Повышение достоверности контроля уровня металла в кристаллизаторе матричным вихретоковым преобразователем встроенного типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Савин Игорь Сергеевич

• Савин Игорь Сергеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Савин Игорь Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

1.1 Структура и принцип действия МНЛЗ

1.2 Способы измерения уровня металла в кристаллизаторе

1.2.1 Радиоизотопный способ измерения уровня

1.2.2 Тепловой способ измерения уровня

1.2.3 Оптический способ измерения уровня

1.2.4 Вихретоковый способ измерения уровня

1.3 Матричный накладной ВТП, встроенный в кристаллизатор, как объект исследования

1.4 Проблематика матричного накладного ВТП, встроенного в кристаллизатор

1.5 Погрешности матричного накладного ВТП, встроенного в кристаллизатор

1.5.1 Случайные погрешности

1.5.2. Систематические погрешности

1.5.3 Дополнительная погрешность от ЭМП

1.6 Выводы к первой главе

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ МАТРИЧНОГО НАКЛАДНОГО ВТП, ВСТРОЕННОГО В КРИСТАЛЛИЗАТОР

41

2.1 Исследование методических погрешностей косвенного способа контроля уровня

2.1.1 Исследование влияния условий разливки на распределение температуры в медной стенке кристаллизатора

2.1.2 Случайная погрешность от искажения распределения температуры в медной стенке кристаллизатора

2.1.3 Исследование динамической погрешности от инерционности тепловых процессов в медной стенке

2.2 Исследование влияния ЭМП на сигнал матричного накладного ВТП, встроенного в кристаллизатор

2.2.1 Аддитивная помеха от ЭМП (наведение ЭДС в измерительных катушках ВТП полем ЭМП)

2.2.2 Модуляционное влияние ЭМП (помеха от изменения ц объектов, окружающих ВТП)

2.3 Исследование погрешности матричного ВТП, связанной с особенностями конструкции и алгоритмом обработки сигнала

2.4 Выводы ко второй главе

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ МАТРИЧНОГО НАКЛАДНОГО ВТП, ВСТРОЕННОГО В КРИСТАЛЛИЗАТОР

68

3.1 Моделирование переходных тепловых процессов в кристаллизаторе

3.1.1 Математическая модель переходного теплового процесса в медной стенке кристаллизатора

3.1.2 Результаты моделирования переходного теплового процесса

3.2 Моделирование погрешности от ЭМП

3.2.1 Математическая модель ВТП в кристаллизаторе

3.2.2 Результаты моделирования изменения ц конструктивных элементов кристаллизатора

3.3 Выводы к третьей главе

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ МАТРИЧНОГО НАКЛАДНОГО ВТП, ВСТРОЕННОГО В КРИСТАЛЛИЗАТОР

90

4.1 Снижение случайной погрешности от искажения распределения температуры в медной стенке кристаллизатора

4.2 Снижение инструментальной погрешности, связанной с конструкцией ВТП и алгоритмом обработки сигнала

4.3 Снижение составляющей динамической погрешности ВТП, обусловленной тепловой инерцией медной стенки кристаллизатора

4.3.1 Междисциплинарная электромагнитно-тепловая модель ВТП в кристаллизаторе

4.3.2 Амплитудно-фазовая коррекция динамической погрешности

4.3.3 Оценка влияния частоты возбуждения ВТП на динамические свойства ПКУ

4.3.4 Динамическая коррекция сигнала ВТП с помощью пропорционально-дифференцирующего звена

4.4 Снижение погрешности от ЭМП

4.4.1 Снижение аддитивной составляющей помехи от ЭМП

4.4.2 Снижение модуляционной составляющей погрешности от ЭМП (помехи от изменения ц) с помощью доработки конструкции кристаллизатора

4.4.3 Снижение модуляционной составляющей погрешности от ЭМП с помощью периодического импульсного возбуждения

4.5 Экранный ВТП, как перспективное направление работы

4.6 Выводы к четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

138

Список терминов, условных обозначений и сокращений

Начальный сигнал ВТП - сумма трансформаторного сигнала и постоянного

сигнала вихревых токов, не связанного с перемещением стали.

Прибор контроля уровня металла (ПКУ) в кристаллизаторе - технологический

прибор, не требующий метрологической аттестации, чувствительный элемент

которого установлен в кристаллизаторе снаружи медной гильзы.

Уровень металла в кристаллизаторе - вертикальное положение металла

относительно верхнего торца медной стенки кристаллизатора.

Цвн - разность между напряжением измерительной катушки в текущий момент и

начальным сигналом (напряжением).

МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок.

ВТП - вихретоковый преобразователь.

ЭМП - электромагнитный перемешиватель стали.

ШОС - шлакообразующая смесь.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение достоверности контроля уровня металла в кристаллизаторе матричным вихретоковым преобразователем встроенного типа»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. На сегодняшний день почти вся сталь в мире производится в машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), т.к. непрерывная разливка, по сравнению с разливкой в изложницы, дает больший выход годного, лучшее качество продукции и большую производительность. Одним из основных узлов МНЛЗ является кристаллизатор, состоящий из медной гильзы или блока сборных медных плит с открытым проходным сечением, соответствующим размеру и форме производимой заготовки. Гильза или блок плит устанавливается в охлаждающем кожухе (корпусе кристаллизатора) и непрерывно охлаждается водой, обеспечивающей интенсивный теплоотвод от заготовки через медную стенку. До начала разливки кристаллизатор закрыт снизу холодной заготовкой (затравкой). Во время разливки жидкая сталь непрерывно поступает из промежуточного ковша в кристаллизатор. В кристаллизаторе образуется твердая корочка слитка и заготовка непрерывно вытягивается снизу из кристаллизатора [48, 85].

Важную роль в производстве стальной заготовки играет достоверность контроля уровня металла в кристаллизаторе во время разливки. Для обеспечения безаварийной работы МНЛЗ и высокого качества производимой стальной заготовки очень важно точно измерять и поддерживать неизменным уровень металла в кристаллизаторе с погрешностью не более ±5 мм [4, 23, 27, 28]. Стандартный диапазон измерения уровня составляет 50-250 мм от верха кристаллизатора [59].

На данный момент для измерения уровня используются приборы контроля уровня (ПКУ) в состав которых входят преимущественно вихретоковые преобразователи (ВТП) или радиоизотопные. Последние 15-20 лет наблюдается тенденция снижения использования радиоизотопных преобразователей, т.к. они чувствительны к шлакообразующей смеси (ШОС), добавляемой в кристаллизатор во время разливки, опасны для здоровья персонала, дороги в эксплуатации и требуют особых условий для обслуживания, транспортировки и

захоронения. Кроме того, точность измерения и стабилизации, а значит и качество стали, получаемой при использовании ВТП, выше, чем при использовании радиоизотопных преобразователей [14, 59].

ВТП, в зависимости от их расположения в кристаллизаторе, делятся на три типа: бортовые (краевые), штативные (подвесные) и встроенные [22, 47, 53, 54, 55, 59]. Бортовые и штативные ВТП измеряют расстояние до металла. Бортовые ВТП устанавливаются на торце кристаллизатора, штативные - непосредственно над зеркалом металла на специальном штативе. Из-за такого способа установки оба типа преобразователей подвержены заливам жидкой сталью при переливах и замене погружного стакана, через который сталь истекает в кристаллизатор. Кроме того, бортовые и штативные ВТП реагируют на нагрев элементов кристаллизатора и, зачастую, создают неудобства разливщику на разливочной площадке. Из-за малой величины сигнала, вносимого металлом, при малом проходном сечении кристаллизатора, бортовые и штативные ВТП не используют в сортовых кристаллизаторах. Минимальное сечение, на котором возможно использование бортового ВТП, равно 180х180 мм, при этом диапазон измерения значительно сокращается и составляет 50-100 мм от верха кристаллизатора [61].

Этих недостатков лишены ВТП встроенного типа, которые устанавливаются внутри кристаллизатора напротив медной стенки и измеряют уровень через медную стенку толщиной 10-20 мм, которая является сильным электродинамическим экраном. Сигнал от металла мал, по сравнению с сигналом от нагрева медной стенки, поэтому измерение уровня осуществляется косвенным способом, измеряя температуру медной стенки, т.к. известно, что температура в зоне контроля ВТП зависит от уровня стали [3, 27]. Однако косвенный принцип измерения, сложное электромагнитное окружение (зачастую кристаллизатор оснащается электромагнитным перемешивателем стали (ЭМП)) и особенности конструкции ВТП и алгоритма обработки его сигнала являются источниками погрешностей. Эти погрешности могут ограничивать область применения ВТП встроенного типа. Данные погрешности не изучены применительно к встроенному ВТП, в то же время исследование указанных погрешностей

поможет разработать более совершенный ПКУ и очертить область применения встроенного ВТП, который потенциально может использоваться в кристаллизаторе любого типа. В связи с этим актуальной является задача исследования погрешностей встроенного ВТП и разработки комплекса мер по снижению погрешностей.

Степень разработанности темы исследования. Основными производителями встроенных ВТП за рубежом являются фирмы Е^оНпеБ и ВатеН (Италия). В литературе нет информации о погрешностях, конструкции и алгоритме обработки сигнала этих ВТП. Из рекламной информации известно, что ВТП фирм Е^оНпеБ и ОашеН осуществляют косвенный контроль уровня, опираясь на изменение температуры медной стенки [15].

