Автоматизация агрегатов черной металлургии

Автоматизация агломерационного производства

Доменное производство, бескоксовая металлургия и другие спосо­бы получения железа основаны на использовании обогащенного железо­рудного сырья в виде агломерата и обожженных окатышей. Экономичес­кие показатели и экология производства агломерата и окатышей во многом определяются эффективностью работы систем автоматизации.

Проблемы информационного, метрологического и математического обеспечения систем управления процессами получения агломерата и окатышей рассматриваются в литературе [I, с.144-174; 8, с.194-205; 10, с.222-256; 11, с. 4-26; 12, с.36-108; 14, с. 73-148].

Упрощенная структура системы автоматического контроля и управ­ления работой агломашины дана на рис.11. Система обеспечивает задан­ное технологами соотношение компонентов шихты, ее увлажнение, ук­ладку на палеты, зажигание поверхности шихты и требуемую скорость движения аглоленты, а также согласование работы всех механизмов. Блок "Система дозирования" контролирует степень заполнения бунке­ров и управляет расходом из бункеров коксика, рудной смеси, кон­центрата, известняка, флюса и других компонентов шихты. Блок "Уп­равление электроприводом" осуществляет согласование работы всех агрегатов.

Автоматически контролируются и регулируются три параметра: рас­ход воды на увлажнение (F_В, АР₁), температура горна (Т_Г, АР₂) и со­отношение "воздух-топливо" (F_В, F_Г, АР₃). Автоматически контроли­руются: положение отдельных механизмов (G_i); расход воздуха через "нулевую" вакуум-камеру (F₀), что позволяет оценивать влажность ших­ты; скорость движения аглоленты (S_Л); разрежение перед циклонами (Р_ц); температура поверхности шихты после горна (Т_Ш); светимость в 13-й и 15-й вакуум-камерах(Т₁₃, Т₁₅) с целью контроля закончен­ности обжига шихты; масса подученного агломерата (W_а) и качествен­ные показатели готового агломерата (Q_a). Обычно контролируются химсостав агломерата, его основность и прочность по ГОСТ 15137-77, а также содержание мелочи размером 0 - 5 мм.

Можно заметить, что рассмотренный вариант построения системы управления тепловым режимом горна позволяет перекрывать подачу топлива при остановке вентилятора без использования узла блокировки.

Автоматизация доменного производства

Использование чугуна, выплавляемого в доменных печах, остается наиболее экономичным способом получения стали. В настоящее время во всем мире небольшие доменные печи заменяются более мощными пе­чами новой конструкции с конвейерными системами дозирования и заг­рузки шихты, бесконусными засыпными устройствами и установками придоменной грануляции шлака. Доменные печи большого объема оснащают­ся АСУ ТП.

Современный уровень автоматизации доменного производства опи­сав в литературе [1, с.172-198; 8, с.204-232; 9, с.38-112; 11 с.26-101; 12, с.108-158; 13, с.148-178; 15; 16; 17 ].

В технологический комплекс современной доменной печи входят следующие основные агрегаты (рис.12): бункерная эстакада («БЭ»), воздуходувка («ВВ»), блок из четырех воздухонагревателей («БВ»), сама доменная печь («ДП»), система пылегазоочистки («ПГ»), дроссельная группа («ДГ») и установка грануляции шлака («ГШ»). Для контроля работы такого сложного комплекса используется более 3000 источников информации, которая собирается путем опроса 270 термопреобразователей, 800 манометров и дифманометров, 160 сигнализаторов изменения давления, 50 индикаторов угла поворота, 16 газоанализаторов, 16 влагомеров, 70 измерителей уровня, 77 задатчиков и 50 комплексов весоизмерительных устройств, специальных индикаторов, наличия и вида шихтовых материалов.

