CC BY
36
ным, что затрудняет восстановление марганца углеродом. К тому же высокая вязкость шлака затрудняет последующее довосстановление марганца алюминием.
Присадка алюминия в шлак позволяет повысить степень извлечения марганца в сплав, тем самым появляется возможность использовать марганцевые руды с более низким содержанием марганца, чем при производстве высокоуглеродистого ферромарганца в рудовосстановительной печи. Как видно из рис. 5, повышение количества присаживаемого алюминия до 2,60 % от массы руды приводит к максимальному извлечению марганца в сплав. В связи с общим уменьшением содержания монооксида марганца в шлаке дальнейшее повышение количества присаживаемого алюминия не приводит к возрастанию степени извлечения марганца в сплав. Из анализа рис. 6 можно сделать вывод, что оптимальная степень извлечения марганца (80-94,64%) будет наблюдаться при содержании в шлаке А1203 в количестве 12,5-38,3 % (при отсутствии присадок алюминия шлак будет содержать 4,5-9,5 % А1203). Повышение содержания в шлаке ДЬОз выше 38,3 % не ведет к возрастанию степени извлечения марганца.
В ходе исследований получали высокоуглеродистый ферромарганец с химическим составом, приведенным в табл. 2. Высокое содержание в нем
углерода объясняется тем, что в конце плавки не имелось возможности слить расплав из графитового тигля, из-за чего сплав дополнительно насыщался углеродом тигля.
В ходе проведенных лабораторных экспериментов были получены результаты по оптимальному фракционному составу шихты, виду восстановителя, содержанию в шихте извести и восстановителя, количеству присаживаемого в шлак алюминия.
Полученные результаты лабораторных исследований характеризуются высокой степенью извлечения марганца в сплав (82-94,6 %), и их можно использовать при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца в индукционной печи.
Список литературы
1. Нохрина О.И. Раскисление и легирование стали оксидными марганецеодержащими материалами: Монография. - Новокузнецк: СибГИУ, 2002. - 156 с.
2. Хазанов Л. Марганец СНГ: дефицит и излишек // Металлоснабжение и сбыт. - 2004. - № 11. - С. 98-103.
3. Сенин A.B., Чернобровый В.П., Михайлов Г.Г., Паш-кеев И.Ю., Кузнецова О.В. Исследование восстановления хромита железа углеродом // Сталь. - 2004. - № 11.-С. 41-45.
Таблица 2
Средний химический состав получаемого ферромарганца
Элемент Мп С Si S р Fe
Содержание, % 80-83 7,2-8,1 1,26-1,30 0,010-0,013 0,10-0,12 Остальное
УДК 621.771.002
М.К. Харахнина, В.Н. Мочалин, Д.Н. Перов ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет»
СИСТЕМА ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОЛОСЫ
Ранее была рассмотрена математическая модель процесса намотки полосы в рулон при использовании импульсного датчика числа оборотов моталки [1]. На кафедре автоматизации и систем управления на основе модели разработана система вычисления. теоретической массы движущейся
полосы с повышенной точностью, функциональная схема которой показана на рис. 1, где: 1 - толщиномер (Т), установленный на выходе пятой клети; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - вычислитель среднего значения толщины полосы; 4 - импульсный датчик (ДИ) числа
оборотов моталки; 5 - счетчик импульсов; 6 - за-датчик импульсов; 7 - счетчик числа оборотов моталки; 8 - летучие ножницы; 9 - рулон; 10 -вычислитель отклонения текущего значения толщины от номинального значения; 11 - вычислитель отклонения текущей массы витка от номинального значения; 12 - счетчик-сумматор отклонений масс витков; 13 - вычислитель теоретической массы движущейся полосы; 14 - задатчик теоретической массы полосы; 15 - первый компаратор; 16 - подсистема управления летучими ножницами; 17 - вычислитель текущего радиуса рулона; 18 - вычислитель текущей длины витка; 19 -счетчик-сумматор текущих длин витков; 20 - вычислитель текущей массы витка; 21 - счетчик-сумматор текущих масс витков; 22 - вычислитель оставшейся длины полосы, с которой необходимо начать торможение стана; 23 - вычислитель заданной длины полосы в рулоне; 24 - вычислитель разности заданной длины полосы в рулоне и суммы текущих длин витков в рулоне; 25 - второй компаратор; 26 - подсистема управления скоростью стана.