В патентной литературе описывается параметрический встроенный ВТП, осуществляющий косвенный контроль уровня по усредненной температуре медной стенки [66]. Такой ВТП измеряет уровень по калибровочной характеристике - зависимости уровня металла в [мм] от вносимого сопротивления Ъ. Температура медной стенки может изменяться в зависимости от множества параметров разливки (геометрии медной стенки, скорости разливки, типа металлургической смазки, марки стали и т.д.), что будет вносить погрешность в измерение уровня. Кроме того, при установке параметрического ВТП на кристаллизатор с другой толщиной стенки следует проводить коррекцию калибровочной характеристики, т.к. для кристаллизаторов с различной геометрией и толщиной медной стенки калибровочная характеристика будет отличаться.

Этого недостатка лишена матричная конструкция ВТП, описанная в [88], где рассматривается ВТП, состоящий из одной накладной возбуждающей катушки и ряда измерительных катушек. Ряд измерительных катушек позволяет отслеживать распределение температуры по высоте медной стенки. Измерение уровня осуществляется путем отслеживания характерной точки на распределении вносимых напряжений. При такой конструкции не требуется

проведение регулярной калибровки, поэтому матричная конструкция ВТП, как наиболее перспективная, является базовой в данной работе.

Одной из основных проблем встроенного ВТП является динамика сигнала, т.к. тепловые процессы в медной стенке могут иметь значительную постоянную времени, что приведет к инерционности сигнала уровня. Величина инерционности, вероятно, зависит от толщины медной стенки кристаллизатора. В [20] говорится, что встроенный ВТП фирмы Ergolmes работает при толщине стенки не более 14 мм.

Другим фактором, ограничивающим применение встроенного ВТП, может являться тип металлургической смазки, применяемой при разливке. В [59] отмечено, что смазки (литейное масло или шлакообразующая смесь (ШОС)) оказывают влияние на тепловой контакт между заготовкой и медной стенкой и могут влиять на теплопередачу от заготовки к медной стенке.

На данный момент нет опубликованных исследований влияния толщины медной стенки и типа разливочной смазки на сигнал встроенного ВТП, а статьи [20] и [59] носят обзорный (рекламный) характер и не раскрывают особенностей алгоритмов и конструкции ВТП, которые могут быть полезны для исследования. Причиной малого количества литературы по данной тематике может являться конкуренция между производителями ПКУ и нежелание делиться своими наработками с конкурентами. В то же время изучение влияния перечисленных факторов (толщины медной стенки и типа разливочной смазки) на сигнал ВТП необходимо, т.к. они могут оказывать влияние на точность измерения уровня.

В [88] опубликованы данные о влиянии ЭМП. Отмечено, что кроме аддитивной помехи в виде ЭДС, индуцируемой в катушках измерения полем ЭМП, имеется дополнительная составляющая помехи, происхождение которой не указано. Величина помехи превосходит сигнал от изменения уровня (нагрева медной стенки) в несколько раз. В рекламных материалах фирм Ergolines и Danieli указывается, что ВТП этих производителей работоспособны с ЭМП, но нигде в литературе нет данных о том, как этот результат был достигнут. Настоящая работа восполняет этот пробел.

Матричная конструкция ВТП и алгоритм обработки его сигнала, предложенный в [88], могут являться источниками погрешностей, что также требует исследования.

В [88] исследовалась возможность применения встроенного ВТП для контроля уровня в сортовом кристаллизаторе сечением до 150х150 мм (толщина стенки не более 15 мм), но нигде не рассматривался вопрос о возможности применения встроенного ВТП в кристаллизаторах другого типа (блюмовых и слябовых), в то время как встроенный ВТП востребован в кристаллизаторах всех типов. Данный вопрос требует исследования.

Объектом исследования является матричный накладной ВТП уровня металла, встроенный в кристаллизатор, а также сигналы ВТП, полученные на кристаллизаторах разного типа (в том числе и кристаллизаторах, оснащенных ЭМП).

Предметом исследования являются основные погрешности, возникающие при контроле уровня матричным накладным ВТП, встроенным в кристаллизатор.

Цель работы - снижение погрешностей ПКУ с матричным ВТП, возникающих при контроле уровня косвенным способом по распределению температуры в медной стенке кристаллизатора (по итогам работы ПКУ с матричным ВТП должен иметь характеристики не хуже, чем у ПКУ с радиоизотопным преобразователем).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить основные погрешности при косвенном измерении уровня металла матричным накладным ВТП, встроенным в кристаллизатор. Определить методы исследования погрешностей.

2. Провести анализ процессов теплопередачи в кристаллизаторе с целью исследования их влияния на погрешности ВТП косвенного контроля уровня.

3. Провести анализ внешних, по отношению к ВТП, электромагнитных полей, создаваемых ЭМП, с целью выявления механизма их влияния на сигнал ВТП.

4. Исследовать инструментальную погрешность, связанную с конструкцией ВТП и алгоритмом обработки сигнала.

5. Провести математическое моделирование погрешностей ВТП при вариации параметров кристаллизатора (толщины медной стенки, типа кристаллизатора, наличия ЭМП).

6. Разработать методы снижения перечисленных погрешностей. Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Доказано, что косвенный способ измерения уровня металла с помощью контроля распределения температуры по высоте медной стенки кристаллизатора универсален, т.е. применим ко всем типам кристаллизаторов (с точки зрения сохранения типовой формы распределения температуры по высоте медной стенки).

2. Выявлены основные погрешности матричного ВТП, осуществляющего косвенный контроль уровня металла:

• динамическая, возникающая при быстром изменении уровня металла,

• случайная, состоящая в кратковременном искажении формы распределения температуры по высоте медной стенки,

• погрешность от ЭМП,

• инструментальная погрешность, обусловленная конструкцией ВТП и алгоритмом обработки сигнала.

3. Доказано, что динамическая погрешность имеет две составляющие:

• составляющая от инерционности переходных тепловых процессов в медной стенке кристаллизатора, проявляющаяся одинаково независимо от типа кристаллизатора (при неизменной толщине медной стенки) и используемой металлургической смазки,

• запаздывание, вызванное перестроением слоя смазки между заготовкой и медной стенкой при быстром изменении уровня (только для разливки с ШОС).

4. Доказано, что частота возбуждения ВТП не влияет на динамику сигнала измерительной катушки, т.к. почти весь сигнал измерительной катушки ВТП обусловлен вихревыми токами, текущими на внешней поверхности медной стенки, находящейся ближе к ВТП.

5. Выявлено отличие формы годографов ивн измерительной катушки ВТП при «быстром» и «медленном» изменении уровня металла. В случае «быстрого» изменения уровня в годографе и вн в начале переходного теплового процесса имеется нелинейная динамическая составляющая.

6. Доказано, что влияние ЭМП на встроенный матричный ВТП имеет две составляющие:

• наведение ЭДС в измерительных обмотках ВТП полем ЭМП (аддитивное влияние ЭМП),

• помеха от изменения магнитной проницаемости ц слабомагнитных деталей кристаллизатора под действием поля ЭМП (модуляционное влияние ЭМП).

7. Разработан новый алгоритм вычисления уровня по распределению вносимых напряжений по высоте матричного ВТП, позволяющий снизить с 60 до 3-4 мм (в среднем) случайную погрешность, возникающую при временном искажении формы распределения температуры по высоте медной стенки кристаллизатора.

8. Разработан способ периодического импульсного возбуждения матричного ВТП и алгоритм обработки сигнала измерительной катушки, состоящий в устранении из обработки интервала времени, на котором имеется влияние слабомагнитных элементов кристаллизатора, с последующим преобразованием Фурье и частотной узкополосной фильтрацией, позволяющий устранить влияние ЭМП (аддитивное и модуляционное).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность средств исследования погрешностей встроенного матричного ВТП: междисциплинарная электромагнитно-тепловая модель ВТП в кристаллизаторе, промышленный эксперимент на МНЛЗ разного типа, лабораторный эксперимент с использованием имитатора стенки кристаллизатора, нагретой неравномерно по высоте.

2. Алгоритм обработки сигнала встроенного матричного ВТП, состоящий в определении положения середины фронта распределения вносимых напряжений по длине ВТП, и позволяющий снизить с 60 мм до 3-4 мм (в среднем) случайную погрешность, возникающую при временном искажении формы распределения температуры по высоте медной стенки кристаллизатора.

3. Выбор метода динамической коррекции сигнала ВТП с помощью пропорционально-дифференцирующего звена в качестве оптимального для устранения составляющей динамической погрешности ВТП, вызванной инерционностью переходных тепловых процессов в медной стенке кристаллизатора.

4. Разработана междисциплинарная (электромагнитно-тепловая) конечно-элементная модель ВТП в кристаллизаторе. С помощью модели получены годографы ивн измерительной катушки ВТП при бесконечно быстром (ступенчатом) и бесконечно медленном изменении уровня металла.

5. Способ устранения влияния ЭМП, заключающийся в доработке конструкции кристаллизатора (установке немагнитной вставки для сортового кристаллизатора или электродинамического экрана для блюмового и слябового кристаллизатора).

6. Применение периодического импульсного возбуждения ВТП для устранения погрешности, вызванной ЭМП.

