Автоматизація технологічних процесів у металургії

Автоматизація технологічних процесів у металургії

5

1. Вступ

За останні десятиріччя автоматизація промислових процесів знайшла широке застосування в усіх галузях промисловості ставши необхідним та невід'ємним елементом нової техніки. Автоматика сприяє підвищенню результатів праці і економії енергоносіїв. Велику роль грає автоматизація виробничих процесів чорної металургії. Застосування автоматизації приближує протікання теплових процесів до оптимальних умов, збільшує виробничу здатність печей, зменшує витрату палива. Так в прокатному виробництві автоматизація нагрівальних пристроїв знижує витрату палива на 10-12%. В результаті застосування автоматичного регулювання підвищується надійність управління і культура експлуатації теплових агрегатів, створюються умови для багато агрегатного обслуговування, підвищується якість виготовленої продукції.

У бізнес-план наступного року Блюмінга-2 ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» вже закладене фінансування на проектування автоматизованої системи керування (АСУ) тепловим режимом колодязів у розмірі 1 млн. 340 тис. грн.. Впровадження АСУ дозволить на 30% зменшити викиди СО в атмосферу, знизити окалиноутворення при нагріванні злитків, витрати на енергоресурси, а значить - підвищити якість продукції, що випускається, і поліпшити екологію.

Модернізація і впровадження АСУ тепловим режимом нагрівальних колодязів почнеться з четвертого блоку, а поступово перейде на інші блоки. Ця система дозволить виключити похибки в показниках вимірювальних приладів витрати палива і повітря. Перспективний план з 2009 по 2012 рік передбачає поетапне впровадження автоматизованої системи керування тепловим режимом колодязів з установкою мікропроцесорної техніки і комп'ютерів на робочих площадках нагрівальників металу. Кардинальним змінам піддасться тільки існуюча система автоматизованого регулювання тепловим режимом нагрівання злитків.

Зараз тут зважується питання про підготовку і навчання персоналу для роботи на мікропроцесорній техніці.

2. Характеристика сировини що використовуємо та продуктів що отримуємо

Сировина:

зливки: l=3м перетин 900*900, l=1,7м перетин 840*840; tвих=1300°С; m=8,5 - 12,5 тон.

газ коксо-доменний: %=?; t=20°C; Р=500 мм водного стовпа

Продукція:

заготовка (блюми): 80*80, 100*100, 150*150. Маса заготовок буває 0,8-4,2 тон.

3. Опис технологічного процесу та будови апаратів

Після випуску сталі і її розливання у виливниці (маса зливків буває 8,5-12,5 тонн) останні попадають на ділянку відстою, де протягом певного часу в процесі охолодження виливниць сталь злитків охолоджується до температури 950° С і нижче -- кристалізується. У стриперному відділенні після подачі состава зі зливками відбувається їхнє роздягання - зняття виливниць за допомогою спеціальних кліщових кранів.

Далі по залізничній колії зливки надходять у відділення нагрівальних колодязів (ВНК) блюмінга. Доставка гарячих зливів із сталеплавильного цеху в ВНК проводиться відповідно з нормами часу і рівномірно впродовж всієї зміни, поплавочно і тільки в вертикальному положенні. Кількість зливків, що подаються одночасно, в одній подачі обмежується відповідно з нормами встановленими регламентованим графіком. Відповідно до отриманої інформації нагрівальник групи нагрівальних колодязів готує їх до посаду зливків. Посад зливків нової плавки в колодязь виконується після видачі з нього попередньої плавки. При необхідності проводиться усунення неполадок колодязя. В залежності від температури посаду зливків і марки сталі колодязі розігріваються або охолоджуються відповідно до норм температури і часу. Посад зливків в нагрівальний колодязь виконується за допомогою кліщових кранів грузопід'ємність якого 50/20т, якими керують машиністи кліщових кранів. В один колодязь одночасно загружається до 12 зливків масою 12,5 тонн, або до 17 зливків вагою 8,5 тонн. Час для посаду зливків в один колодязь не перевищує 15 хвилин. Після посаду зливків колодязь накривається кришкою за допомогою напольно-кришкового крана (НКК) яким керує нагрівальник металу. Після накривання колодязя кришкою виконується нагрівання зливків в колодязі відповідно з розробленими режимами нагріву металу. Відповідно від марки зливків і температури посаду температура нагріву зливків в колодязі буває 1280-1300С. Тривалість нагрівання зливків визначається по графіку нагрівання в залежності від температури посаду, типу зливків, маси і кількості зливків.