Аппаратные средства системы содержат плату микроконтроллера, персональный компьютер (PC), клавиатуру (KJ1), дисплей, датчик захвата полосы моталкой (конечный выключатель), импульсный датчик (ДИ) оборотов моталки ПДФ-ЗМ, радиоизотопный толщиномер (Т) типа ROBOTRON 24 024. Плата микроконтроллера включает в себя однокристальный микроконтроллер (МК) AT89S8252, оптоэлектронные развязки (ОЭР) типа АОТ128В, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) последовательного типа МАХ 1241, операционный усилитель (У) выполнен на микросхеме К140УД608, преобразователь напряжения МАХ 680, преобразователь уровней TTL сигналов в сигналы, соответствующие стандарту RS232 - МАХ 202Е (рис. 2).
Плата микроконтроллера служит для связи объекта с персональным компьютером. Гальваническую развязку между датчиками и выходными цепями с микроконтроллером обеспечивают оптоэлектронные пары ОЭР. Усилитель (У) используется как нормирующий преобразователь, является промежуточным звеном между толщиномером и аналого-цифровым преобразователем и питается от преобразователя, преобразующего однополяр-ное напряжение +5 В в двухполярное ± 10 В. АЦП
последовательного типа, осуществляет оцифровку аналогового сигнала толщиномера. Взаимодействие микроконтроллера с персональным компьютером осуществляется по интерфейсу RS232.
В системе микроконтроллер выполняет следующие функции:
-управляет АЦП МАХ1241 последовательного типа;
- получает оцифрованные данные посредством АЦП с толщиномера ROBOTRON 24 024;
-сохраняет полученные данные текущей толщины полосы в массиве ОЗУ;
- подсчитывает импульсы датчика оборотов моталки;
- определяет количество оборотов моталки;
- передает информацию о толщине и количестве оборотов по интерфейсу RS-232 в персональный компьютер;
- получает информацию из персонального компьютера о моменте выдачи сигналов на начало торможения прокатного стана и рез полосы;
-выдает соответствующие сигналы в подсистему управления скоростью стана и подсистему управления летучими ножницами.
Персональный компьютер выполняет следующие функции:
- вычисляет текущие параметры рулона на основании данных, полученных от микроконтроллера по формулам в соответствии с рис. 1;
-определяет момент выдачи сигнала на торможение стана и выдает сигнал в микроконтроллер;
- определяет момент выдачи сигнала на рез полосы и выдает сигнал в микроконтроллер;
- осуществляет взаимодействие оператора и системы вычисления с помощью интерфейса;
- формирует паспорт рулона и сохраняет его в файле.
Интерфейс программы персонального компьютера представлен на рис. 3.
Такие параметры, как номер рулона, изготовитель, заказчик, марка стали, ширина полосы, номинальная толщина, заданная теоретическая масса рулона, вводятся оператором вручную. Длина полосы в рулоне, вычисляемая теоретическая масса рулона, масса полосы, обусловленная отклонением текущего значения толщины полосы от номинального значения, рассчитываются программой и выводятся в соответствующие поля окна программы на дисплее.
Летучие
ножницы ^
Пятая клеть
14
Вычислитель среднего знач. толщины Л;
17
г« ='6+2]^
10
Г ' Г
И Дти,. = Д/г ■р
г
12 АМр
18
¿, = 2 •71Т„
20
от, = 2 • 71 • г„ - В • /г, • р
",-И
21
II 2>
23
22 Г/2
М,„
«•РЛо,
13
мгео9 = мр+тр
и и
24
15 Компаратор 1
25
Компаратор 2
16
Подсистема управления летучими ножницами
26
Подсистема управления скоростью стана
Рис. 1. Функциональная схема системы вычисления теоретической массы полосы
Датчик захвата полосы моталкой
ПДФ-ЗМ
да
ROBOTRON 24 024
Плата микроконтроллера АОТ128В
ОЭР
AOT128B
ОЭР
К140УД608 МАХ 1241
АЦП
МК
Р2.0 Р3.6
Р3.7
Р3.4
RxD
Р1.0
PI.1 TxD
Р1.2
L
МАХ 680
AT89S8252
АОТ128В
ОЭ Р
АОТ128В
ОЭР 1
1 1 1 1
МАХ 202 Е
1
Подсистема управления скоростью стана
Подсистема управления летучими ножницами
РС
RS 232
Дисплей
КЛ
Рис. 2. Аппаратные средства системы вычисления теоретической массы полосы
Система работает следующим образом. Движущаяся полоса, проходя через летучие ножницы 8, наматывается моталкой в рулон 9. Импульсный датчик 4 числа оборотов формирует импульсы прямоугольной формы. Толщиномер 1 измеряет толщину полосы и формирует аналоговый сигнал на входе аналого-цифрового преобразователя 2. Система настроена таким образом, что оцифровка
аналогового сигнала толщины осуществляется десять раз на длине одного витка полосы, наматываемой в рулон 9. В счетчик импульсов 5 с задатку
чика импульсов 6 записывается число, равное —,
где N - число прямоугольных импульсов, формируемых импульсным датчиком 4 за один оборот рулона 9. При достижении числа импульсов в
■М^ЗДй^ ^ ИИ
Номер рулона Ингоювитель Зшш:1чик
Марки стали
Кил и о мктрпо о рулпип. м
Золнннвя ■норктичппкня мисси. К1
Мнссн пливого р!|лпнп раг:ч«1ния. кг
Тииретичегкпя масси рулини. К1
ряиири
■Б
В!