7. Определена область применения встроенных матричных ВТП косвенного контроля уровня - в сортовых кристаллизаторах при разливке с маслом в качестве металлургической смазки с использованием динамической коррекции выходного сигнала. Использование ВТП осуществляющего косвенный контроль

уровня при разливке с ШОС затруднительно из-за дополнительной составляющей динамической погрешности ВТП (запаздывания), обусловленной нестабильностью слоя смазки между заготовкой и медной стенкой. 8. Результаты лабораторных экспериментов в виде годографов U вн от металла и нагрева медных стенок кристаллизатора для ВТП экранного типа, на основе которых выбрана оптимальная частота возбуждения, с точки зрения наибольшего соотношения сигнала от металла к сигналу нагрева медных стенок кристаллизатора (с целью осуществления прямого контроля уровня металла). В работе применялись следующие методы исследования:

1. Математическое моделирование методом конечных элементов. Для конечно-элементного моделирования использовался программный пакет ANSYS Workbench 17.1, который позволяет производить междисциплинарное моделирование (связывать различные области физики, в частности электромагнитные и тепловые задачи). В качестве программного средства для моделирования электромагнитного поля использовался модуль Maxwell. Для теплового расчета - модуль Mechanical.

2. Методы цифровой обработки и фильтрации сигналов. Метод преобразования Фурье. В экспериментальных исследованиях использовалась специализированная среда графического программирования LabView 2014.

3. Метод амплитудно-фазовой отстройки от мешающего фактора при вихретоковом измерении.

Достоверность результатов, полученных с помощью математической модели, подтверждается результатами, полученными в промышленном и лабораторном эксперименте и опубликованными работами в области электромагнитного неразрушающего контроля.

Область применения результатов. Результаты работы могут быть полезны специалистам, работающим в области электромагнитного неразрушающего контроля и разработки ВТП уровня металла.

Практическая ценность и внедрение результатов. Практическая ценность работы состоит в определении источников погрешностей и механизма

их влияния на сигнал ВТП. Предложены и внедрены практические способы снижения погрешностей ВТП. Результаты диссертационного исследования были использованы при разработке системы измерения уровня металла в сортовом кристаллизаторе МНЛЗ «СИУМ-С» (Приложение 1).

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на:

1. Ежегодной пользовательской конференции ANSYS и ПЛМ Урал, г. Москва, 2014 г.

2. 4-ой научно-практической конференции «Междисциплинарные исследования в области математического моделирования», г. Тольятти, 2014 г. [76].

3. 5-ой и 6-ой международной научно-технической конференции и выставке «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов», г. Могилев 2014, 2017 гг. [73, 74].

4. XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2014 - 2017 гг. [72, 75, 77, 80, 83].

5. 3-ем международном научном симпозиуме «Sense. Enable. SPITSE.», г. Смоленск, 2016 г. [21].

6. XI всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск, 2017. [70].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи [51, 71, 78, 79] в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ, 1 статья [89] в журнале, входящем в международную систему цитирования Scopus. Личный вклад автора состоит в:

1. Планировании, проведении экспериментов и интерпретации экспериментальных исследований погрешностей ВТП, обсуждении и анализе полученных результатов.

2. Разработке междисциплинарной электромагнитно-тепловой модели ВТП, встроенного в кристаллизатор.

3. Разработке способа снижения помехи от ЭМП, заключающемся в конструктивной доработке кристаллизатора.

4. Выборе наилучшего способа снижения динамической погрешности.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на

146 страницах машинописного текста, иллюстрируется 106 рисунками, содержит 4 таблицы и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 92 наименований и 1 приложения.

В первой главе диссертации представлен анализ различных способов измерения уровня металла в кристаллизаторе. Показано, что вихретоковый способ обладает рядом преимуществ по сравнению с остальными, а матричный накладной ВТП встроенного типа является приоритетной конструкцией. Определены основные погрешности ВТП. Поставлена задача исследования этих погрешностей и разработки комплекса мер по их снижению. Определены методы исследования для решения поставленных задач.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов теплопередачи в кристаллизаторе. Показано, что текущее распределение температуры может отличаться от типового распределения, усредненного за длительный промежуток времени, что влечет за собой погрешность измерения величиной до 60 мм. На основании результатов промышленного эксперимента по изучению динамической погрешности выдвинута гипотеза о том, что, помимо толщины медной стенки кристаллизатора, на запаздывание в сигнале ВТП может оказывать значительное влияние тип металлургической смазки (масло или ШОС), а само влияние смазки носит случайный характер. Приведены результаты исследования влияния ЭМП, показано, что помимо аддитивной помехи (индуцированной ЭДС) в сигнале измерительной катушки ВТП присутствует помеха с частотой, равной удвоенной частоте ЭМП. Выдвинута гипотеза, что эта помеха связана с изменением магнитной проницаемости ц слабомагнитных объектов, находящихся в поле возбуждения ВТП. Исследована погрешность, связанная с конструкцией ВТП и алгоритмом обработки его сигнала. Показано, что алгоритм, используемый в

[88], влечёт за собой погрешность измерения, которая увеличивается на краях измерительного диапазона.

Третья глава посвящена вопросам математического моделирования предполагаемых источников погрешностей с целью подтверждения гипотез, выдвинутых во второй главе. Рассмотрена нестационарная конечно-элементная модель теплопередачи в медной стенке. На основании сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными сделан вывод о влиянии ШОС на динамику теплового процесса в медной стенке. Влияние ШОС проявляется в появлении дополнительного запаздывания в сигнале ВТП. Разработана электромагнитная конечно-элементная модель ВТП в кристаллизаторе при изменении магнитных свойств конструктива кристаллизатора, на который устанавливается ВТП. Результаты моделирования и эксперимента подтверждают гипотезу о влиянии ЭМП на сигнал ВТП через изменение ц слабомагнитных объектов, окружающих ВТП.

В четвертой главе рассматриваются способы снижения основных погрешностей. Описан новый алгоритм определения уровня, позволяющий снизить погрешность от изменения температурного распределения по высоте медной стенки. Описан способ снижения инструментальной погрешности ВТП, заключающийся в коррекции выходной характеристики ВТП. Рассмотрена междисциплинарная электромагнитно-тепловая модель ВТП, с помощью которой исследовано влияние частоты возбуждения ВТП на его сигнал. В качестве оптимального способа снижения инерционной составляющей динамической погрешности ВТП выбран способ динамической коррекции с помощью пропорционально-дифференцирующего звена. Предложены 2 способа снижения модуляционного влияния ЭМП (помехи от изменения ц). Определено дальнейшее направление работы в области исследования ВТП экранного типа, показано, что переход от накладной конструкции ВТП к экранной позволяет увеличить соотношение сигнала от металла к сигналу от нагрева медных стенок, что открывает перспективу прямого контроля уровня.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

1.1 Структура и принцип действия МНЛЗ

Сегодня практически все марки стали производятся в МНЛЗ. Структура МНЛЗ (один ручей) изображена на Рис. 1.1. Жидкая сталь подается из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, расположенный над кристаллизаторами, затем сталь распределяется по кристаллизаторам. Промежуточный ковш часто комплектуется стопорным стержнем или шиберным затвором для контроля потока стали, подающейся в кристаллизатор. В сортовых МНЛЗ малого сечения (до 150 мм) уровень в кристаллизаторе поддерживается путем изменения скорости вытягивания заготовки. Зачастую, во избежание окисления стали, при разливке используют керамический погружной стакан, через который сталь истекает из промежуточного ковша в кристаллизатор [48, 85].

Сталеразливочный

Рис. 1.1 - Структура МНЛЗ

1

к

I

3

Обычно МНЛЗ имеет 1-6 кристаллизаторов. Форма заготовки определяется формой кристаллизатора. Кристаллизатор (Рис. 1.2) состоит из медной гильзы (сортовой кристаллизатор) или блока сборных медных плит (блюмовый и слябовый кристаллизаторы) с открытым проходным сечением. Стенки кристаллизатора или гильза установлены в рубашке водяного охлаждения, которая зафиксирована в корпусе кристаллизатора. В зазоре между рубашкой и гильзой циркулирует вода, охлаждающая гильзу, таким образом обеспечивается интенсивный теплоотвод от заготовки. До начала разливки кристаллизатор закрыт снизу холодной заготовкой (затравкой).

Внутри кристаллизатора сталь охлаждается до образования твердой внешней оболочки. В таком состоянии стальная заготовка выходит из кристаллизатора и попадает в зону вторичного охлаждения, где на заготовку распыляется вода из охлаждающих форсунок. Через непродолжительное время твердеют и внутренние слои стали [49].

Для улучшения качества производимой стальной заготовки кристаллизатор часто оснащается ЭМП, который представляет собой статор машины переменного тока, чаще всего с 3 парами полюсов. ЭМП подключается к трехфазному источнику напряжения. В обмотках ЭМП текут токи большой величины (100-500 А) и малой частоты (2-6 Гц). ЭМП создает вращающееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в металле. «Ротором» такого «асинхронного двигателя» является жидкая сталь. В результате перемешивания металла уменьшается количество неметаллических включений и других дефектов, что положительно влияет на качество заготовки [37, 69, 81, 84].

Рис. 1.2 - Сортовой кристаллизатор. 1 - медная гильза, 2 - корпус, 3 - рубашка водяного охлаждения, 4 - жидкий металл

Важным аспектом, особенно для высококачественных сталей, является соблюдение металлургических параметров кристаллизации, таких как постоянство охлаждения, качество кристаллизации и структура затвердевающей стали. Эти параметры зависят от точности поддержания уровня [4]. Существует определенный оптимум положения уровня металла: если уровень находится слишком высоко, возможен перелив или повреждение уплотнительных элементов верхней части кристаллизатора; если уровень находится слишком низко, снижается эффективность охлаждения, толщина внешней оболочки заготовки становится недостаточной, и заготовка ломается сразу после выхода из кристаллизатора, и жидкая сталь из внутренней части вытекает наружу. Как перелив, так и прорыв корочки заготовки являются аварийными ситуациями, сопряженными с существенными потерями по причине необходимого ремонта и прерывания процесса разливки на длительный срок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Савин Игорь Сергеевич, 2018 год

- Л

- У

-

- Г ✓

А / у

' г к -у

I К., ¿г ч__^

■ 1 • 1

■ Л 1«1 ^ 1

■ ~1/\ у

- ^7/ ----- -—

■ II

- // -02.0 -1 -

У 020 —.— 319.'

