Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание технологических процессов в доменном производстве

2. Описание технологического процесса загрузки шихты в доменную печь

3. Выбор технических средств автоматики

4. Функциональная схема системы автоматического управления загрузкой доменной печи

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Доменная печь - цилиндрическая плавильная печь. Ее используют для выплавки из руд металлов, преимущественно железа и меди. Руда смешивается с коксом и Флюсом (при выплавке стали это известняк). К нижней части печи подведен трубопровод горячего сжатого воздуха, который нагнетается в печь и создает там температуру, необходимую для восстановления оксидных руд до металлов. Расплавленный металл опускается на дно печи и выводится из нее через специальное отверстие. Отходы, или шлак, плавают поверху расплава и удаляются из печи.

Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Основной технологической задачей доменной плавки является восстановление железных руд и получение чугуна заданного состава и температуры. Доменная печь относится к классу шахтных печей, в которых осуществляется слоевой режим работы с противотоком обрабатываемого материала, заполняющего весь рабочий объем печи, и горячих газов, фильтрующихся через сравнительно плотные слои этих материалов.

Характерными особенностями слоевого режима работы печи являются большая поверхность материалов, подвергающихся тепловой и химической обработке, и в то же время неопределенность активной части поверхности, участвующей в процессах тепло и массообмена. Причиной неопределенности является движение материалов, которые в ходе обработки меняют размеры и формы кусков и претерпевают изменения химического состава и агрегатного состояния, что изменяет условия фильтрации горновых газов через различные участки сечения печи. Другой особенностью слоевого режима является то, что все виды теплопередачи (радиация, конвекция и теплопроводность) тесно переплетены и практически неразделимы. Это затрудняет теоретические расчеты процессов теплообмена и экспериментальное определение теплотехнических характеристик доменных печей.

Непрерывный рост мощности доменных печей и внедрение новых методов интенсификации технологического процесса существенно повысили производительность доменного производства и увеличили потоки сырья, энергии и продуктов плавки, участвующих в производственном процессе.

Современный доменный цех ежесуточно потребляет свыше 50 тыс. т различных материалов, 100 млн. м³ воздуха, примерно 2 млн. т воды и расходует более 20 тыс. кВтч электроэнергии. Значительно усложнилось управление доменным производством, возросло количество информации, которое необходимо освоить и использовать для управления процессом. Увеличилось также число управляющих воздействий, и усложнился выбор управлений, наиболее рациональных для данных условий. Анализ поступающей информации и выбор оптимальных управляющих воздействий требуют высокой квалификации персонала, обслуживающего печь. В этих условиях возрастает необходимость внедрения систем автоматического контроля и управления.

Системы контроля и управления работой доменных печей постепенно усложнялись - от простейших систем стабилизации отдельных параметров до локальных систем управления отдельными режимами работы печи и, наконец, до комплексных систем управления всем доменным процессом.

Автоматический контроль и стабилизация некоторых параметров доменного процесса сыграли в свое время большую роль в деле повышения производительности и экономичности работы доменных печей. Внедрение локальных систем стабилизации расхода, температуры и влажности горячего дутья, давления колошникового газа, нагрева воздухонагревателей позволило повысить производительность доменных печей на 5-9 % и получить экономию кокса 6-7 %. Кроме того, локальные системы стабилизации облегчили труд металлургов и повысили общую культуру производства.

Внедрение локальных систем управления, таких, например, как системы автоматического управления шихтоподачей, распределения горячего дутья и природного газа по фурмам доменной печи, автоматический перевод и управление нагревом воздухонагревателей и т.д., дало дополнительный экономический эффект: производительность доменных печей увеличилась еще на 4-5 %, а расход кокса снизился на 2-3 %.

В настоящее время в Казахстане разрабатывается и внедряется комплексная система автоматического управления с применением УВМ. В состав комплексной системы входят подсистемы управления шихтовкой и шихтоподачей, управления тепловым и газодинамическим режимами и управления ходом печи. По предварительным расчетам, внедрение комплексной системы повысит производительность печей на 9-11 % и снизит расход кокса на 12-14 %. Несмотря на высокую стоимость комплексной системы управления, срок ее окупаемости менее двух лет.

Для нужд промышленности вырабатывается газообразный и жидкий кислород. Однако газообразный кислород применяется гораздо шире. Благодаря газообразному кислороду в металлургии стал возможен процесс кислородного дутья, когда воздух был полностью заменен кислородом. Из-за того, что значительная часть воздуха - это азот, нейтральный газ, при воздушном дутье были высоки потери тепла. Нагретый азот уходил, не принимая никакого участия в металлургическом процессе. При кислородной продувке снижается расход топлива, а качество металла становится значительно выше. Первые опыты по применению кислородного дутья при литье чугуна были проведены еще в 1930-х годах. Кислород повысил производительность доменной печи и снизил расходы кокса. В мартеновском производстве стали кислород сначала применили для того, чтобы топливо более интенсивно сгорало. Позже стали вдувать кислород непосредственно в жидкий металл, чтобы окислить примеси и сделать металл более чистым. В мартеновских печах кислородное дутье окончательно вытеснило воздушное. Применение кислородного дутья в электросталеплавильных печах впервые произошло в 1946 году. Преимущества кислорода перед воздухом были заметны сразу. Кислородное дутье повысило почти на треть производительность печей при почти таком же снижении электроэнергии. Особенно эффективной оказалась работа кислорода в производстве нержавеющей стали.

