到光栅对行程的检测和激光对金属液面高度 的检测控制系统是利用西门子S7-200PLC芯片来处理对液面的检测,控制反馈等1.2液位自动检测发展现状与展望发展现状当铸轧速度、金属液温度和铸轧冷却强度一定的条件下,前箱液位直接影响 铸轧带坯的厚度同时为了保证铸轧过程的连续性,当铸轧速度变化时,所需金 属量应稳定在一定的范围内。

      为保证前箱中的液位稳定,H前国内通常采用二级 控制:第一级控制温炉流口处控制主要有两种形式:第二级控制前箱中的液位 保温炉流口处液位控制主要有两种方式:一是通过人工观察前箱中的液位,手动 调整保温炉流口塞杆;二是流口处流槽中放置浮子式传感器取得液位信号,通过 气缸驱动流口塞杆这两种方法都存在一个共同问题,就是塞杆动作幅度大,铝 液速度变化快,造成液面冲击大,液位不稳定需要设计-•种液面自动控制系统, 采用步进电机精确传动,可以精确控制流槽液面的高度随着科学技术与生产的迅速发展,液位口动检测领域出现了种类多样的测量 手段,并且越来越完善,各项性能指标起来越易于适用工业生产的要求,其自动 化、智能化水平越来越高液体液位的检测方法与仪器液位测量装置不但要求精 度要高,还要求具有在恶劣环境下持续传感的能力,如要考虑压力、温度、腐蚀 性、导电性,是否存在聚合、粘稠、气化、起泡等现象,以及密度与密度变化、 清洁及脏污程度、液而扰动等因素此外还须具备数字化或线性化输出,对安全 性、强度和可靠性要求很高,往往要求在液位传感系统小具有报警和自诊断的能 力H前国内外在液位监测方而采用的技术和产品很多,传统的液位传感器按其 采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。

      近年来国内外一些研制单位还研 制开发更新的传感监测技术就液而检测技术,按原理分有浮子式、压力式、超 声波式、吹气式等各种方式都根据其需要设计完成,其结构、量程和精度适用 于各种不同的场合,大多结构较为复杂,制造成本偏高;市而丄也有现成的液位 计,有投入式、浮球式、弹簧式等,多数成品价格惊人以丄液位订多数输岀为 模拟量电流或电压,有些为机械指针读数,不能用于远程监视;普遍适用于静止 液而,在波动液而易引起读数的波动液位自动检测的发展趋势近年来由于微电子技术的发展使得液位检测技术发生了根本性变化新的检 测原理与电子部件的应用使得液位测量仪更趋向小型化和微型化,特别是一些小 型现场液位开关发展极快,如超声液位计和振动式液位开关,由于没有可动部件, 所以可靠性高,不仅可现场显示,血且可以发出控制信号与此同时,液位检测 也在向着智能化发展,在液位测量领域内广泛应用微处理技术,以实现故障诊断 和报警,H的是提高测量的精确度、安全性和多功能化传感器方而,应用和设 中尽量实现不接触式或不渗透式测量,其中以超声波式液位计、光学式液位计、 电磁式液位计与辐射式液位计最为典型,血提高探头对恶劣的过程条件的抵抗能 力。

      着计算机应用的普及,直接输岀数字信号的数字化液位传感器已成为这一 领域仪表的发展趋势着纳米技术、生物工程技术的发展,纳米技术和生物技术 在液位测量中的应用也将会H益增多对于一些尚处于发展阶段的液位计在 H前的应用中并不是十分普遍,但其低成本高性能的吸引力给其发展带来光明的 前景1.3塞棒控制在冶金方向的应用弧形连铸机塞棒自动开浇与液位自动控制系统采用Siemens S7-200PLC作为基 础自动化设备,模仿人工开浇过程,设定自动开浇的5步动作,并通过生产试验 优化了开浇参数,液位调节时,PLC将检测到的液位信号与设定值比较,通过变增 益控制器利用差值来控制塞棒运动,以实现全自动浇钢从血提高了铸坏质量, 并为改造中国现有连铸机和设计现代化新铸机提供依据随着计算机技术的迅猛发展,连铸自动化水平不断提高,但开浇技术却一直 相对滞后20世纪80年代,丹涅利、德马克等己把白动开浇技术应用于连铸生产 血习前的大部分连铸机仍采用传统的手动开浇尽管近年来首钢、宝钢、包 钢等己在少数连铸机丄实现了自动开浇,但很多是从国外引进的,且经常由于自 动开浇模块引进的不完善或未完全掌握血降低开浇率因此,开发具有自主知识 产权的自动开浇技术是冶金工业的一项迫切任务。