Нагрівання зливків в колодязі відбувається за допомогою тепла отриманого при спалюванні коксового та доменного газу (коксо-доменної суміші). Для повного згорання коксо-доменної суміші в колодязі дотримується співвідношення газ-повітря. Коксо-доменна суміш подається в цеховий колектор під тиском 200-500 кг/м. При подачі доменного газу в цеховий колектор тиск газу в газопроводі складає 200-1400 кгс/м, а тиск коксового газу в коксовому газопроводі 200-800 кгс/м. Інжекторне повітря в цеховий колектор надходить під тиском 1,5-2 кгс/см.

Керування тепловим процесом нагрівання зливків в нагрівальних колодязях відбувається автоматично або дистанційно. Цим процесом керує технолог нагрівальник металу.

Керування процесом нагріву метала здійснюється за допомогою наступних систем автоматичного контролю й регулювання: контролю й регулювання температури в колодязі; контролю й регулювання тиску в колодязі; контролю й регулювання тиску співвідношення “газ - повітря”.

В задачу відділення нагрівальних колодязів в ході отримання нагрітих до температури прокатки і рівномірно-прогрітих по перетину зливків та забезпечення гнучкого зв'язку між сталеплавильним та прокатним цехами. Нагрівальні колодязі - це печі садочного типу періодичної дії з розподіленими за часом температурним та тепловим режимами. Технологічний процес являє собою два етапи - період нагріву і період витримки, при цьому зливки метала нагріваються за рахунок радіаційного теплообміну зі стінками колодязя і продуктами згоряння палива (промене спускання) і за рахунок конвективного теплообміну при контакті з продуктами згорання. В період нагріву здійснюється нагрів поверхні зливка до заданої температури, в цей час витрата палива в колодязі максимальна. Під час періоду витримки витрата палива в колодязі поступово зменшується, прогрів зливка здійснюється по перетину, а температура поверхні зливка залишається постійною. Увесь тепловий режим колодязя залежить від температури і ваги завантажувальних злитків, марки сталі, а також від теплової потужності колодязя.

Нагріті зливки (готовність зливків до видачі визначається нагрівальником металу) за допомогою кліщових кранів вивантажуються з колодязя на зливковози які по кільцевій зливкоподачі транспортують їх до прийомного рольгангу прокатного стану. Подачу зливків на стан 1300 виконують з таким розрахунком, щоб забезпечити нормальний ритм праці стану і виключити охолодження металу. На прийомному рольгангу повинно знаходитись не більше 4-х зливків. Температура поверхні зливка становить 1200-1300С. З зливковозів зливки потрапляють на прийомний рольганг стану і подаються в валки обжимного стану де зливки розкатуються до заданої заготівки. Перед прокаткою на стані всі зливки підлягають зважуванню на рольгангових вагах. Блюминг 1300 виконує прокатку зливків масою 8-13,5тон в блюми перерізом 300х300-400х400мм.

4. Специфікація засобів автоматизації

5. Опис найбільш складних схем автоматизації технологічного процесу

5.1 Схема контролю і регулювання співвідношення “газ-повітря”

Контроль і регулювання співвідношення “газ - повітря” (додаток №1) складається з датчиків розходу газу і повітря АИР-20/М2, вторинних приладів ДИСК-250, блоку ручного управління БРУ-42, регулятору типу РП4У-М1, виконавчого механізму МЭО-250/25-0,25У.

Для повного спалювання палива використовують САР співвідношення "газ -повітря". На газопроводі і повітря проводі встановлені діафрагми типу ДК-100 (поз. 6.1, 7.1), від яких проведені імпульсні лінії до первинних перетворювачів типу АИР - 20/М2 (поз. 6.2, 7.2).

АИР-20/М2 складаються з первинного перетворювача й електронного пристрою. Середовище під тиском подається в камеру первинного перетворювача і деформують його мембрану, що приводить до зміни електричного опору розташованих на ній тензорезисторів чи електричної ємності, у результаті чого первинний перетворювач видає сигнал напруги. Електронний пристрій перетворить електричний сигнал у цифровий код значення вимірюваного тиску, а потім і в значення тиску. Значення тиску перетвориться в уніфікований токовий вихідний сигнал і відображається у виді числового значення на індикаторному пристрої.

Уніфіковані струмові сигнали надходять у вторинні прилади типу "Диск-250" (поз. 6.3, 7.3). Прилади "Диск-250" призначені для виміру і реєстрації сили струму, а так само неелектричних величин перетворених у зазначені сигнали. В основу роботи приладу покладений принцип електромеханічного зрівноважування, що стежить. Вхідний сигнал від датчика попередньо підсилюється і лише після цього виробляється зрівноважування його сигналом елемента, що компенсує, (реохорда).

