Модернизация системы управления вакуумной печи на производстве

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………6
1. ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧЬЮ………10
1.1 Особенности конструкции вакуумной дуговой печи………………………10
1.2 Управление вакуумным дуговым переплавом…………………………………16
1.3 Обзор систем управления вакуумными дуговыми печами………………...26
1.4 Постановка задачи исследования……………………………………………27
2. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДЕЛИ ВД ПЕЧИ 32
2.1 Комплексная математическая модель ВД печи 32
2.2 Проверка адекватности разработанной комплексной математической модели 33
3. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ВАКУУМНОГО ДУГОВОГО ПЕРЕПЛАВА……………………………………………………...38
3.1 Система автоматической стабилизации межэлектродного промежутка…38
3.2 Система автоматической стабилизации вакуумного дугового переплава с помощью метода определения отклонений по видеоизображению…………41
4. МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНЫМ ДУГОВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАБИЛИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ…………………………………………...46
4.1 Состав и структура разработанной системы управления………………….46
4.2 Алгоритм работы АСУ со стабилизационными системами……………….50
4.3 Визуальная часть разработанной АСУ……………………………………..53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………57

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования. Производство высоколегируемых жаропрочных сплавов в России ознаменовано критической необходимостью модернизации технологии переплава слитков с использованием вакуумной печи для повышения конкурентоспособности отечественной черной металлургии. Указания, обозначенные в Стратегии развития черной металлургии России до 2030 года, инициированной приказом Министерства промышленности и торговли № 839 от 05 мая 2014 г., а также в подпрограмме № 10 «Металлургия» государственной программы, утвержденной Правительством РФ постановлением от 15 апреля 2014 г. № 328, подчеркивают приоритет разработки и адаптации передовых методов в данной области.
Среди ключевых задач, не теряющих своей актуальности, стоит выделить сокращение затратных аспектов производства и повышение качества литого металла в условиях действующих санкций и необходимости поиска новых рынков сбыта. Эти цели достигаются путем внедрения автоматизированных систем управления, аналогичных тем, что применяются в ведущих промышленных странах, способствующих оптимизации вакуумного дугового переплава, чем способствуют повышению качественных характеристик металла и устойчивости спроса на продукцию в высокотехнологичных секторах экономики России.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧЬЮ
1.1 Особенности конструкции вакуумной дуговой печи
Выплавка металла в вакуумных дуговых печах (ВД печах) осуществляется посредством электрической дуги. Высокое содержание мощности и тепла в электрической дуге нагревают металл за малые временные промежутки. ВД печи бывают двух типов - с расходуемым и не расходуемым электродом. Электрическая дуга горит между расходуемым электродом и ванной метала в ВД печах первого типа и между графитовым электродом и расплавляемым металлом в ВД печах второго типа.
В данной работе рассматривается ВД печь с расходуемым электродом типа ДСВ-3,2-Г1, устройство которой приведено в соответствии с рисунком 1.1.

Рисунок 1.1- Устройство вакуумной дуговой печи

Элементы ВД печи:
1. Электродвигатель, перемещающий шток электрододержателя и расходуемый электрод; 2. Вакуумная камера; 3. Источник питания печи; 4. Соединительные силовые кабели; 5. Шток электрододержателя; 6. Кристаллизатор; 7. Вакуумирующие насосы; 8. Механизм перемещения электрода; 9. Система видеонаблюдения за процессом переплава и измерения скорости образования слитка.
В процессе электрической дуговой плавки вакууме, тепло от разряда, инициированного между катодом и анодом, причем последний представляет собой водоохлаждаемый элемент, ликвидирует верхний слой потребляемого электрода. Конструкцией кристаллизатора, функционирующего как анод, служит медный цилиндр с внутренним кожухом, по которому циркулирует охлаждающая жидкость, способствующая твердению металла. Важным аспектом является его расположение в подчасти вакуумной камеры, что способствует созданию герметичной зоны с минимальным электрическим сопротивлением за счёт вакуумного уплотнения.
При старте процедуры, в момент сформирования жидкой ванны, дуга сначала между электродом и медной плитой — поддоном, а потом электрод зажигает дугу с расплавленным металлом. Медные токопродводы, рассеивающие магнитную индукцию и уменьшающие колебания поля, играют ключевую роль в обеспечении равномерного электрического контакта между коллектором тепла и токоведущей армированной камерой. В совокупности, это обуславливает однородность прохождения тока через кристаллизатор и основание, при этом они фиксируются на несущей раме, на которой же размещены электрододержатель и система подвода электрода, что в совокупности позволяет контролировать процесс плавления.
Устройство перемещения электрода в вакуумной дуговой печи представлено в соответствии с рисунками 1.2а и 1.2б.

