Измерение и контроль температуры рабочего пространства в методической печи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова»

(ФГБОУ  ВПО «МГТУ»)

Кафедра автоматизированных систем управления

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технические измерения и приборы»

на тему : «Измерение и контроль температуры рабочего пространства в методической печи»

Исполнитель: Карасик А.Е., студент 3 курса, группа АМБ-12

 

Руководитель: Гребенникова В.В., старший преподаватель кафедры АСУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа допущена к защите «______»___________20____г.________________

(подпись)

Работа защищена «______»___________20____г. с оценкой ___________ ______________

(оценка)             (подпись)

Магнитогорск, 2014

 

Содержание

 

 

Введение

 

Правильный выбор и применение методов и средств контроля одного из важнейших параметров (температуры в металлургических печах) оказывает решающее влияние на характеристики их работы: производительность, обеспечение требуемого режима, качество готовой продукции, расход энергии. Измеритель температуры характеризуется следующими основными признаками:

1. методом измерения (контактный, бесконтактный, комбинированный и т.д.);
2. величиной инструментальной погрешности;
3. быстродействием;
4. экономичностью;
5. наличием или отсутствием воздействием воздействия на объект измерения.

Контактные методы реализуются с помощью термоэлектрических термометров (ТТ) или термометров сопротивления; бесконтактные – пирометров излучения: ПСИ, ПЧИ и ПСО. Основными критериями при выборе различных методов являются точность измерения и достоверность получаемых данных. Суммарная погрешность автоматического контроля определяется инструментальной ошибкой измерительного устройства и погрешностью метода в целом. Первая зависит от свойств измерительного комплекта, вторая – от взаимодействия устройства и объекта контроля. Металлургическая печь является весьма сложным объектом контроля температуры. Внешний теплообмен осуществляется за счет теплоотдачи излучением и конвекцией, которые определяются рядом параметров: коэффициентом теплоотдачи αкон, температурами металла Тм, газа Тг, кладки Ткл, степенями черноты εм, кладки εкл, газа εг. Указанные параметры в агрегатах практически не контролируются. Для управления процессами в печи необходимо знать температуру металла (либо распределение температур в случае массивной заготовки), кладки и газа [1].

 

1. Технический процесс

Горячая прокатка непрерывнолитых слябов, предназначенных для получения из них жести, осуществляется в ЛПЦ-10 ММК. Цех включает: отделение приема литых слябов, непрерывный широкополосный стан (НШПС) 2000, отделение отделки горячекатаных рулонов.

НШПС 2000 состоит из участка загрузки слябов, участка нагревательных печей, черновой и чистовой групп клетей, промежуточного рольганга между ними, а также уборочной линии стана (рис.1).

1 – приемный рольганг; 2 – методические печи; 3 – черновой  окалиноломатель; 4 – клеть дуо; 5 – универсальные клети кватро; 6 – промежуточный рольганг; 7 – летучие ножницы; 8 – черновой окалиноломатель; 9 – клети непрерывной чистовой группы; 10 – первый отводящий рольганг; 11 – второй отводящий рольганг; 12 – первая группа моталок; 13 – вторая группа моталок; 14 - весы

Рисунок 1 – Схема расположения стана 2000

 

Участок нагревательных печей состоит из трех методических печей 2 с шагающими балками, загрузочного рольганга перед каждой печью, сталкивателей слябов, приемного рольганга 1, приемников слябов из печей. Производительность каждой печи 460 т/ч.

Черновая группа клетей состоит из вертикального окалиноломателя 3, клети дуо 4, пяти универсальных клетей кватро 5. Из которых три последние объединены в непрерывную подгруппу. Промежуточный рольганг 6 оснащен тепловыми экранами типа энкопанель и устройствами разделки недокатов.

Чистовая группа стана включает летучие ножницы 7, чистовой роликовый окалиноломатель 8, семь клетей кватро 9, оснащенных гидронажимными устройствами, осевой сдвижкой рабочих валков и системами противоизгиба. Все межклетевые промежутки оснащены устройствами ускоренного охлаждения прокатываемых полос.За последней клетью стана начинается отводящий рольганг 10 с дубширующими устройствами перед каждым участком моталок. Уборочная линия включает два участка моталок 12, 13. На каждом из участков имеется группа из трех моталок. Участки моталок оборудованы тележками съемников рулонов, кантователями рулонов, транспортирующими конвейерами с подъемно-поворотными столами, весами 14, рулоновязальными машинами и маркировщиками рулонов [3].