      在连铸过程中,结晶器液 而波动一旦超过10mni,就可能使保护渣和朵滓大量卷入钢水小,且会在铸坯表 而产生夹渣和造成漏钢,所以结晶器钢水液位的稳定性是连续铸钢生产中至关重 要的问题在生产中通常采用控制塞棒开度的方法来控制液血的稳定1・4研究的基本内容,拟解决的主要问题铸轧生产以及其它金属生产铸造过程中,需要控制金属液而的水平位置液 而波动一旦过大,就可能使保护渣和杂质大量卷入钢水中,且会在铸坯表而产生 夹渣和造成漏钢,所以结晶器钢水液位的稳定性是连续铸钢生产中至关重要的问 题在生产过程中通常采用塞棒开度的方法来控制液而的稳定因此需要设计塞 棒型执行机构、检测系统及控制系统,采用现代控制方法,通过闭环反馈控制, 实现生产过程中金属液而的水平控制a. 液而控制精度:lmm;b. 执行器形式:塞棒控制型c. 执行器最大行程:250mm;d. 执行器驱动速度:1.0mm/s; c.执行器定位精度:0.25mmf. 执行器负载:100kgg. 驱动方式:伺服或步进驱动h. 检测方式:非接触式方式i. 液面检测范围:0〜300mmj. 控制方式:PLC或计算机控制k. 系统性能可靠,结构简单,维修、维护方便。

      第二章总体方案设计2.1连铸工艺过程连铸主体工艺设备通常包括:人包回转台,中间罐及中间罐车,结晶器、振动 台、二冷段、引锭杆、拉矫机以及剪切装置等铁矿石经过烧结、炼铁、炼钢工序后变成合格钢水,钢水被倾入钢包之中,通 过天车(必要时还增加精炼工序调节合金成份与钢水温度)吊至连铸平台的大包回 转台装载位,大包台旋转钢包到浇铸位,钢包底部装有滑板或滑门机构,通 过开启滑门,钢水从钢包流入中间(包)罐当中间罐内钢液达到一定高度后,开始 启动浇铸过程,提升中间罐上的塞棒位置或开启滑门,钢水经水口注入结晶器;通 过结晶器的水冷铜壁,钢液中的大量热量被结晶器铜壁内的水换出,靠近铜壁的 钢液逐渐凝固,形成铸坯坯壳,从上往下,坯壳增厚,通过拉矫机将铸坯从结晶 器底拉出,带液芯的铸坯再经过二冷段的冷却后形成完全凝固的铸坯,经剪切系 统按生产订单计划剪切成一•定尺寸长度的型坯至此,连铸的过程结束其后, 生成的型坯再经加热或均热以及轧制工序变成钢材产站连铸的工艺系统图如图 所示连铸系统T艺布直图(1) 塞棒主要作用是控制流入结晶器中钢液的流量在开浇前,塞棒下降到零 位,封堵中间包水口,当小间包内钢液到达一•定高度,由生产人员或液位自动控 制系统控制塞棒提升高度(位置),向结晶器注入钢水,并保持结晶器中钢水液位在 H标高度波动范围内,且波动幅度尽可能小。