Рисунок 1.2а - Устройство перемещения электрода в вакуумной дуговой печи




ДПТ Редуктор 1 Редуктор 2


Рисунок 1.2б - Устройство перемещения электрода в вакуумной дуговой печи
Устройство перемещения электрода ВД печи состоит из: 1. Электродвигателя постоянного тока (ДПТ); 2. Муфты; 3. Червячного редуктора; 4. Шестерни; 5. Дифференциального редуктора; 6. Шестерни; 7. Подшипника; 8. Зубчатого колеса; 9. Звездочки; 10, 11. Шестерни; 12. Зубчатого колеса; 13. Звездочки; 14. Зубчатого колеса; 15. Звездочки; 16. Шестерни; 17. Сельсина передатчика; 18. Рычага; 19. Муфты; 20. Электрода; 21. Муфты; 22. Шестерни; 23. Противовеса.
Процесс переплава может происходить в вакууме или в среде инертного газа. Вакуумная система, которая состоит из двух последовательно соединенных насосов и форвакуумного насоса с масленым уплотнением, откачивает воздух из камеры печи.
В кристаллизаторе происходит горение электродугового разряда (ЭД разряда), плавление металла и формирование слитка. Изложница кристаллизатора, изготовленная из меди или хромистой бронзы, соединяется с двухслойной рубашкой охлаждения, между которыми циркулирует вода. На внешнюю сторону кристаллизатора намотана катушка соленоида, которая создает знакопеременное магнитное поле внутри изложницы.
Вакуумирование печи производят для удаления воздуха и создания рабочего разряжения в плавильном пространстве до начала включения агрегата. Сначала в печи создают предварительное разряжение с помощью форвакуумных насосов, затем включают высоковакуумные насосы.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Глинков, М.А.. Расчет оплавления расходуемого электрода/ М.А. Глинков, Л.А. Волохонский, В.И. Дроздов // Электротермия. - Москва. - 1969. - Вып. 79.- С. 14 - 16.
2. Бочков, Д.А. Изучение гидродинамических процессов в вакуумной дуговой печи/ Д.А. Бочков, Л.А. Волохонский, Л.Е. Никольский // Тр. ВНИИТЭО. Исследования в области промышленного электронагрева. -Энергия.- Москва. - 1967. - вып. 2. - С. 33 - 41.
3. Освоение производства крупноразмерной продукции из жаропрочных никелевых сплавов./ Мулин С.В., Никонов Е.В., Батурин А.И., Волохонский Л.А. "Сталь". № 3, 2000 г., с. 75-77.
4. Волохонский Л.А. Вакуумные дуговые печи. - М..: Энергоатомиздат,1985, с. 85-94.
5. Альперович М.Е. Вакуумный дуговой переплав и его экономическая эффективность. М., Металлургия, 1978, 178 с.
6. Изаксон-Демидов Ю.А. Автоматическое управление дуговыми вакуумными печами. М., ОВНИИЭМ, 1966. 85 с.
7. ALD Vacuum TecHnologies GmbH. Vacuum Metallurgy. 2000. P. 22-23. 6. Нехамин С.М., Фридман М.А., Щербинин В.И. и др. Плавка кремния в руднотермической печи на выпрямленном токе. "Цветные металлы". № 2, 2000 г., с. 60-63. Миронов, Ю.М. Электрическая дуга в электротехнических установках. Монография / Ю.М. Миронов. - Изд. Чуваш. ун-та. - Чебоксары. - 2013. - 238 с.
8. Щедровский, С.Я. Высококремнистые ферросплавы / С.Я. Щедровский.- Металлургиздат. - Свердловск. - 1961. - 256 с.

Весь текст будет доступен после покупки