1.1 Методические  печи с подвижными балками

Методические печи с шагающими балками (рис.2), переносящими слябы к окну выдачи нагретого металла по направлению, противоположному движению продуктов сгорания топлива, относятся к числу агрегатов непрерывного действия, потребляющих более половины энергии, расходуемой на производство тонких горячекатаных полос.

1 – рольганг загрузки; 2 – сталкиватель; 3 – рольганг выдачи; 4 – машина безударной выдачи; 5 – торцевые горелки; 6 – боковые горелки

Рисунок 2 – Методическая печь с шагающими балками, с торцевой загрузкой и выдачей

 

Для нагрева слябов до температуры прокатки 1200 - 1300°С применяются методические печи с шагающими балками. Под печи состоит из шести рядов неподвижных (стационарных) и четырех рядов подвижных (шагающих) балок, имеющих испарительное охлаждение. Подвижные балки могут совершать движения вверх и вниз, вперед и назад. При движении вверх подвижные балки приподнимают заготовки над неподвижными на высоту 100 мм. При движении вперед заготовки перемещают по печи на 450 мм. При этом первая со стороны выдачи заготовка выталкивается подвижными балками из печи, а очередная заготовка, находящаяся ранее на загрузочном столе, вносится в печь. При движении балок вниз заготовки укладываются на неподвижную часть пода, оказываясь перемещенными вперед на один шаг; при этом подвижные балки опускаются ниже уровня пода также примерно на 100 мм. При движении назад подвижные балки устанавливаются в положение, из которого они вновь могут захватить в печь очередную заготовку. Интервал времени между окончанием каждого движения шагающих балок и началом следующего составляет 0,5 с.

Таким образом, с помощью шагающих балок выполняются все основные операции по загрузке, перемещению по печи и выгрузке заготовок. Печи с шагающим подом обладают преимуществами по сравнению с толкательными:

а) возможность располагать заготовки на некотором расстоянии друг от друга, благодаря чему металл нагревается с трех сторон, что значительно ускоряет и улучшает качество нагрева, а также в связи с сокращением времени пребывания металла в печи уменьшает окалинообразование;

б) возможность нагрева металла различной толщины без постепенного перехода от большей толщины к меньшей, и наоборот;

в) возможность при ремонтных работах и других длительных остановках (например, на праздничные дни) легко разгрузить печь, в то время как разгрузка печей с толкателем — сложная, требующая затраты большого количества ручного труда;

г) при вынужденных кратковременных остановках нагреваемый металл из самой горячей зоны можно вернуть в зону подогрева, тем самым исключив большое окалинообразование.

 

Печи с шагающими балками позволяют достигать лучшего качества нагрева. Нижняя поверхность сляба не повреждается, что особенно важно для нагрева слябов, предназначенных для получения тонких полос. Охлаждение сляба от подводных труб, вызывающее разнотолщинность по длине прокатываемой полосы, незначительно, так как участки сляба меньшее время контактируют с водоохлаждаемыми подовыми опорами, чем в толкательных печах. [2] 

 

2. Методы и средства измерения температуры

Классификация средств измерения температуры контактным методом

В зависимости от физических свойств, положенных в основу принципа действия, наиболее распространенные СИ температуры можно разделить на следующие группы:

1.   Жидкостно-стеклянные термометры;

2.   Манометрические термометры;

3.   Термопреобразователи сопротивления;

4.   Термоэлектрические преобразователи;

5.   Шумовые термометры;

6.   Температурные индикаторы;

Для научных исследований и измерения низких температур применяются следующие виды термометров:

1.   Ядерные квадрупольные резонансные;

2.   Ядерные магнитные резонансные;

3.   Магнитные;

4.   Ёмкостные

5.   Магнитоопические и др.