Автоматически контролируются следующие параметры доменного про­цесса: содержание кислорода в холодном дутье (Q_Д); давление, рас­ход и температура холодного дутья (Р_Д , F_Д , Т_Д); уровень засыпи ших­ты на колошнике печи (L_Ш) верхний, нижний и общий перепады дав­ления по высоте печи (РД_В , РД_Н , РД_об); температуры лещади (Т_Л); температура чугуна на выпуске из печи (Т_Ч); температура колошнико­вого газа в четырех газоотводах, в восьми точках под защитными пли­тами по периферии печи и по высоте шахты печи (Т_К , Т_П , Т_Ш); давле­ние и выход доменного газа (Р_ДГ, F_ДГ); содержание в доменном газе СО, СO₂ и Н₂. Периодически контролируются химсостав сырья и продук­тов плавки, а также их масса. Вся собираемая информация вводится в управляющую вычислительную машину (УВМ) и через дисплейные моду­ли (ДК), установленные на пультах управления печью, сообщается сменным технологам, которые ведут доменную плавку.

Автоматически регулируются: расход технического кислорода (АР₁), расход пара на увлажнение дутья (АР₂), температура горячего дутья (АР₃), общий расход природного газа на печь (АР₄), расход природного газа по отдельным фурмам печи (АР₅) и давление на колошнике доменной печи (АР₆).

Для контроля и управления воздуходувкой, блоком воздухонагре­вателей, шихтоподготовкой, режимом загрузки, пылегазоочисткой и грануляцией шлака используются свои подсистемы управления: ПУ-ВВ, ПУ-БВ, ПУ-ШП, ПУ-РЗ, ПУ-ПГ и ПУ-ГШ, оснащенные отдельными микро­процессорными комплексами.

Доменные печи среднего объема оснащаются менее сложными систе­мами централизованного контроля и управления (ОЦКУ). Один из вариан­тов СЦКУ, основанный на использовании программируемых микроконтрол­леров и экспертной системы "Советчик доменщика", представлен на рис. 13.

Отличие новой экспертной системы от известных «Советчиков доменщика» [18,20] заключается в следующем:

- доменный процесс рассматривается как многовариантная материально- информа­ционная система, состояние которой оценивается с исполь­зованием определенных вариантов отклонений от нормы исходных дан­ных, технологических ситуаций и регулирующих воздействий (всего бо­лее 150 вариантов);

- роль эксперта, решающего вопросы идентификации вариантов отк­лонений от нормы исходных данных и оценки достоверности находимых системой решений, выполняет сменный технолог;

- при создании экспертной системы за базу знаний принимается конкретная технологическая инструкция по ведению плавки с

- дополнительными рекомендациями экспертов-доменщиков (руководство доменного цеха и заводской лаборатории);

- для реализации экспертной системы используется установленный на пульте управления печи промышленный компьютер, в который вво­дится информация о динамике изменений контролируемых параметров, а также выявленные технологом-экспертом варианты отклонений от нормы показателя работы фурм, горна и выпуска продуктов плавки.

Создание экспертных систем "Советчик доменщика" нового типа яв­ляется одним из вариантов интеллектуализации АСУ ТП в доменном про­изводстве. Вопросы создания экспертных и интеллектуальных систем рассматриваются в работах [7,с.589-616; 18; 19; 20].

Автоматизация сталеплавильного производства

Проблема повышения эффективности сталеплавильного производст­ва решается путем преимущественного развития кислородно-конвертор­ного и электросталеплавильного производства в комплексе с установками внепечной обработки стали и непрерывной разливки. Строительство новых мартеновских печей прекращено. Вместе с тем в таких печах выплавляется более 50% всей стали. Мартеновские цеха характеризуются хорошо отработанной технологией, печами большой емкости (до 900 т), высоким уровнем механизации и автоматизации.

Системы автоматизации мартеновских и двухванных печей описаны в литературе [1, с.199-217; 8, с.232-258; 11, с.175-185; 12, c. 158-213; 21].

