Автоматизация нагревательных и термических печей

Нагревательные устройства разной конструкции и назначения ис­пользуются во многих отраслях производства. Обычно они входят в технологические линии и работают в одном темпе с основным обору­дованием. Это следует учитывать при автоматизации печей прокат­ных, кузнечных и термических цехов. Печи этих цехов большую часть времени работают в переходных режимах из-за нестабильности темпа посада и выдачи заготовок, изменения их сортамента, геометричес­ких, теплотехнических и других параметров.

Высокие требования, которые предъявляются к системам управле­ния печами, обусловлены тем, что допущенные при нагреве металла ошибки практически неисправимы и определяют низкое качество про­ката, вызывают поломки оборудования.

Системы автоматизации нагревательных колодцев, методических и секционных печей скоростного нагрева описаны в литературе [8, с.302-336; 10, с.94-112, с.136-148, с.154-220; 11, с.191-232; 18, с.178-203; 25, с. 137-170].

Структура системы контроля и управления тепловым режимом двухзонной методической печи изображена на рис.16. Обычно несколько печей обслуживают сортовой прокатный стан. Нагреваются заготовки до температуры около 1380 °С. Печь отапливается газом, воздух для горения подогревается в керамическом рекуператоре. Температура дыма до 1100 °С. Давление под сводом печи 30 - 40 Па. Химсостав продуктов горения: О₂=1,5-3,7 %, СО= 1-3 % и СО₂= 9-10 %.

Система автоматизации выполняет следующие функции:

- обеспечение безопасности режима нагрева заготовок и надежности работы оборудования;

- нагрев заготовок до заданной температуры и допустимого пере­пада температур по сечению заготовок;

- обеспечение бесперебойной работы прокатного стана;

- снижение удельного расхода топлива и угара металла.

Автоматически регулируются температура и соотношение "топливо-воздух" по зонам печи (АР₁, АР₂, АР₄, АР₅), а также давление в пе­чи вблизи окна выдачи нагретого металла (АР₃).

Автоматически контролируются следующие величины: давление в печи (Р_П); давление поступающего газа и воздуха после эксгаустера (Р_Г , Р_В); разрежение в борове (Р_б); общий расход газа на печь (F_П); расходы газа и воздуха по зонам печи (F_Г,F_В); химсостав дымовых газов (Q_Д); температура воздуха перед эксгаустером, в томильной и сварочной зонах печи (Т_В, Т_Т, Т_С); температура дыма (Т_Д); температура металла «после раската» (Т_М); количество выдаваемых из печи нагретых заготовок (FQ).

К устройствам защиты и блокировки относятся: регулятор АР₆ , предохраняющий эксгаустер от перегрева; система блокировки Б, осуществляющая отсечку газа при падении давления воздуха; устрой­ства аварийно-предупредительной сигнализации А₁, А₂ и А₃.

На рис. 17 приведена структура системы контроля и регулиро­вания теплового режима одной зоны секционной печи скоростного наг­рева. Такие печи, обладающие высокой производительностью и гиб­костью управления, обычно обслуживают трубопрокатные станы и ра­ботают в переменном режиме. Заготовки нагреваются до температуры около 1200 ⁰С за 5 - 7 минут. В зависимости от темпа проката теп­ловая нагрузка печи может изменяться в 3 - 4 раза. Угар металла минимальный.

Печь может иметь до 56 камер-секций, которые отапливаются природным газом с помощью двух горелок. Воздух подогревается в металлическом рекуператоре специальной конструкции. В тамбурах между секциями находятся водоохлаждаемые ролики печного рольганга.

Контроль и регулирование теплового режима осуществляются по зонам, которые объединяют до 8 секций. Регулируется давление в сек­циях зоны (Р₃ , АР₁), соотношение "топливо-воздух" (F_Г, F_В , АР₂) и расход газа на зону (АР₃) по информации о температуре в средней секции зоны (Т₃). При этом учитываются температура металла при вы­ходе из печи (Т_М) и изменение темпа проката.

Автоматически контролируются: температура в каждой секции (Т_С), которая в зависимости от темпа проката и других переменных факторов может меняться от 1380 до 1450 °С; температура поверхности метал­ла в зоне (Т_МЗ); давление газа в общем газопроводе (Р_Г).

Имеется узел защиты металлического рекуператора от перегрева (Т_Р , АР₄), а для отсечки газа при падении давления воздуха в общем трубопроводе предусмотрена система блокировки (Б).

На рисунке 18 приведена структура системы автоматизации ваграночной установки, предназначенной для плавки чугуна. Цель управления - обеспечить заданные производительность, химсостав и температуру чугуна при минимальном расходе кокса. К вспомогательным задачам относятся регулирование расхода природного газа и технического кислорода, а также управление режимом дожига оксида углерода в радиационном рекуператоре.

Контролируемые параметры указаны на рис.18. Автоматически регулируются уровень засыпи шихты в вагранке (АР₁), температура выплавляемого чугуна (АР₂), влажность дутья (АР₃), расход технического кислорода (АР₄) и подача воздуха (АР₅).

Используемый микропроцессорный контроллер выполняет следующие функции:

• выявление отклонений от нормы основных параметров и предупреждение об этом технологов с помощью панели сигнализации (ПС);
• учет расход топлива, природного газа, технического кислорода и шихтовых материалов;
• расчет оптимального состава шихты;
• согласование работы отдельных регуляторов;
• хранение и логико-математический анализ всей собираемой информации;

· выдача через дисплейный модуль (ДМ), установленный на пульте управления вагранкой, результатов анализа информации и выполненных расчетов;

• расчет сводных технико-экономических показателей и подготовка отчетной документации;
• осуществление обмена информацией с другими агрегатами.

Системы автоматизации пламенных печей, предназначенных для термической обработки изделий из черных и цветных металлов, описаны в литературе [8,c.336-372; 11, c.233-235], а электрических нагревательных печей - в учебных пособиях [8,c.372-380; 24; c.175-207]. Сведения о способах контроля и управления другими электротермическими установками изложены в учебнике [24].

Вопросы автоматизации бескоксовой металлургии, непрерывной разливки стали, производства извести и строительных материалов, а также систем теплофикации рассматриваются в литературе [9; 10; 27; 28]. Системы управления процессами плавки черных и цветных металлов в дуговых и индукционных печах описаны в работе [31].

Дата добавления: 2015-08-18