Механические термометры

Механические термометры основаны на явлении теплового расширения тел. Эти тела могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Механические термометры отличаются надежностью, точностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Считывание показаний с них, как правило, осуществляется на месте измерения. Однако с помощью механоэлектрического или механогидравлического преобразователя можно передать сигнал на ограниченное расстояние.

В машиностроении применяют биметаллические, жидкостные и газовые термометры.

Чувствительный элемент биметаллических термометров изготавливается из пластины, состоящей из двух или более слоев разнородных металлов, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Пластина может быть предварительно деформирована. При нагреве биметаллической пластины из-за различия коэффициентов линейного расширения ее слоев возникает деформация изгиба, пропорциональная изменению температуры. На рисунке 1 показаны наиболее распространенные конструктивные исполнения чувствительных биметаллических элементов. Варианты а) и б) используются главным образом в качестве реле температуры, виг — для непосредственного отсчета показаний термометров. Для этого один конец чувствительного элемента закрепляется, а второй соединяется с передаточным или непосредственно показывающим устройством. Диапазон измерения биметаллических термометров лежит в интервале от – 50 до+600◦С, причем, от 500 до 600 °С термометр можно использовать только кратковременно. Погрешность измерения - ±1 до ±3.

 

 
Рисунок 1 - Биметаллические измерительные преобразователи температуры

В жидкостных термометрах измеряемой величиной, характеризующей температуру, является изменение объема термометрической жидкости. Термобаллон, в котором находится основная часть жидкости, изготавливается из стекла или стали. К термобаллону подключен капилляр диаметром 0,1 - мм. У стеклянного термометра капилляр находится рядом со шкалой непосредственного наблюдения. У жидкостных манометрических термометров капилляр подключен к манометру, показания которого пропорциональны температуре. Длина капилляра в таких термометрах может достигать 60 м. Чувствительный элемент, капилляр и указатель в них образуют замкнутую, неделимую, герметичную термосистему, которая монтируется и демонтируется только целиком. Диапазон измерения термометров зависит от свойств термометрической жидкости:

Таблица 1 – Свойства термометрической жидкости

этиловый спирт	-110… +210 С;
ртуть в вакууме	-30... +150 ◦С;
ртуть под давлением	-30... +630 ◦С;
толуол	-90... +110 ◦С;
толуол под давлением	-90... +230 ◦С.

Погрешности измерения температуры при помощи жидкостных механических термометров обусловлены различием температур жидкости в термобаллоне и в капилляре и зависят также от длины капилляра. Для повышения точности в жидкостных манометрических термометрах применяют компенсационный капилляр. Погрешность в таком случае уменьшается с±2 до ±0,5 %.

Основными недостатками механических термометров являются значительная инерционность и невозможность объединения с другими информационными сигналами для дальнейшей обработки. Поэтому в машиностроении температуру измеряют в основном термометрами, принцип действия которых основан изменении электрических свойств веществ при изменении температуры.

Электрические контактные термометры

Все виды электрических контактных термометров разделяются на две группы: термометры сопротивления, в которых с изменением температуры изменяется активное сопротивление чувствительного элемента, и термоэлектрические термометры (термопары), где при изменении температуры первичного преобразователя изменяется его термоЭДС.

У металлических проводников сопротивление обычно возрастает с повышением температуры, а у полупроводниковых падает.

Чаще всего применяются платиновые или медные термометры сопротивления, каждый из которых обладает номинальным сопротивлением R 0 при 0°С в пределах от 1 до 500 Ом. При температурах выше 0°С зависимость сопротивления платиновых термометров от температуры имеет вид

, где A = 3,9685·10-3; B= -5,847•10 -7;

Т- абсолютная температура, К.

Область применения технических платиновых термометров (-260).. 1 100 ◦С.

Температурная зависимость сопротивления медных термометров

, где a =4,28•10 -3.

Медные термометры могут работать в интервале температур от -50 до +200 ◦С.

В чувствительных элементах платиновых и медных термометров сопротивления тонкая проволока (0,05– 0,10 мм) меняется на каркас изоляционного материала, например кварца, либо проволочная спираль помещается в керамический каркас, а спираль заполняется изолирующим порошком и обеспечивается герметизация чувствительного элемента.