      由于塞棒一•直浸在1500度以上的高 温钢水中,塞棒被逐渐熔蚀,因而使液位系统具有强时变特性;钢水中存在夹杂, 特别A1203具有较强粘性,容易粘附在塞棒头或水口周围,改变了塞棒的流量特 性,使液位系统具有强非线性特征塞棒位置提高以保持结晶器液位,严重时形 成瘤状,称为“结瘤",阻塞水口为“结瘤"突然剥落时,塞棒来不及调整,通过水 口注入结晶器的钢液流量突增,结晶器的钢水液位迅速上涨,或大幅波动,严重 时导致溢钢生产事故的发生2) 小间罐主要起浇铸生产缓冲作用当一个钢包的钢水流空以后,需要大包 转台旋转180度,将另一个臂上的钢水包旋到浇铸位,中间需要2〜4分钟的准备 时间其次是净化钢水,排除钢水中的杂质中间罐给注入中间包内的钢水杂质提供了一个丄浮的时间,为此,有些中包还设有专门的挡渣墙由于钢水从中 间包注入结晶器,中间包内钢水液位高度与中间包水口形状以及生产过程中水口 的损缺的状态变化将会直接影响注入结晶器小的钢水流速,从血影响结晶器内液 位的稳定此外,中间罐内墙是由耐火材料彻成,这些耐火材料在高温钢水的浸 蚀下剥落,可能堵塞水口,导致液位波动3) 结晶器其主要作用是导热并形成铸坯的初始形状以及进一步净化钢水中杂 质。

      通过水冷铜壁将液态钢水中的热烙换走,使其凝结成固态;同时结晶器钢水中 的杂质利用停留在结晶器内的时间上浮,被保护渣吸收结块,由生产工人清走 由于铸坯是连续不断地从结晶器底部拉出,特别是高效连铸机,拉速在4m/min以 ,注入钢水停留在结晶器的时间不到2秒钟,如果钢水液而有较大的波动,钢 液中的杂质由于下潜较深而无法及吋丄浮,将随铸坯带入到终端钢材产品中,从 血影响产品质量此外,由于钢水液位的波动可能将保护渣卷入钢水坯壳中,形 成坯壳裂缝,钢水从裂缝中流岀,诱发漏钢生产事故其次,由于结晶器钢水弯 月而离结晶器顶边距离通常较小(一般在80mm左右),液位控制稍有不慎,特别是 塞棒断头、水口阻塞/解阻塞等异常工况下,很容易导致钢水漫出结晶器,血发生 溢钢生产事故漏钢与溢钢生产事故发生,使连铸生产立即中断,同时还对结晶 器本身及周边,特别是其下方的设备构成严重危害,事故一旦发生,修复时间短 的在3科小时,长的达10多个小时因此连铸机生产过程中要求尽可能避免上述 两类事故的发生,为此,保持钢水液位的长期稳定至关重要4) 结晶器振动连铸坯实现脱膜的生产工艺,对于改善铸坯和结晶器界而间的润滑是非常有效的技术。

      同时周期性的振动迫使结晶器液位振荡,制约了液 位控制精度的进一步提高此外,二冷段与拉矫机在生产过程中,由于结垢、氧化铁、黑石粘附在二冷 段与拉矫机银而上会导致拉坯速度的波动二冷段还具有液芯床下功能,能实现 铸坯厚度的减薄2.2总的设计和选择的设备总体设计 塞棒的水平运动用来控制流量的大小,而水平运动需建个运动平台 运动平台主耍有光栅、步进电机和丝杆组成光栅来控制水平运动的极限位置, 步进电机和丝棒来控制水平运动电机的转速是受到PLC控制的,PLC通过激光对 金展液面高度的检测来控制电机的正转或是反转及转动的速度如下图:塞棒的 工艺图第三章滚珠丝杆副的选型与计算3.1滚珠丝杠副使物体运动时,一般来讲需要将动力产生的运动直接或通过其他机构间接地传 达到最终运动部以汽车为例,在发动机内由于汽油的燃烧使活塞上下移动,再通过 中间机构最终传递到车轮使Z发生回转运动为今世界中,能代表机械的、有各种运动机构的装置,可以说无一不是具有某种 形式的运动传导机构滚珠丝杠副是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转 化为回转运动的最合理的产品3. 2滚珠丝杠副的特长1、 与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母乙间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较 高的运动效率。

      与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动 结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3O在省电方而很有帮助2、 高精度的保证滚珠丝杠副是用FI本制造的世界最高水平的机械设备连。

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