На рис. 14 приведена структура системы АВТЕР[12, с.175-182], которая позволяет вести плавку при максимально допустимой тепло­вой нагрузке. Расход топлива снижается лишь в тех случаях, когда температура свода или давление в печи превысят установленные пре­делы, а также если в дымовых газах появятся СО и Н₂. Система обес­печивает управление процессом горения при использовании газа, ма­зута и нескольких кислородоносителей, позволяет экономить топливо за счет полного сжигания СО и Н₂, которые образуются в процессе плавки, а также повышает надежность работы агрегата.

Автоматически контролируются: давление во всех трубопроводах и в печи (Р_К , Р_КВ , Р_Г , Р_ВВ, Р_П); разрежение в борове (Р_б); расход кислорода, газа и мазута (F_К , F_КВ , F_КФ , F_МЗ); расход вентиляторного воздуха (F_ВВ); температура мазута, верха насадок регенерато­ров, подины, свода печи и стали (Т_МЗ , Т_Н, Т_П , Т_СВ , Т_С); химсостав дымовых газов (Q_Д). Собирается также информация о массе и химсос­таве шихтовых материалов, чугуна и продуктов плавки.

Автоматически контролируются: расход газа (АР₁), расход кислорода в факел (АР₂), давление в печи (АР₄) и соотношение «топливо-воздух» с использованием вычислительных устройств (ВУ₁ , ВУ₂), корректирующего регулятора (КР) и информации о химсоставе дымовых газов. Реверсирование факела осуществляется блоком «Управление перекидкой клапанов». При перегреве верха насадок регенераторов блок «Защита регенераторов» подает пар или уменьшает интервал перекидки Dt.

С помощью устройств дистанционного управления (Н) технологи могут устанавливать нужные расходы мазута, компрессорного воздуха и кислорода в ванну.

Проблемы, связанные с автоматизацией кислородно-конверторного производства, изложены в книгах [1, с.217-245; 8, с.258-277; 9, с.163-196; 11, с. 101-175; 12 с.213-270; 22].

Система автоматизации кислородного конвертора, структура кото­рой изображена на рис.15, выполняет следующие функции:

- обеспечивает безопасность ведения плавки и надежность работы оборудования за счет применения "Блока защиты" и УВМ;

- стабилизирует заданную интенсивность подачи кислорода;

- определяет момент окончания продувки ванны по количеству из­расходованного кислорода или по результатам анализа собираемой ин­формации о ходе плавки;

- осуществляет расчеты шихты и присадок, управляет процессами дозирования и загрузки сыпучих.

Автоматически контролируются; давление кислорода и его чистота (Р_К, Q_К); время от начала продувки (К_ПР); температура, давление и расход кислорода, приведенный к нормальным условиям (Т_К , Р_К , F_К); количество израсходованного кислорода за плавку (FQ_К); положение фурмы и конвертора (G_Ф , G_КР); разрежение в кессоне (Р_Г); уровень стальной ванны (L_СВ). При повалках конвертора определяется темпе­ратура стали (Т_С) и химсостав расплава. Собирается также информа­ция о массе и химсоставе шихтовых материалов, о результатах плавки и износе футеровки конвертора.

Автоматически регулируются: заданная интенсивность подачи кислорода (АР₁), разрежение в кессоне (АР₂) и положение фурмы (АР₃).

"Блок защиты" с помощью клапана КЛ₃ - перекрывает подачу кислоро­да при падении его давления, нарушениях режима охлаждения фурмы, при ее подъеме выше определенного уровня и при отклонениях конвер­тора от вертикали. При прогаре фурмы она сразу же заменяется запас­ной. С помощью устройств дистанционного управления (Н) или дисплей­ного модуля технологи могут осуществлять ручное управление плавкой.

Управляющая вычислительная машина (УВМ) позволяет анализировать с помощью моделей ход плавки, выявлять критические ситуации и при­нимать необходимые меры, вести расчеты и регистрацию показателей работы конвертора.

Вопросы автоматизации электроплавильного производства достаточно подробно описаны в работах [1, c.275-344; 8, c.282-301; 9, c.196-229; 14, c.270-324; 23; 24, c.271-356].

Дата добавления: 2015-08-18