· Электромагнитный датчик не чувствителен к толщине слоя шлакообразующей смеси, покрывающей поверхность расплавленного металла в кристаллизаторе МНЛЗ;

· Ширина полосы пропускания электромагнитного датчика существенно превышает аналогичный параметр радиоизотопного датчика;

· Уровень собственного шума радиоизотопного датчика относительно высок. Его стандартное отклонение составляет около 1,5 мм. Шум датчика хорошо виден при пустом кристаллизаторе перед началом разливки. Система стабилизации принципиально не может обеспечить ошибку стабилизации меньше уровня собственного шума датчика.

Методика проведения испытаний

Основные метрологические характеристики электромагнитного датчика (коэффициент преобразования и уровень металла в кристаллизаторе, при котором он считается наполненным на 100%) были установлены равными соответствующим показателям изотопного датчика. Электромагнитный датчик был дооснащен аналоговым выходом в виде тока 4-20 мА. Через этот выход электромагнитный датчик подключался к системе стабилизации уровня металла вместо радиоизотопного датчика. В процессе разливки была предусмотрена возможность переключать датчики, использующиеся для управления уровнем металла в кристаллизаторе. Во всех режимах работы системы стабилизации уровня показания обоих датчиков регистрировались синхронно быстродействующей цифровой измерительной системой. Данные измерений в виде абсолютных значений уровня металла, отмеренных от верхнего среза медных плит кристаллизатора, выраженные в миллиметрах сохранялись в архиве.
Статистическая обработка всех результатов измерений проводилась единообразно. Для обработки использовались электронные таблицы EXCEL, в которые импортировались данные из архивов, полученных в процессе разливки. Для выбранных фрагментов записей вычислялось стандартное отклонение.

Результаты

23 января 2003 испытания проводились при разливке перитектической стали. Система стабилизации уровня металла работала первоначально с радиоизотопным датчиком, а под конец разливки был подключен электромагнитный датчик уровня.
Наилучший результат был достигнут при работе с электромагнитным датчиком. Для этого потребовалось уменьшить (в четыре раза по сравнению с радиоизотопным датчиком) постоянную времени фильтра нижних частот на выходе электромагнитного. Фрагмент архивной записи окончания разливки приведен ниже. Сигнал изотопного датчика отображается линией черного цвета, а сигнал электромагнитного датчика - серого.

Стандартное отклонение уровня металла в кристаллизаторе, измеренное электромагнитным датчиком уровня, на указанном временном интервале менее 1 мм. Аналогичный параметр сигнала радиоизотопного датчика на том же временном интервале немного превышает 2 мм.

На представленном фрагменте хорошо видны моменты подачи шлакообразующей смеси в кристаллизатор. После подачи шлакообразующей смеси выходной сигнал изотопного датчика резко возрастает и далее медленно уменьшается по мере ее расхода.

На следующем рисунке приведен 20 секундный фрагмент реализации. Сигнал датчика Berthold показан черным цветом, датчика ТЕХНОАП (ТА) - серым. Управление уровнем в это время производилось от датчика ТЕХНОАП.

Отчет о разработке и промышленных испытаниях
датчика уровня металла "ДУМ бортовой"

Датчик уровня металла ДУМ-бортовой (далее - датчик) предназначен для измерения уровня металла в кристаллизаторах МНЛЗ при работе в составе системы автоматического поддержания уровня металла типа "Уровень". Конструкция датчика предполагает его встройку в воротник кристаллизатора.[5]

 ЦЕЛЬ РАЗРАБОТКИ

Целью разработки являлось улучшение эксплуатационных и потребительских свойств системы "Уровень" за счет создания встроенного датчика уровня металла, обладающего следующими преимуществами по сравнению со штативным датчиком (ДУМ-07):

· Упрощение работы технологического персонала УНРС
Нет необходимости устанавливать датчик и снимать его при замене погружного стакана.

· Улучшение условий работы с кристаллизатором
Зеркало металла полностью открыто для наблюдения и подсыпания шлакообразующей смеси

· Повышение надежности кабельной и воздушной трассы датчика
Электрический кабель и шланг с воздухом прокладывается под разливочной площадкой и не подвергается воздействию искр и брызг металла. Кроме то-го, кабели не мешают работе на разливочной площадке.

· Увеличение информативности системы "Уровень"
Появляется возможность получения информации о изменениях уровня металла во время замены разливочного стакана, при перековшовке, а также в других ситуациях, когда штативный датчик необходимо снимать с кристаллизатора.

ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ

Основные задачи разработки состояли в следующем:

· разработка чувствительного элемента датчика, отвечающего требованиям диапазона и точности измерения уровня металла в кристаллизаторе.

· разработка корпуса датчика и деталей его крепления к корпусу кристаллизатора;

· разработка защитного экрана, защищающего датчик от сильного нагрева и брызг металла;

· разработка методики работы с датчиком; обеспечение возможности использования резервного штативного датчика (ДУМ-07) при аварийном выходе из строя встроенного датчика.

 МЕТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ

Разработка датчика состояла из следующих этапов:

· Математическое моделирование и макетирование датчика.
На этом этапе проектировались основные параметры датчика, его обмоток и корпуса.

· Изготовление и испытание макета датчика.
Испытания проводились на специальном стенде, имитирующем кристаллизатор, жидкий металл и механизм качания.

· Изготовление и испытание промышленного образца датчика.
Проведение испытаний на стенде. Тепловые испытания.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ

Устройство и работа датчика

 Общие сведения

Датчик содержит обмотки, размещенные в корпусе из нержавеющей стали. Передняя стенка изготовлена из термостойкого неэлектропроводного материала. На задней стенке размещен электрический разъем и штуцер для подключения шланга с воздухом (см. рис.1). На верхней грани датчика предусмотрены штыри для фиксации защитного экрана.

Датчик с помощью монтажного комплекта устанавливается на широкой стенке кристаллизатора, заменяя тем самым часть воротника кристаллизатора. Лицевая стенка датчика, таким образом, расположена в одной плоскости с медной стенкой кристаллизатора.

Защитный экран предназначен для защиты датчика от теплового излучения и брызг металла.

Общие сведения

Подготовка к работе. Монтаж датчика на кристаллизаторе

Для установки датчика необходимо предварительно произвести доработку деталей кристаллизатора, воротника и защитной плиты. Благодаря существующему разнообразию конструкции кристаллизаторов и их деталей, чертежи встройки датчика для каждого типа кристаллизатора должны разрабатываться отдельно и согласовываться с заказчиком.

Общие требования к установке датчика заключаются в следующем:

· место установки датчика на кристаллизаторе должно определяться из минимума вероятности повреждения датчика при аварийных ситуациях и максимального расстояния от разливочного стакана, а также удобства обслуживания мениска металла во время работы установки;

· датчик должен быть установлен на кристаллизаторе таким образом, чтобы его передняя стенка находилась в одной плоскости с медной стенкой кристаллизатора;

· крепление датчика к кристаллизатору должно быть надежно и обеспечивать неподвижность датчика относительно кристаллизатора при работающем механизме качания кристаллизатора;

· защитная плита кристаллизатора должна быть установлена таким образом, чтобы исключить ее вибрации относительно кристаллизатора;

Подготовка датчика к работе включает в себя следующее:

1. Проверка технического состояния.

Проверка технического состояния датчика производится перед установкой его на кристаллизатор и предполагает внешний осмотр и проверку параметров датчика. При внешнем осмотре необходимо убедиться в целостности корпуса датчика, в отсутствии видимых повреждений. Проверка параметров датчика предполагает замер сопротивлений обмоток датчика на его электрическом разъеме и сверка этих параметров с данными, указанными в Руководстве по эксплуатации.

2. Монтаж ДУМ на кристаллизаторе.

Установка датчика на кристаллизаторе может осуществляться как на участке подготовки кристаллизатора, так и на разливочной площадке во время переподготовки УНРС.

Датчик необходимо закрепить к кристаллизатору с помощью болтов или шпилек (см. рис.2). При этом необходимо установить датчик так, чтобы его лицевая стенка находилась в одной плоскости с медной стенкой кристаллизатора. Нижняя грань датчика должна плотно прилегать к торцу медной стенки кристаллизатора.

3. Подключение электрического кабеля и шланга трассы воздушного охлаждения.
Электрический кабель и шланг воздушного охлаждения необходимо подключить до установки защитной плиты кристаллизатора. После подсоединения шланга включить подачу воздуха и убедится, что воздух выходит из отверстий на задней стенке датчика. При установленном воротнике кристаллизатора (см. рис.3) необходимо заложить пространство между датчиком и воротником шнуровым асбестом.

4. Установка защитного экрана

. После заведения в кристаллизатор затравки необходимо установить на датчик защитный экран (см. рис.4).