10000 9978.798 1 OüV/.Ql
Mui:i:u Mi: 111111111 nri niмшиимиш толщины, ki 49.108ÍM
ДАТА И BPF-МЯ
09.0? ?008 12:02:38
Замелгкп'ис cthhj Рулон набран
Помина мы тя
I
толщина, мм Ширина лис 1.1. мм
Рис. 3. Интерфейс программы системы вычисления теоретической массы движущейся
полосы
счетчике 5, равного —, происходит запуск АЦП
2, оцифрованное значение помещается в память вычислителя среднего значения толщины полосы 3.
Одновременно с этим счетчик числа оборотов моталки 7 считает импульсы датчика 4 и фиксирует момент, когда оборот рулона 9 завершен, при этом на выходе счетчика 7 формируется сигнал, запускающий блок 3 на вычисление среднего значения толщины полосы на одном обороте моталки /г,. В блоке 19 происходит вычисление текущего радиуса рулона по формуле гн =гб + , где гб -
радиус гильзы моталки; /г, - средняя толщина полосы за один виток. Блок 20 вычисляет длину текущего витка по выражению Ц, = 2 • л ■ гн, а блок 21 - массу текущего витка т,- =2-л-гн -В-к1 -р,
где В - ширина полосы; р - плотность стали. В блоке 10 происходит вычисление отклонения номинального значения толщины /гиоы от среднего значения но формуле А/г = йном - . Блок 11 вычисляет отклонение массы текущего витка по формуле Ат1 = А/г, • В ■ Ц • р, а блок 12 суммирует
эти отклонения АМр Щ ■ Блок 22 суммирует длины текущих витков Ьр = , а блок 14 суммирует массы текущих витков согласно выражению Мр = . В блоке 13 вычисляется теоретическая масса полосы с учетом отклонений ее толщины от номинального значения Мтеор =
= Мр + АМр. В первом компараторе 15 происходит сравнение двух величин: заданного оператором значения теоретической массы Мзад в блоке 16 и вычисляемой системой в блоке 13 величины Мтеор. В случае их равенства выдается сигнал в
подсистему 18 управления летучими ножницами 8, далее происходит рез полосы.
В блоке 24 рассчитывается длина полосы, которую нужно еще намотать в рулон 9, но при этом необходимо начать торможение стана с рабочей скорости Ура6 до скорости реза Урез. Таким обра-
зом, блок 24 вычисляет длину по выражению к2аб - У2ез
¿ост = ре3 , где Азш - допустимое замедле-
2'Лам
ние стана. Блок 17 рассчитывает заданную длину рулона при известной заданной массе по формуле
¿зад = ——^—. Вычислитель 23 производит Я-Р-^ном
расчет разности заданной длины и суммы длин текущих витков рулона согласно выражению ¿зад ~ X! ¿< ' ВТ0Р0М компараторе 25 сравниваются £ост и Ьзад . Если величины равны, то
выдается сигнал в подсистему управления скоростью стана 26 для начала его замедления до скорости реза Грез.
Выводы.
1. Использование импульсного датчика моталки позволяет исключить погрешность, обусловленную износом мерильного ролика датчика длины, что повышает точность вычисления теоретической массы движущейся полосы.
2. Измерение отклонения текущего значения толщины полосы от номинального значения позволяет вычислить отклонение массы и оценить способ прокатки на «минус в пределах допуска» (экономия металла) или на «плюс» (перерасход металла).
3. Система обеспечивает намотку полосы заданной длины при заданной массе в рулоне с учетом отклонения текущей толщины полосы от номинального значения.
4. С ростом радиуса наматываемого рулона пропорционально увеличивается длина полосы между дискретными измерениями толщины.
Список литературы
1. Мочалш В.Н., Перов Д.Н., Харахнина М.К. Математическая модель процесса намотки рулона в задаче вычисления теоретической массы металла // Вестник Череповецкого государственного университета. - 2007. - № 4. -С. 152-156.