У _ I I _!

0

20

40

60

120

140

160

180

80 100 Время, с

Рис. 4.28 - Графики зависимости модулей иен на старте разливки и включение ЭМП (500А). Частоты возбуждения 62,5, 625 и 3 125 Гц

1. 4-

1 3-

1 2 -

1 1 -

1 0-

ш 0 9-

?

0 8-

I

Ш и 0 7-

л 0 6-

>

0 5-

О

0 4-

0 3-

0 2-

0 1 -

0 . 0-

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Время, с

Рис. 4.29 - Графики зависимости модулей иен на старте разливки и включение ЭМП (500А). Частоты возбуждения 62,5, 6 250 и 12 500 Гц

4.4.3 Снижение модуляционной составляющей погрешности от ЭМП с помощью периодического импульсного возбуждения

Механическая доработка кристаллизатора с целью снижения модуляционного влияния ЭМП не всегда возможна. Для снижения модуляционной составляющей погрешности (от изменения ц) можно использовать свойства импульсного возбуждения ВТП [1, 9, 12, 13, 43, 44, 45].

При импульсном возбуждении для накладного ВТП т переходного вихретокового процесса определяется по формуле [43]:

Т = Дв V, (9)

где Ru - радиус катушки возбуждения, ц - абсолютная магнитная проницаемость объекта контроля, а - удельная электрическая проводимость объекта контроля. ВТП устанавливается на конструктив кристаллизатора из слабомагнитной (нержавеющей) стали (рубашку или плиту) с а=1 МСм/м и ц=1-1,2 и измеряет изменение а медной стенки кристаллизатора с 56 до 35 МСм/м. Для медной стенки т переходного вихретокового процесса будет равна приблизительно 9 -13 мс, а для рубашки (плиты) из нержавеющей стали - 0,22-0,28 мс. Это значит, что при импульсном возбуждении вихревые токи в рубашке (плите) из слабомагнитной стали затухают в среднем в 40 раз быстрее, чем в медной стенке кристаллизатора.

Для снижения модуляционной помехи от ЭМП следует исключать из обработки напряжения измерительной катушки начальный диапазон времени после формирования возбуждающего импульса, снижая влияние объекта из нержавеющей стали (у которого изменяется ц) на сигнал измерительной катушки.

На Рис. 4.30 изображена упрощенная модель накладного трансформаторного ВТП, установленного над двумя пластинами, имитирующими рубашку из нержавеющей стали и медную стенку кристаллизатора. Модель выполнена в осесимметричной постановке. Использовался решатель для нестационарных магнитных полей Transient

программного пакета ANSYS Electronics Desktop 2016.1. Моделировался сигнал измерительной катушки от изменения а медной стенки кристаллизатора и от изменения ц рубашки из нержавеющей стали при импульсном возбуждении ВТП.

Катушка

X

Медная стенка кристаллизатора

Рис. 4.30 - Модель ВТП при импульсном возбуждении

В катушке возбуждения задавалось ступенчатое (прямоугольное) изменение питающего напряжения с 24 до 0 В. Также задавались параметры обмотки возбуждения: Ь=1 мГн и Я=100 Ом, соответствующие фактическим параметром реальной возбуждающей катушки ВТП, используемой далее в эксперименте.

На Рис. 4.31 изображены результаты моделирования в виде графиков ивн(1:) от изменения а медной стенки кристаллизатора с 56 до 45 МСм/м и от изменения ц рубашки из нержавеющей стали с 1 до 1,2. Видно, что изменение ц рубашки приводит к наибольшему изменению напряжения измерительной катушки в начальный период времени переходного процесса, а изменения а медной стенки кристаллизатора с 56 до 45 МСм/м приводит к изменению напряжения измерительной катушки на всей длительности переходного вихретокового процесса. Для снижения модуляционной помехи от ЭМП следует исключать из обработки диапазон напряжения измерительной катушки с 0 до 2 мс (приблизительно), где наблюдается наибольшее влияние изменения ц рубашки из нержавеющей стали. Но изменение ц рубашки из нержавеющей стали вызывает еще и изменение чувствительности к изменению а медной стенки

кристаллизатора (как и при гармоническом возбуждении, см. п. 3.2.2). Этим обуславливается ненулевая величина напряжения, вносимого изменением ц в интервале времени позже 2 мс с момента начала возбуждающего импульса и переход напряжения через 0.

0.0 ■

т -0.5 <и

Ф -1.0' *

К

га

I

ш о

-1.5 ■

0 -2.0.

1

т

-2.5 ■

0.025 -,

0.000 ■

т

<и

1 -0 025 ■ *

к с^ с га

ш о

-0.050

0

1 -°.°75'

-0.100

7

' -Из менение о м едной стенки с 56 до 45 М См/м

Из менение ц р убашки с 1 о 1,2

0 / 2 Время, с (а) 3 4 ' 1 5

Изменение о м Изменение ц 1едной стенк рубашки с 1 и с 56 до 45 М до 1,2 1См/м

Время, с (б)

Рис. 4.31 - Вносимое напряжение от изменения о медной стенки кристаллизатора и р

рубашки из нержавеющей стали

2

3

4

Сложность классического импульсного возбуждения при работе с ЭМП заключается в необходимости отстройки от аддитивной помехи ЭМП (при гармоническом возбуждении аддитивная помеха снижается с помощью цифровой фильтрации). Для снижения обеих составляющих помехи от ЭМП возможно объединение свойств импульсного возбуждения в части временного отделения мешающих факторов (для снижения помехи от изменения ц) и полосовой фильтрации в частотной области с целью устранения аддитивной помехи ЭМП (ЭДС, наводимой в измерительных катушках полем ЭМП). Алгоритм обработки сигнала каждой измерительной катушки предлагается следующим: вначале в каждом полупериоде возбуждения приравниваются нулю значения напряжения измерительной катушки на определенном интервале времени (Рис. 4.32), на котором имеется влияние рубашки из нержавеющей стали, затем сигнал проходит полосовую фильтрацию и преобразование Фурье для выделения гармоники частоты возбуждения.

Время, мс

Рис. 4.32 - Осциллограммы тока возбуждения и ивн измерительной катушки при периодическом импульсном возбуждении

6н

5

00

I

ш

Зануление начального интервала напряжения измерительной катушки приводит к снижению влияния рубашки из нержавеющей стали, у которой изменяется ц, и к снижению полезного сигнала от нагрева (изменения а) медной стенки кристаллизатора. Для определения влияния длительности зануляемого интервала времени напряжения измерительной катушки на величину сигнала от нагрева медной стенки и от изменения ц рубашки был проведен лабораторный эксперимент с имитатором стенки кристаллизатора (который использовался в п. 2.3) и пластиной из нержавеющей стали толщиной 10 мм, имитирующей рубашку из нержавеющей стали. ВТП устанавливался на имитатор с зазором 13 мм до медно-алюминиевой пластины-имитатора (фактический зазор при установке ВТП в реальный кристаллизатор) и фиксировался сигнал измерительной катушки от имитатора (замены меди на алюминий) и сигнал от пластины из нержавеющей стали при разной длительности зануляемого интервала напряжения измерительной катушки.

На Рис. 4.33 изображен годограф Цвн от имитатора стенки кристаллизатора (замена меди на алюминий) и годограф Цвн от пластины из нержавеющей стали при разном периоде зануления сигнала измерительной катушки. Напротив точек годографов отмечены числа, соответствующие длительности интервала

4

3

2

1

0

-1 -

■ Имитатор • Пластина из нержавеющей стали

1

2

01 КеУ

вн

мВ

Рис. 4.33 - Годографы иен от имитатора и пластины из нержавеющей стали при разном периоде зануления

зануления напряжения измерительной катушки в [мс]. Видно, что при интервале зануления равном 1,25 мс сигнал от пластины из слабомагнитной стали снижается практически до нуля, а полезный сигнал от нагрева медной стенки снижается в 1,5 раза. В эксперименте мы снимали Ubh от пластины из слабомагнитной стали, а в реальности имеет место изменение ц слабомагнитной рубашки, но т.к. мы исключили влияние внесения пластины из слабомагнитной стали на сигнал измерительной катушки ВТП, то исключили и влияние изменение ее ц.

Данный способ снижения модуляционного влияния ЭМП был опробован в промышленном эксперименте на Заводе №23. На Рис. 4.34 представлены графики зависимости модулей ивн от времени (номера на легенде к рисунку отображают номера измерительных катушек) при интервале зануления напряжения измерительной катушки равном 2 мс. Ненулевые значения ивн обусловлены номинальным уровнем металла в разливку. На 5-ой секнуде происходит включение ЭМП. При включении ЭМП в графиках ивн появляется синхронная для всех измерительных катушек остаточная помеха от ЭМП. Из-за синхронности и малой величины по отношению к полезному сигналу данная помеха практически не влияет на точность измерения уровня. На Рис. 4.35 показан участок разливки, когда ток ЭМП увеличивался от нуля до 420 А во время стабилизации уровня металла по сигналу ПКУ. Видно, что включение ЭМП не влияет на точность измерения уровня.

0.35

0.25

0.20

ц 0.15 >

ч: о

^ 0.10

0.05

0.00

—1—I

01 23456789 10

Время, с

Рис. 4.34 - Графики Цвн для всех измерительных катушек ВТП при включении ЭМП на Заводе

№3

Рис. 4.35 - Включение ЭМП (разные величины токов) на Заводе №3. 1 - уровень металла,

измеренный ВТП, (2) - ток ЭМП.