З первинних пристроїв витрат повітря і палива сигнал надходить також і до регулятора РП4У-М1 (поз. 7.4).

Крім цих сигналів до регулятора також надходить і сигнал задатчика РЗД-22 (поз. 7.5), за допомогою якого здійснюється введення заданих значень співвідношення витрат газу і повітря. В основу роботи задатчика покладене керування вихідною напругою операційного підсилювача, зібраного на інтегральній мікросхемі, за допомогою регульованого дільника напруги на одному з входів операційного підсилювача. Вихідний сигнал за датчика дорівнює 0-5 чи 4-20 мА.

У вимірювальному блоці регулятора сигнал завдання порівнюється з дійсним значенням витрат і відпрацьовується розходження. Далі сигнал в електронному блоці підсилюється і формується регулююча дія відповідно закону регулювання.

Вироблені регулятором імпульсні командні сигнали надходять до виконавчого механізму МЭО-250/25-0,25У (поз. 7.9). Механізм призначений для переміщення регулювальних органів у системах автоматичного регулювання відповідно до командних сигналів, що надходять від регулюючих і керуючих пристроїв. Принцип роботи механізму МЭО250 полягає в перетворенні електричного сигналу, що надходить від регулюючих і керуючих пристроїв, в обертальне переміщення вихідного вала. Привід виконавчого механізму керує регулювальним органом ПРЗ-10 (поз. 7.10), установленим на повітряпроводі.

При автоматичному регулюванні регулятор співвідношення отримує імпульси по розходу газу і повітря і порівнює їх з заданим коефіцієнтом надлишку повітря.

Регулятор через виконавчий механізм діє на регулюючий орган і відновлює розхід повітря до заданого значення.

Дистанційне (ручне) управління розходом повітря здійснюється за допомогою ключів, що знаходяться на щиті КВПіА.

При установленні перемикача роду робіт “Р-А” в положення “Р” (ручне) ключем (М-Б) установлюється необхідна витрата по графіку співвідношення “газ-повітря”.

5.2 Схема контролю та регулювання температури

Контур контролю та регулювання температури у нагрівальному колодязі (додаток №1) складається з термопари типу ТПП-10М L-1000 та вторинного приладу ДИСК-250, блоку ручного управління БРУ-42 регулятора типу РП4У-М1, виконавчого механізму МЕО 250/25-0,25У.

При зміні температури в нагрівальному колодязі виникає зміна ТермоЕДС на термопарі (поз. 1.1). Сигнал з термопари надходить на вторинний прилад ДИСК-250 (поз. 1.2). Одночасно сигнал надходить і на регулятор (поз. 1.3), де порівнюється з заданою температурою по за датчику (поз. 1.4) і сигналом з виконавчого механізму (поз. 1.8). В момент зміни температури сигнал, що поступає на регулятор виводить регулятор з рівноваги, в результаті чого регулятор видає сигнал «більше» або «менше» (відкриття-закриття дроселю газу). У момент переміщення ричага виконавчого механізму, вбудований у ВМ БСПТ одночасно видає сигнал на регулятор для порівняння сигналу, що зменшує час перерегулювання (зворотний зв'язок).

Для управління виконавчим механізмом застосовується БРУ-42 (поз. 1.5, 1.6), на якому реалізовані ключі управління «більше» та «менше», ручний та автомат, а також вказівники положення ричага виконавчого механізму (поз. 1.7).

5.3 Схема контролю та регулювання тиску

Контур контролю та регулювання тиску у нагрівальному колодязі (додаток №1) складається з датчика тиску відхідних газів АИР-20/М2 та вторинного приладу ДИСК-250, блоку ручного управління БРУ-42 регулятора типу РП4У-М1, виконавчого механізму МЕО 250/25-0,25У.

При зміні тиску в нагрівальному колодязі датчик АИР-20/М2 (поз. 2.1) виробляє уніфікований струмовий сигнал, який надходить на вторинний прилад ДИСК 250 (поз. 2.2). Одночасно сигнал надходить і на регулятор (поз. 2.3), де порівнюється з заданим тиском по задатчику (поз. 2.4). В момент зміни тиску сигнал, що поступає на регулятор виводить регулятор з рівноваги, в результаті чого регулятор видає сигнал «більше» або «менше» (відкриття-закриття заслінки димових газів).