4.5 Экранный ВТП, как перспективное направление работы

При разливке с ШОС косвенный контроль уровня затруднителен из-за нестабильности запаздывания в сигнале ВТП, обусловленного слоем расплавленной ШОС между заготовкой и медной стенкой. Обойти данную проблему в рамках косвенного метода контроля нельзя, необходимо осуществлять прямой контроль уровня металла. Для этого необходимо выделять сигнал от жидкого металла и отстраиваться от изменения температуры медных стенок кристаллизатора. Для увеличения соотношения «сигнал от металла/сигнал от нагрева медной стенки» возможно использование ВТП другого типа, например, экранного. Такой ВТП состоит из блока возбуждения

0

(длинной накладной катушки возбуждения) и блока измерения (матрицы измерительных накладных катушек). Блоки возбуждения и измерения устанавливаются напротив друг друга на противоположных стенках водяной рубашки кристаллизатора (Рис. 4.36). При этом рубашка, медная гильза и металл образуют экран для поля возбуждения.

медная гильза

катушка возбуждения

\

Я

рубашка водяного охлаждения

катушки измерения

Рис. 4.36 - Экранный ВТП в кристаллизаторе

Для приблизительной оценки соотношения «сигнал от металла/сигнал от нагрева медных стенок» был проведен лабораторный эксперимент с макетом экранного ВТП. Лабораторный эксперимент проводился с реальной медной гильзой сортового кристаллизатора внутренним сечением 100х100 мм, толщина стенки 10 мм. Лабораторная установка изображена на Рис. 4.37.

Рис. 4.37 - Макет экранного ВТП, установленный на гильзе сортового кристаллизатора

(лабораторный эксперимент)

В качестве блока возбуждения использовалась катушка возбуждения от матричного накладного ВТП, аналогичная описанной выше. Блок измерения представляет собой матрицу измерительных катушек. В действительности блок измерения и возбуждения устанавливаются на рубашку из нержавеющей стали толщиной до 15 мм, которая является дополнительным экраном для поля возбуждения. Но т.к. в рассматриваемом диапазоне частот (20 - 312,5 Гц) рубашка оказывает слабое экранирующее воздействие, то ее отсутствием можно пренебречь.

Для получения годографов Цвн от изменения уровня металла использовался имитатор уровня металла, представляющий собой брусок из нержавеющей стали размером 90х95х400 мм (см. Рис. 4.37). Такой имитатор, с точки зрения вихретокового измерения, идентичен жидкой стали (о=1 МСм/м, ц=1). Имитатор перемещался внутри гильзы с шагом 10 мм начиная с точки 300 мм до 90 мм (расстояние измеряется от верха кристаллизатора до торца имитатора). Размеры имитатора несколько меньше внутреннего сечения гильзы, из-за чего сигнал, полученный в ходе эксперимента, несколько занижен, по сравнению с ожидаемым сигналом от металла.

Для получения годографов Цвн от нагрева медных стенок гильза нагревалась изнутри с помощью электротехнического фена. Из-за высокой

теплопроводности меди гильза нагревалась практически равномерно. Таким способом гильза нагревалась до установившейся температуры равной 120 °С примерно за 40 мин. Температура гильзы фиксировалась с помощью термопары. Термопара устанавливалась на внешней стенке гильзы напротив катушки возбуждения. Во время разливки внутренняя стенка гильзы в среднем нагревается до 200-250 °С (для сортового кристаллизатора), а холодная до 100130 °С, из чего следует, что средняя температура медной стенки несколько выше 120 °С, из-за чего сигнал от нагрева медных стенок несколько занижен по сравнению с реальным нагревом.

На Рис. 4.38 черной линией показан частотный годограф Цвн от имитатора (когда имитатор полностью перекрывал зону контроля катушки измерения), а также годографы от изменения уровня металла при различных частотах возбуждения (цветные линии). Годограф от изменения уровня снимался с шагом 10 мм. Каждая точка на годографе от изменения уровня соответствует определенному расстоянию от торца имитатора (зеркала расплава) до середины измерительной катушки. Годографы представлены для 5 измерительной катушки, находящейся посередине блока измерения. Для остальных измерительных катушек годографы схожи по форме, но отличаются количественно из-за уменьшения индукции возбуждения по краям ВТП.

ReUвн, мВ/А

Рис. 4.38 - Частотный годограф иен от имитатора уровня и годографы от изменения

уровня (перемещения имитатора)

Т.к. катушка возбуждения подключалась к источнику напряжения, то при изменении частоты возбуждения менялся и ток (из-за изменения реактивного сопротивления катушки). Поэтому для объективного сравнения величин сигналов при разных частотах сигналы нормировались к току возбуждения.

С увеличением частоты уменьшается полезный сигнал от металла, что объясняется увеличением экранирования поля возбуждения медной гильзой кристаллизатора. Для удобства восприятия на Рис. 4.39 изображена зависимость модуля Цвн от имитатора от частоты. Также следует отметить характерную Б-образную форму годографов от изменения уровня (Рис. 4.38).

Частота, Гц

Рис. 4.39 - Зависимость модуля ивн имитатором от частоты

Исходя из Рис. 4.39 можно сделать вывод, что для увеличения сигнала от металла следует использовать низкую частоту возбуждения. Но для отстройки от мешающего фактора (нагрева медных стенок) нам не столь важен сам сигнал от металла, сколько соотношение «сигнал от металла/сигнал от нагрева». На Рис. 4.40 сплошными линиями показаны годографы ивн от нагрева гильзы. Годографы так же пронормированы к току возбуждения. Годограф от нагрева снимался с шагом по температуре равным 5°С. Черной пунктирной линией показан частотный годограф от нагрева гильзы на 95°С. Заметно, что фаза и амплитуда сигнала от нагрева сильно зависит от частоты, при этом зависимость не монотонна. Есть определенные частоты, на которых тепловой сигнал достигает минимума, что может быть полезно при отстройке от нагрева медной гильзы. Для удобства восприятия на Рис. 4.41 показана зависимость сигнала от нагрева гильзы на 95°С от частоты.

<С аз

0.3-,

0.2

0.1

0.0

I

ш

Е -0.1

-0.2

-0.3

■ дт =95°С «О» 40Гц 62.5 Гц

■ f -Г «И* т 100 Гц

20Гцв ■ 120°С ** пГло 105 10 12 5 50 4 >5 ^ 25 °С

0 95 5 0 85 80 75 70 65 6П

■ 156, 1 25 ^

■ 200 0 /у»

■ 250Гц 1 1

<с аз

1.1 -,

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

I

ш

^ 0.5 .а

^ 0.4

ч

о

-1.1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1

ReUвн, мВ/А

Рис. 4.40 - Годографы иен от нагрева гильзы кристаллизатора

2 0.3 0.2 0.1 0.0

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Частота, Гц

Рис. 4.41 - Зависимость модуля ивн вносимой нагревом гильзы от частоты

Сравнивая годографы от нагрева и от изменения уровня можно вычислить приблизительное соотношение «сигнал от металла/сигнал от нагрева». На Рис. 4.42 показана зависимость отношения модулей ивн от металла к ивн от нагрева. Зависимость не монотонна и имеет характерный максимум на частоте 125 Гц. С точки зрения отстройки от влияния нагрева кристаллизатора — это оптимальная

частота. На данной частоте (125 Гц) соотношение сигнала от металла к сигналу от температуры составляет 0,4, что в 40 раз больше по сравнению с накладной конструкцией ВТП (см. Рис. 1.9).

0.45 -,

3 0.40. си

| 0.35.

£ 0 30 ' I

О 0.25 ■ св

£ 0.20. I-

си

Н 0.15

0

1 0.10.

о

0.05

/ Л

/ \ ■ \

\

\

/ \

/ /

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Частота, Гц

Рис. 4.42 - Зависимость отношения «сигнал от металла/сигнал от нагрева» от частоты

На Рис. 4.43 цветными линиями показаны годографы Цвн от имитатора при различной температуре гильзы кристаллизатора, пунктиром показаны частотные годографы от имитатора при температуре гильзы 25°С и 110°С. Из-за нагрева гильзы снижается ее а, а значит и экранирующие свойства, из-за чего полезный сигнал от металла увеличивается почти в 2 раза. Таким образом, температура медной гильзы влияет на сигнал от металла. Это значит, что соотношение «сигнал от металла/сигнал от нагрева» увеличится во время разливки, т.к. кристаллизатор будет горячим.

ReUвн, мВ/А

Рис. 4.43 - Годографы иен от имитатора при различной температуре гильзы

кристаллизатора

На Рис. 4.44 показаны годограф Цвн от изменения уровня металла (имитатора) и годограф от нагрева на одной комплексной плоскости для частот 100 и 125 Гц. Исходя из этих годографов, можно сделать ложный вывод, что диапазон частот 100-125 Гц является оптимальным с точки зрения отстройки от помехи от нагрева кристаллизатора амплитудно-фазовым методом (т.к. угол между годографом от металла (основной линейной его частью) и годографом от нагрева близок к 90°). Но при нагреве медной гильзы феном отсутствует градиент температуры как по толщине медной стенки (в лабораторном эксперименте температура внутренней и внешней стенки гильзы кристаллизатора приблизительно равны), так и по высоте (отсутствует характерная граница раздела электропроводностей), что влияет на форму годографов. Во время разливки оба тепловых градиента присутствуют. Поэтому вопрос амплитудно-фазовой отстройки от изменения температуры медных стенок и определения оптимальной частоты возбуждения экранного ВТП требует дальнейшего исследования.