Для управління виконавчим механізмом застосовується БРУ-42 (поз. 2.5, 2.6), на якому реалізовані ключі управління «більше» та «менше», ручний та автомат, а також вказівники положення ричага виконавчого механізму (поз. 2.7).

6. Індивідуальне завдання

Зв'язок діафрагми з первинним перетворювачем (датчиком) здійснюється за допомогою імпульсних ліній діаметром 22,5мм. З датчика сигнал на прилад надходить за допомогою кабельних ліній (кабель типу КВВГЕ 4*1,5). Довжина лінії 70м кабель закладений в захисні труби діаметром 32мм і виходить безпосередньо у щитову КВПіА. Кабелі що призначені для вимірювання витрат середовища газ, повітря, чи тиск у нагрівальному колодязі прокладають окремо в одній трубі задля усунення побічних наводок.

Для вимірювання температури в нагрівальному колодязі застосовують компенсаційний промінь типу ПТП-П 2*2,5. Довжина імпульсної лінії 90м. Закладений у захисну трубу діаметром 32мм котра надходить за щіт КВПіА з місця установки термопари. Для вимірювання температури рекуператорів застосовують компенсаційний провід типу ПТП-М 2*2,5*1.Закладений у захисні труби. Довжина лінії 70м. Діаметр труби 35мм. Захисна труба надходить за щіт КВПіА з місця установки термопари.

Для керування виконавчими механізмами застосовують кабелі типу КВВГЕ 14*1,5, КВВГЕ 4*1,5. Довжина лінії 100м. Прокладені у захисній трубі діаметром 50мм. Заходить за щіт КВПіА з місць установки виконавчого механізму.

Усі захисні лінії оснащені прохідними коробками розміром 300*300*200. Виконані з металу завтовшки 2мм. Призначені для полегшення обслуговування кабельних ліній. Розташовані одна від одної на відстані 10м.

АИР-20/М2 монтуються на посадкове місце в положенні, зручному для експлуатації й обслуговування.

При виборі місця установки АИР-20/М2 необхідно враховувати наступне:

- місця установки АИР-20/М2 повинні забезпечувати зручні умови для обслуговування і демонтажу;

- температура, відносна вологість навколишнього повітря, параметри вібрації не повинні перевищувати значень, зазначених у розділі "Технічні характеристики" дійсного керівництва;

- напруженість магнітних полів, викликаних зовнішніми джерелами перемінного струму частотою 50 Гц, не повинна перевищувати 300 А/м;

- для забезпечення надійної роботи АИР-20/М2 в умовах твердої і украй твердої електромагнітної обстановки електричні з'єднання необхідно вести крученими чи парами крученими парами в екрані. Екран при цьому необхідно заземлити.

Заземлити корпус АИР-20/М2, для чого відвід перетином не менш 1 мм2 від приладової шини заземлення приєднати до спеціального затиску на корпусі АИР-20/М2.

Сполучні трубки від місця добору тиску до АИР-20/М2 повинні бути прокладені по найкоротшій відстані. Довжина лінії повинна бути достатньої для того, щоб температура середовища, що надходить в АИР-20/М2, не перевищувала граничної робочої температури.

Довжина, що рекомендується, не більш 15 м.

Сполучні лінії повинні мати однобічний ухил (не менш 1:10) від місця добору тиску, нагору до АИР-20/М2, якщо вимірюване середовище - газ і вниз до АИР-20/М2, якщо вимірюване середовище - рідина. Якщо це неможливо, при вимірі тиску газу в нижніх крапках сполучної лінії варто установлювати відстійні судини, а при вимірі тиску рідини в найвищих крапках - газозбірники.

Відстійні судини рекомендується встановлювати перед АИР-20/М2 і в інших випадках, особливо при довгих сполучних лініях і при розташуванні АИР-20/М2 нижче місця добору тиску.

Перед приєднанням до АИР-20/М2 лінії повинні бути ретельно продуті для зменшення можливості забруднення камер вимірювального блоку АИР-20/М2.

Для продувки сполучних ліній повинні передбачатися спеціальні пристрої.

Приєднання АИР-20/М2 до сполучної лінії здійснюється за допомогою комплекту монтажних частин у складі:

- гайка і ніпель для АИР 20/М2-ДА, АИР 20/М2-ДИ, АИР 20/М2-ДВ; АИР 20/М2-ДИВ;

- вентильний блок у комплекті - для АИР 20/М2-ДД.