ReUвн, мВ/А

Рис. 4.44 - Годографы иен от имитатора и нагрева гильзы кристаллизатора

Т.к. в лабораторных условиях невозможно получить тепловое распределение в гильзе как в реальной разливке, то для получения реальных годографов Цвн от изменения температуры медной стенки (перемещения распределения температуры) и годографов от реального изменения уровня (когда есть и металл и соответствующий ему нагрев гильзы) необходимо воспользоваться математическим моделированием методом конечных элементов. Модель должна быть междисциплинарной, аналогично используемой выше. Объем моделирования достаточно велик, моделирование требует проверки в промышленном опыте, подходы к выделению сигнала от металла требуют изучения, поэтому эти работы не представлены в диссертации.

4.6 Выводы к четвертой главе

1. Разработан новый алгоритм определения уровня по распределению вносимых напряжений, заключающийся в отслеживании характерной точки, соответствующей середине размаха распределения. Данный алгоритм позволяет снизить случайную погрешность, возникающую при временном искажении

формы распределения температуры по высоте медной стенки кристаллизатора с 60 до 3-4 мм.

2. Разработан способ снижения инструментальной погрешности, связанной с конструкцией ВТП и алгоритмом обработки сигнала. Способ заключается в коррекции характеристики ВТП. Данный способ позволяет полностью устранить инструментальную погрешность.

3. Выявлено отличие формы годографов ивн измерительной катушки ВТП при быстром и медленном изменении уровня. Доказано, что в случае быстрого изменения уровня в годографе и вн в начале переходного процесса имеется нелинейная динамическая составляющая. Определены частоты, при которых динамическая составляющая достигает максимального значения для разных толщин медной стенки. Однако, малая величина динамической составляющей, по сравнению с общим сигналом, делает невозможным использование данного эффекта для снижения инерционной составляющей динамической погрешности.

4. Доказано, что частота возбуждения ВТП практически не влияет на динамику его сигнала, т.к. почти весь сигнал измерительной катушки ВТП обусловлен вихревыми токами, текущими на внешней поверхности медной стенки, находящейся ближе к ВТП.

5. Как оптимальный способ снижения составляющей динамической погрешности, обусловленной тепловой инерцией медной стенки, был выбран способ динамической коррекции сигнала уровня пропорционально-дифференцирующим звеном, позволяющий исключить составляющую динамической погрешности, обусловленную тепловой инерцией медной стенки кристаллизатора.

6. Для отстройки от аддитивной составляющей помехи от ЭМП следует анализировать спектр ЭМП и выбирать частоту возбуждения ВТП, которая не представлена в спектре. Наряду с этим рекомендуется использование аналогового или цифрового полосового фильтра, увеличение МДС и использование дифференциального включения измерительной и компенсационной катушек.

7. Удаление из поля возбуждения ВТП стальных слабомагнитных элементов кристаллизатора (рубашки или плиты из слабомагнитной стали) позволяет устранить модуляционное влияние ЭМП (помеху от изменения ц). Удаление подразумевает доработку кристаллизатора, заключающуюся в установке немагнитной вставки (для сортового кристаллизатора) или установку электродинамического экрана совместно с увеличением частоты возбуждения ВТП (для блюмового или слябового кристаллизатора).

8. Когда доработка кристаллизатора невозможна для снижения модуляционной составляющей помехи от ЭМП возможно совместное использование свойств импульсного возбуждения (в части временной селекции напряжения измерительной катушки) и гармонической обработки в части цифровой фильтрации и преобразования Фурье.

9. При разливке с ШОС для устранения составляющей динамической погрешности, проявляющейся в виде неконтролируемого запаздывания от слоя смазки между заготовкой и медной стенкой, следует продолжить исследование ВТП экранного типа, позволяющего увеличить соотношение сигнала от металла к сигналу от нагрева медной стенки кристаллизатора. Установлено, что переход от накладной конструкции ВТП к экранной позволяет увеличить в 40 раз соотношение сигнала от металла к сигналу от нагрева медной гильзы (с 0,01 до 0,4 для сечения гильзы 100х100 мм и толщины стенки 10 мм). Определена частота возбуждения при которой это соотношение достигает максимума.

135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В настоящее время доминирующими погрешностями матричного накладного ВТП являются:

• случайная методическая погрешность, обусловленная искажением распределения температуры по высоте медной стенки,

• динамическая методическая погрешность, обусловленная тепловой инерцией в медной стенке и слое смазки,

• погрешность от ЭМП,

• инструментальная погрешность, обусловленная конструкцией ВТП и алгоритмом обработки его сигнала.

В результате работы предложены и практически опробованы способы снижения перечисленных погрешностей.

2. Предложен новый алгоритм определения уровня по распределению вносимых напряжений, позволяющий снизить случайную погрешность от искажения распределения температуры по высоте медной стенки кристаллизатора с 60 мм до 3-4 мм. Данная величина погрешности является приемлемой с точки зрения требуемой точности измерения и поддержания уровня.

3. Доказано, что разливке с маслом динамическая погрешность ВТП обусловлена только инерцией переходных тепловых процессов в медной стенке кристаллизатора. В качестве оптимального способа снижения данной составляющей динамической погрешности выбран способ динамической коррекции с помощью пропорционально-дифференцирующего звена, позволяющего повысить динамику сигнала ВТП на 0,3 - 0,4 с для кристаллизатора с толщиной стенки 10 мм. При данном способе динамической коррекции ВТП не уступает по динамическим свойствам (инерционности сигнала) радиоизотопному преобразователю.

4. При разливке с ШОС имеет место составляющая динамической погрешности, проявляющаяся в виде запаздывания в сигнале измерительной катушки ВТП, обусловленного нестабильностью слоя расплавленной ШОС

между заготовкой и медной стенкой. Наблюдаемая величина запаздывания составляет от 0 до 12 с для блюмового кристаллизатора и до 1,5 с для сортового кристаллизатора. При таких величинах запаздывания затруднительно обеспечить необходимую точность поддержания уровня металла в кристаллизаторе, поэтому необходимо рассмотреть возможность прямого измерения уровня, выделяя сигнал непосредственно от металла.

5. С помощью междисциплинарной электромагнитно-тепловой модели выявлено отличие формы годографов Цвн измерительной катушки ВТП при «быстром» и «медленном» изменении уровня. Доказано, что в случае быстрого изменения уровня в годографе и вн в начале переходного процесса имеется нелинейная динамическая составляющая. Доказано, что частота возбуждения ВТП практически не влияет на динамику его сигнала, т.к. почти весь сигнал измерительной катушки ВТП обусловлен вихревыми токами, текущими на внешней поверхности медной стенки, находящейся ближе к ВТП. Данные результаты подтверждены промышленным экспериментом.

6. Помимо аддитивной помехи (наведении ЭДС в измерительных катушках ВТП) природа погрешности от ЭМП заключается в изменении ц магнитных и слабомагнитных объектов, окружающих ВТП, под воздействием поля ЭМП. Предложены 2 способа снижения данной погрешности: 1 - конструктивная доработка кристаллизатора с целью удаления из поля возбуждения стальных элементов кристаллизатора (рубашки и плиты из нержавеющей стали). Доработка подразумевает установку немагнитной вставки (для сортового кристаллизатора) или установку электродинамического экрана в совокупности с увеличением частоты возбуждения (для блюмового и слябового кристаллизатора) и позволяет полностью устранить погрешность от изменения ц; 2 - совместное использование свойств импульсного возбуждения (временной селекции напряжения измерительной катушки) и гармонической обработки (цифровой фильтрации и преобразования Фурье). Данный способ позволил устранить погрешность от изменения ц.

7. Выявлена и изучена инструментальная погрешность, обусловленная матричной конструкцией ВТП и алгоритмом обработки сигнала, заключающемся в поиске характерной точки на распределении ивн(2). Предложен способ коррекции выходной характеристики ПКУ, позволяющий устранить данную погрешность.

8. По результатам исследования погрешностей матричного ВТП можно заключить, что основным направлением следующих работ должна стать разработка способа прямого контроля уровня металла с целью избавления от составляющей динамической погрешности, обусловленной нестабильностью слоя смазки между заготовкой и медной стенкой (при разливке с ШОС). В качестве такого направления можно рекомендовать ВТП экранного типа. Показано, что ВТП экранного типа позволяет увеличить соотношение сигнала от металла к сигналу от температуры в 40 раз (по сравнению с накладным ВТП) для кристаллизатора с толщиной медной стенки 10 мм и сечением 100х100 мм.

9. Результаты диссертационного исследования внедрены в состав системы измерения уровня металла в сортовом кристаллизаторе МНЛЗ «СИУМ-С». Система успешно прошла промышленные испытания на металлургическом заводе АО «НЛМК-УРАЛ» г.Ревда в 2017-2018 гг., также данная система успешно эксплуатируется на 3 металлургических предприятиях (Приложение 1).

138

Список литературы

1. Sophian A., Tian G., Fan M. Pulsed Eddy Current Non-destructive Testing and Evaluation: A Review // Chinese Journal of Mechanical Engineering. - 2017. v.30. -pp. 500-514.

2. Lally B., Biegler H. Finite difference heat-transfer modeling for continuous casting // Metallurgical Transactions. - 1990. v. 21. - pp. 761-770.

3. Thomas B.G., Wells M.A., Li D. Monitoring of meniscus thermal phenomena with thermocouples in continuous casting of steel // Sensors, Sampling, and Simulation for Process Control. - 2011. - pp. 119 - 126.