Монтаж вибухозахищених перетворювачів АИР-20Ех/М2, АИР-20Аех/М2 повинний вироблятися у відповідності зі схемами електричних з'єднань, приведеними на малюнках

Перед установкою АИР-20/М2 кисневі виконання потрібно переконатися в наявності штампа "Знежирений згідно ОСТ 26-04-2158..." у його паспорті. Перед приєднанням АИР-20/М2 сполучні лінії продути чистим стисненим чи повітрям азотом. Чи повітря азот не повинні містити олій.

При монтажі неприпустиме влучення жирів і олій у порожнині АИР-20/М2. У випадку їхнього влучення необхідно зробити знежирення АИР-20/М2 і сполучних ліній відповідно до СТП 2082-594-2004 "Устаткування криогенне. Методи знежирення. Перед установкою монтажні частини, що стикаються з киснем, знежирити.

Прилад ДИСК-250М повинний бути встановлений у добре освітленому приміщенні з чистим і сухим повітрям і незначно змінюється температурою.

Бажано мати навколо щита, на якому встановлений прилад, засклену перегородку, що відокремлює його від іншої частини приміщення.

Для монтажу приладу в панелі щита зробити виріз 304x304 мм. Попередньо знявши бічні струбцини, прилад вставити у виріз до упора; навішати струбцини, не затискаючи їх болтами, натиснути на струбцини вниз до упора і затягти болти.

Для зручності обслуговування прилад повинний бути виставлений на щиті так, щоб вісь покажчика знаходилася на висоті 1,4-1,6 м від рівня підлоги.

Бажано експлуатувати прилад при температурі не вище 40 °С. Не можна розташовувати прилад поблизу могутніх джерел електромагнітних полів (силові трансформатори, дроселі, електродвигуни, електричні печі, неекрановані силові кабелі і т.п.).

У місці установки приладу неприпустимі труська і вібрація.

Увага! Не прокладати проводу силової лінії і вимірювального ланцюга в одному чи джгуті загальній трубі. Не допускати петель у сполучних проводах. Сполучні проводи перевити. Сполучні проводи від первинних перетворювачів по всій довжині укласти в сталеву трубу, надійно заземлену в приладу.

Живлення приладу здійснюється напругою 220 В перемінного струму. При сильних перешкодах, що надходять з живильної мережі, живлення подавати через розділовий трансформатор потужністю не менш 100 В А.

Підключення проводів до вхідної чотириклемної колодки приладу робити в такий спосіб. Зачистити провід від ізоляції на довжину, приблизно, 15 мм і скласти зачищену частину вдвічі. Послабити гайки і вставити кінець проводу під гайку в проріз колодки. Закрутити гайку до упора. Після підключення проводів, колодка повинна бути закрита кришкою.

Монтувати прилад у строгій відповідності зі схемою зовнішніх підключень. Заземлити прилад.

Перевірити по закінченні монтажу правильність зовнішніх підключень і опір пристрою, що заземлює, до якого приєднується корпус приладу.

Опломбувати шасі і кришку, що закриває колодку для підключення первинного перетворювача.

При підключенні до контактів реле сигналізації і реле регулювання більш могутнього чи реле магнітного пускача випливає шунтувати обмотку цього чи реле пускача неелектролітичним конденсатором напругою від 400 В и більш, номіналом від 1 до 3 мкФ у залежності від потужності навантаження.

Пристрій регулюючий РП4У-М1 розраховані на утоплений монтаж на вертикальній панелі шита в закритому вибухо- і пожежобезпечному приміщенні. Навколишнє середовище не повинне містити агресивних пар і газів. Кожен пристрій повинний бути захищене від впливу зовнішніх магнітних полів з напруженістю більш 400 А/м, тому встановлювати його випливає на відстані не менш 1 м від елементів і пристроїв, що генерують сильні магнітні поля. Не допускається вібрації пристроїв з частотою вище 25 Hz. і з амплітудою більш 0,1мм. Місце установки повинне бути добре освітлене і зручно для обслуговування. З передньої сторони щита необхідно передбачити вільний простір глибиною не менш 550мм для витягу шасі з корпуса пристрою. До розташованого на задній стороні пристрою клемній колодці повинний бути забезпечений вільний доступ для монтажу.

Зовнішні з'єднання пристрою з іншими елементами системи регулювання виконуються у виді кабельних чи зв'язків у виді джгутів вторинної комутації. Прокладка й оброблення кабелю і джгутів вторинної комутації повинні відповідати вимогам діючих "Правил пристрою електроустановок" (ПУЕ). Допускається безпосереднє приєднання кабельних жил до комутаційних затисків клемної колодки пристрою.

Страницы: 1, 2, 3