4. Thomas B.G. On-line detection of quality problems in continuous casting of steel // Materials Science and Technology. Conference Proceeding. - 2015. - pp. 2945.

5. Blazek K.E., Saucedo I.G., Tsai H.T. Investigation on mold heat transfer during continuous casting // Iron and Steel Society. - 1988. - pp. 411-421.

6. Boisdequin V., Castiaux E., Pirenne J. The steel level measuring in continuous casting // La Revue de Metallurgie. - 1997. v.4. - pp. 473-488.

7. Brimacombe J.K., Samarasekera I.V., Bommaraju R. Optimum design and operation of moulds for the continuous casting of steel billets // Steelmaking Conference Proceedings. - 1986. v.69. - pp. 409 - 432.

8. Camera level sensor for open casting. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sert-metal.com/content/camera-mould-level-sensor-open-casting.

9. Cheng C.T., Rose J.H., Moulder J.C. Thickness and conductivity of metallic layers from pulsed eddy current measurements // Rev. Sci. Instrum. - 1996. v.67. - pp. 3965 - 3972.

10. Chow C., Samarasekera I.V. High speed continuous casting of steel billets. Part 1: General overview // Ironmaking & Steelmaking. - 2002. v. 29. - pp. 53-60.

11. Chow C., Samarasekera I.V. High speed continuous casting of steel billets. Part 2: Mould heat transfer and mould design // Ironmaking & Steelmaking. - 2002. v. 29 -pp. 61-69.

12. Dejun Zhang, Yating Yu, Chao Lai, Guiyun Tian. Thickness measurement of multi-layer conductive coatings using multifrequency eddy current techniques // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2016. v.31 - pp. 191 - 208.

13. Deqiang Zhou, Gui Yun Tian, Binqiang Zhang, Maxim Morozov, Haitao Wang. Optimal features combination for pulsed eddy current NDT // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2010. v.25. - pp. 133-134.

14. Brogden N., Jalk M., Persson M. Advantages and benefits achieved by upgrading Mould Level Measurement Systems at SSAB Oxelosund // METEC and ESTAD. Conference Proceeding. - 2015.

15. Electromagnetic mould level measurement and control system for billet and bloom casters [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ergolines.it/products/ild/?str=1

16. Fabrizioli M., Michelon G. New radiometric sensor for mould level measurement allowing separate detection of meniscus and powder thinkness // METEC and ESTAD. Conference Proceeding. -2015.

17. Fabrizioli M., Michelon G. New radiometric sensor for mould level measurement // Ferrous metals. - 2015. Vol.6 pp.

18. Hawbolt, E.B., Weinberg, F., Brimacombe, J.K. Metallurgical investigation of continuous casting billet moulds // Transactions of the Iron and Steel Society of AIME. - 1982. v. 1 - pp. 41-60.

19. Lieftucht D., Schramm T., Krasilnikov A., Kirsch D. HD Mold - A new fiber-optical-based mold monitoring system // Iron and Steel Technology - AIST Transactions. - 2013. -pp. 87-95.

20. Mazza I., Spagnul S. A novel ultrasonic sensor for mold powder thickness control // METEC and ESTAD. Conference Proceeding. - 2015. - pp.

21. Savin I., Terekhin I. Problems of Eddy Current Sensor Imbedded Type in Mould Level Control // International Academic Forum AMO - SPITSE - NESEFF. Conference Proceeding. - 2016. - pp. 27.

22. Kazuo Sano, Seigo Ando, Takeo Yamada, Moriurki Ishiguro, Hirohisa Nakajima, Toshiro Yamada. Development of eddy-curent type continuous casting

mold level meter and its application // Nippon Kokan Technical Report. -1980. pp. 24 - 33.

23. Mahapatra R.B., Brimacombe J.K., Samarasekera I.V. Mold behavior and its influence on quality in the continuous casting of steel slabs. Part I. Industrial trials, mold temperature measurements, and mathematical modeling // Metallurgical transactions. B, Process metallurgy. - 1991. - pp. 861-874.

24. Mold level measurement [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.berthold.com/en/pc/level_measurement/mold_level

25. Villoria R., Stafforte H., Sparapani O. High speed continuous casting of low carbon steel billets // Steelmaking Conference Proceedings. - 1996. - pp. 315-319.

26. RAMON Mould Level Measurement System (Cs-137 Type) [Электронный ресурс] Режим доступа:

http://www.ramon.com.cn/wap/en/Template/content.aspx?nodeid=906&page=Conten tPage&contentid=3176

27. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. Application of mathematical models for the improvement of billet quality // Steelmaking Conference Proceedings. -1991. - pp. 55-67.

28. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. Investigation of mould related quality problems in continuous billet casting using mathematical models // Proceedings of the Process Technology Conference. -1982. - pp. 283-295.

29. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. Thermal and mechanical behavior of continuous casting billet moulds // Electric Furnace Conference Proceedings. -1982. -pp. 136-155.

30. Samarasekera I.V., Brimacombe J.K. Thermal field in continuous-casting moulds // Canadian Metallurgical Quarterly. - 1979. - pp. 251-266.

31. The world's leading technology for long products [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.sms-oncast.ch/fileadmin/user_upload/concast/pdf/Special_Products_Continuous_Casting. pdf.

32. Thermal mould level gauge and control system for continuous casting [Электронный ресурс] Режим доступа: http://leveltherm.com/how.html

33. Thiemann M., Buchner A. R. Heat flux density and heat transfer coefficient between steel melt and metallic substrates // Steel Res. Int. - 2003. - v.11-12. - pp. 732 - 738.

34. Автоматизация производственных процессов в черной металлургии. Иванов Н.И., Парсункин Б.Н., Рябков В.М. М.: Металлургия, 1980. — 304 с.

35. Автоматизация непрерывной разливки стали / под ред. Б.Б. Тимофеева. -Киев, 1968. - 61 с.

36. Анюхин М.Н., Полуляшный А.С., Новиков О.И. Автоматическое поддержание уровня металла в кристаллизаторе // Сталь. - 1995. - № 9. с. - 24.

37. Бейтельман Л. Улучшение качества сортовых заготовок путем электромагнитного перемешивания стали в кристаллизаторе // Сталь. - 1997. -№ 4. - с. 21-24.

38. Болендер Т., Фандрих Р., Юнгблют Х.А. Современное состояние технологии непрерывного литья // Черные металлы. - 2009. - № 12. - с. 22-39.

39. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии [Книга] - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 256 с.

40. Ганкин Б.А., Сивак Г.И., Ганкин В.Б. Гильзовые кристаллизаторы высокоскоростных сортовых МНЛЗ // Тяжелое машиностроение. - 1997. - № 5. -с. 19-22.

41. Ганкин В. Б., Белитченко А.К., Богданов Н.А. Гильзовые кристаллизаторы для высокоскоростной разливки стали // Новости черной металлургии России и зарубежных стран. Ч.1. Черная металлургия. - 2000. - №3-4. - с. 39-45.

42. Герасимов В.Г. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий / Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 271 c.

43. Герасимов В.Г. Неразрушающий контроль: в 5 кн. Кн. 3: Электромагнитный контроль / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков. - М.: Высшая школа, 1992. - 308 с.

44. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий.- М.: Энергоатомиздат,

1983. - 272 с.

45. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля [Книга] - М.: Спектр, 2010. - 256 с.

46. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. - 831с.

47. Евтеев А.П., Игнатов А.Л. Датчики систем автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторах МНЛЗ // Труды 6-го конгресса сталеплавильщиков.- 2001. - с. 600-604.

48. Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. - М.: Металлургия,

1984. - 200 с.

49. Журавлев В.А., Китаев Е.М. Теплофизика формирования непрерывного слитка. М.: Металлургия, 1974. - 215 с.

50. Зайцев Г. Ф. Теория автоматического управления и регулирования.— 2-е изд., перераб. и доп.— К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 431 с.

51. И.С. Савин. Исследование частотных характеристик вихретокового датчика уровня расплава, встроенного в кристаллизатор // Приборы. - 2018. - №2. - с. 1-7.

52. Калягин Ю. А., Сорокин С.В., Шестаков Н.И. Исследование тепловых процессов в кристаллизаторе с медными и бронзовыми рабочими стенками в натурных условиях // Загот. пр-ва в машиностр.. - 2004. - №6. - с.46 - 51.

53. Катанкин Р.А. О создании индукционного датчика уровня жидкого металла для сортовой машины непрерывной разливки стали. // Вестник МЭИ. -2007. - № 3. - с. 51 - 54.

54. Катанкин Р.А., Покровский А.Д. Вихретоковый преобразователь для контроля уровня жидкой стали //Дефектоскопия - 2010. №3. - с. 82-87.

55. Катанкин Р.А., Покровский А.Д., Сорокин А.Н., Терехин И.В., Формакидов А. М., Шитиков В.С. Вихретоковые преобразователи в металлургическом производстве. Приборы - № 12, 2011, с. 1-6.

56. Кравцов В.В., Шелудченко В.И., Бирюков А.Б. Особенности задания граничных условий теплообмена на поверхности заготовки, находящейся в кристаллизаторе // Металлург. и горноруд. пром-сть. - 2003. - №4. - с. 109-111.

57. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. М.: Аудит, ЮНИТИ, 1998. - 479 с.

58. Материаловедение и технология металлов: учебник для вузов / Т.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. М.: Высш. шк., 2002. - 638 с.

59. Мерман Д., Шмид Й., Спагнул С. Быстрое и точное определение уровня металла в кристаллизаторах машин непрерывного литья заготовок // Черные металлы. - 2012. - №3. - с. 53-61.

60. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 4. Контроль излучениями: Практ. пособие/ Б.Н. Епифанцев, Е.А. Гусев, В. И. Матвеев, Ф.Р. Соснин; под ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992.

61. Оборудование для МНЛЗ [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://vuhz.cz/ru/oborudovanie-dlya-mnlz

62. Патент EP0087382A1. Method of measuring the level of liquid metal in continuous casting moulds. Franz-Rudolf Dr. Rer. Nat. Block, Jean Liesch, Lуon Angel. Заявл. 15.02.1983. Опубл. 31.08.1983.

63. Патент EP2492650 A1, - Apparatus for detecting and displaying varying levels of a metal melt. Michelon G, Cestari L, Sgro A., F. dal Corso Enric, Borsato E. Заявл. 28.02.2011. Опубл. 29.08.2012.

64. Патент РФ RU2287782C1. Устройство для определения уровня расплавленного металла. Халилов Р.И., Хрипченко С.Ю., Фрик П.Г., Степанов Р.А. Заявл. 28.04.2005. Опубл. 20.11.2006.

65. Патент США 4,647,854. МКИ G01F 023/26; G01B 007/14. Apparatus for measuring level of the molten metal in the mold of a continuous casting machine [Электронный ресурс] / Yamada T., Ando S. (Япония); заявитель Nippon Kokan Kabushiki Kaisha (Япония). - № 648 266; заявл. 07.09.1984, опубл. 03.03.1987

66. Патент США US 8018227 B2. Device and method for measuring and monitoring the level of liquid metal in a crystallizer. De Monte S., Spagnul S. Заявл. 26.01.2007. Опубл. 13.09.2011.

67. Патент США US4567435A. Method and apparatus for continuously measuring distance utilizing eddy current and having temperature difference influence elimination. Yamada T., Yamamoto T., Ando S., Kawase Y. Заявл. 23.02.1984. Опубл. 28.01.1986.

68. Патент США US6517604B1. Apparatus and method for measuring the molten metal level in electromagnetic continuous casting Goo-Hwa Kim, Ki-Jang Oh, Ho-Young Kim, Dong-Jun Shim. Заявл. 18.06.2000. Опубл. 15.03.2001.

69. Рогачев Ю.М., Грачев В.Г., Шифрин И.Н. Кристаллизатор -электромагнитный перемешиватель. Современный синтез механического и электротехнического оборудования для получения высококачественных непрерывнолитых заготовок // Черная металлургия. - 2007. - №8. -с.50-54.

70. Савин И.С, Славинская Е.А., Терехин И.В. Экранный вихретоковый датчик уровня расплава в кристаллизаторе // Тез. Докл. 4-й междунар. конф. По инновациям в неразрушающем контроле Sibtest. - 2017.- с. 23 - 24.

71. Савин И.С., Славинская Е.А., Терехин И.В. Вихретоковый контроль уровня металла в кристаллизаторе с помощью преобразователя экранного типа // Контроль. Диагностика. - 2017. - №12. - с. 24-29.

72. Савин И.С., Славинская Е.А., Терехин И.В. Моделирование сигналов вихретокового экранного датчика уровня металла в кристаллизаторе // Тез. Докл. 23-ой Междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов, В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2017 - Т. 1. - с. 345.

73. Савин И.С., Славинская Е.А., Терехин И.В. Снижение погрешности от изменения магнитных свойств объектов, окружающих вихретоковый датчик уровня расплава в кристаллизаторе с электромагнитным перемешивателем. // Сборник статей 6-й Междунар. науч.-техн. конф. Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов. - 2017. - с. 280286.

74. Савин И.С., Терехин И.В. Исследование свойств вихретокового датчика уровня металла сортового кристаллизатора и разработка алгоритма обработки его сигнала // Сборник статей 5-й Междунар. науч.-техн. конф. Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов. - 2014.

75. Савин И.С., Терехин И.В. Математическое моделирование вихретокового датчика уровня металла для установки непрерывной разливки стали // Тез. Докл. 20-ой Междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов, В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2014 - Т. 2. - с. 116.

76. Савин И.С., Терехин И.В. Междисциплинарное электромагнитно-тепловое моделирование средств измерений в металлургическом производстве // Материалы 4-ой научно-практической конференции «Междисциплинарные исследования в области математического моделирования». -2014. - с. 173-179.

77. Савин И.С., Терехин И.В. Моделирование и промышленные испытания встроенного в кристаллизатор вихретокового датчика уровня расплава // Тез. Докл. 21-ой Междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов, В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2015 - Т. 2. - с. 97.

78. Савин И.С., Терехин И.В. Снижение погрешности от ЭМП при измерении уровня расплава вихретоковым методом // Датчики и системы. - 2017. - №6. - с. 42-49.

79. Савин И.С., Терехин И.В. улучшение динамических характеристик матричного датчика уровня металла, встроенного в кристаллизатор // Приборы и системы. Управление, контроль и диагностика. - 2016. - №6. - с. 20-25.

80. Савин И.С., Терехин И.В., Покровский А.Д. Промышленные испытания датчика уровня расплава, встроенного в блюмовый кристаллизатор // Тез. Докл. 22-ой Междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов, В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2016 - Т. 2. - с. 320.

81. Самойлович Ю.А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле.- М.: Металлургия, 1986. - 168 с.

82. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2003. - 608с.

83. Славинская Е.А., Савин И.С., Терехин И.В. Модуляционный метод контроля жидкой стали в кристаллизаторе // Тез. Докл. 24-ой Междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов, М.: Издательский дом МЭИ, 2018 - с. 347

84. Смирнов А.А. Применение электромагнитного перемешивателя при непрерывной разливке стали // Сталь. - 1995. - № 8. С. - 31-32.

85. Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В. Непрерывная разливка стали. - Донецк: ДонНТУ, 2011. - 482 с.

86. Сорокин А.Н., Терехин И.В., Формакидов А.М. Электромагнитный датчик уровня металла гильзового кристаллизатора // Электрометаллургия. - 2008. - № 10. - с. 23-25.

87. Теплопередача: Учебник для вузов / Исаченко В.П. и др. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 415 с.

88. Терехин И.В. Разработка вихретоковых средств контроля уровня жидкого металла в гильзовом кристаллизаторе при непрерывной разливке стали: Диссертация кандидата технических наук: 05.11.13 / Терехин Иван Владимирович. - Москва, 2008. - 172 с.

89. Терехин И.В., Романов С.А., Савин И.С. Электромагнитный датчик уровня металла в сортовом кристаллизаторе // Металлург. - 2018. - №8. - с. 1318.

90. Хорбах У., Коккендидт Й., Юнг В. Скоростное литьё сортовых заготовок через кристаллизаторы с параболической конусностью // Черные металлы. -1998. - с.19-25.

91. Федосов В. П., Нестеренко А. К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW: учеб. пособие / под ред. В. П. Федосова. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 456 с.

92. Цифровая обработка сигналов: справочник / Л.М. Гольденберг и др. - М.; 1985. - 312 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

ООО "НПО ТЕХНОАП" Аппаратура контроля технологических процессов

109029, Москва, Скотопрогонная ул., х 29/1, ф. ♦ 7(495) 981-91-68 т. >7(495) 981-91-67, длрес дл» переписки 117342, Москва, а/< 22. E-Mail, mail a tcchnoap.ru, www.tcthnoap.ru

Утверждаю»

ООО «НПО ТЕХНОАП» с. Сорокин А.Н.

■¡У 2018 г.

АКТ

О внедрении результатов диссертационной работы Савнна Игоря Сергеевича

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук «Повышение достоверности контроля уровня металла в кристаллизаторе матричным вихретоковым преобразователем встроенного типа», выполненной Савиным Игорем Сергеевичем, были внедрены при разработке системы измерения уровня металла в сортовом кристаллизаторе МШ13 «СИУМ-С».

Перечень внедренных результатов:

1. Алгоритм определения уровня по распределению вносимых напряжений, позволяющий снизить случайную погрешность вихретокового преобразователя (ВТП), возникающую при искажении распределения температуры в медной стенке кристаллизатора;

2. Теоретически доказана и практически подтверждена возможность уменьшения влияния электромагнитного перемешнвателя стали (ЭМП). заключающийся в доработке конструктива кристаллизатора (рубашки водяного охлаждения).

3. Теоретически доказана и практически подтверждена возможность уменьшения влияния ЭМП за счет предварительной фильтрации напряжения измерительной катушки ВТП, состоящей в устранении из обработки интервала времени, на котором имеется влияние стальных элементов кристаллизатора с последующим преобразованием Фурье.

4. Теоретически доказана и практически подтверждена возможность устранения инструментальной погрешности матричного накладного ВТП. состоящий в коррекции (линеаризации) выходной характеристики.

Ряд положений днссергации используется в системах «СИУМ-С», эксплуатируемых на следующих металлургических предприятиях:

1. «Baku steel company», Азербайджан, г.Баку

2. «Shahroud steel company», Иран, г. Шахруд

3. «Madhav alloys», Индия (штат Пенджаб)

Результаты 2 и 3 из перечня внедренных результатов подтверждены в ходе промышленных испытаний на металлургическом заводе АО «НЛМК-УРАЛ» г.Ревда в 20172018 гг. По результатам испытаний издана публикация: Терехин И.В., Романов С.А., Савин И.С. Электромагнитный датчик уровня мегалла в сортовом кристаллизаторе // Металлург. -2018. - №8. -с. 13-18.

Начальник отдела разработки вихретоковых датчиков. К.Т.В., Формакидов A.M.

г£