При литье чугуна в вагранке кислородное дутье используется, чтобы нагреть расплавленный чугун до очень высокой температуры. Это является важным моментом технологического процесса для производства высоколегированного металла, облагороженного присадками кремния и хрома. В ваграночной плавке с применением кислорода расход топлива снижается почти наполовину, почти настолько же снижается содержание вредной примеси - серы, почти вдвое увеличивается производительность и значительно повышается температура литья. Цветная металлургия применила свойства кислородного дутья немного позже. В цветном литье, как и в литье черных металлов, жидкий кислород не применяется, зато активно применяется газообразный кислород. При получении меди, свинца и никеля применение кислорода вместо воздуха позволило ускорить выплавку этих металлов из руд, сократило почти на пятую часть расход топлива (кокса) и почти в три раза уменьшило потребление флюсов. Почти такое же сказочное действие оказал примененный вместо воздуха кислород при обжиге сульфатов цинка, увеличив на 70 % производительность металлургического процесса.



1. Описание технологических процессов в доменном производстве

Для работы доменной печи необходимы большие количества руды, топлива (каменного угля), известняка и воды (для охлаждения). Руду взрывают, извлекают, дробят и превращают в мелкий порошок. При обжиге образуется оксид железа, проявляющий магнитные свойства, благодаря чему из водной взвеси его отделяют от пустой породы магнитной сепарацией. Магнитный оксид брикетируют обкаткой в барабане, затем слегка спекают до получения окатышей, пригодных для доменного процесса. Таким способом из бедной руды (~20 % оксида железа) получают почти чистый Fe₃O₄, который совместно с известняком и коксом используется для выплавки чугуна в доменной печи.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части - колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части - шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части - распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части - заплечиков, где образуется восстановительный газ-монооксид углерода; цилиндрической части - горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса - чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы - отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья - сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит около 270 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

При достаточно высокой температуре оксид железа реагирует с моноксидом углерода (CO), давая диоксид углерода (CO₂) и металлическое железо. Доменная (шахтная) печь устроена так, чтобы реакция могла протекать непрерывно. На практике сверху вниз по шахте печи непрерывно продвигаются углерод и оксид железа, а навстречу им снизу движется воздух.

Углерод в виде кокса играет двоякую роль: при сгорании он нагревает печь и образует газ CO, который восстанавливает оксид железа до металла. В верхней части печи из нее отводится диоксид углерода, а в нижней - выпускается жидкий металл. Обычно печь работает непрерывно до ее остановки для ремонта внутренней кирпичной кладки (футеровки).

Рисунок 1. Устройство доменной печи

Из сказанного выше вытекают основные требования к конструкции доменной печи. Она должна обеспечивать непрерывную загрузку топливом, рудой и флюсом сверху, непрерывную подачу воздуха и периодический отвод жидких продуктов снизу. Печь должна быть достаточно высокой, чтобы успевали протекать необходимые химические реакции. Воздух вдувается в печь через фурмы, расположенные в ее нижней части, и поднимается сквозь шихту вверх. Восстановленное губчатое железо и шлак плавятся на уровне "заплечиков", в самой широкой части печи, а жидкость накапливается в горне, ниже фурм. В горне периодически пробивают заделанные глиной летку для выпуска металла и (несколько выше) шлаковую летку. Доменная печь дает почти столько же шлака, сколько и чугуна. Затвердевая, шлак превращается в темный стекловидный материал, который в прошлом накапливался в больших шлаковых отвалах возле передельных металлургических заводов. В наши дни шлак идет на изготовление заполнителя для бетона, железнодорожного балласта, шлаковаты и противоюзового покрытия автомобильных дорог.

Восстановление оксида железа до губчатого железа и разложение известнякового флюса происходят в шахте - основной части доменной печи - в процессе медленного оседания шихты. Шихта начинает разогреваться в колошнике - верхнем конце шахты. Диоксид углерода и азот непрерывно отводятся по широкому газоходу из колошника. Поскольку при нормальной работе доменной печи давление газов в колошнике выше атмосферного, верхний конец печи нельзя просто открывать для загрузки, иначе упадет давление газов и из печи будут выдуваться наружу тонкоизмельченные компоненты шихты. Для предотвращения этого предусмотрен двухконусный шлюзовой засыпной аппарат. Нижний конус поднимают так, чтобы он газоплотно закрывал загрузочное отверстие, а затем опускают верхний для загрузки. После этого снова поднимают верхний конус, герметизируя вход в печь, и, опустив нижний, пропускают порцию шихты (колошу) в колошник.

Современная доменная печь представляет собой крупное сооружение. Высота печи, производящей 1000 т чугуна в сутки, составляет около 30 м, а диаметр на уровне заплечиков - около 8 м. Печь устанавливается на бетонном фундаменте, на котором в стальном кожухе выводится кладка из огнеупорного кирпича. Нижняя часть этой конструкции охлаждается водой.

Сколь ни внушительны размеры доменной печи, сама она - лишь малая часть чугуноплавильного завода. Для ее нормальной работы нужны еще отделение шихтовых материалов, грузоподъемные устройства для загрузки печи, насосы для подачи воздуха (дутья) и воздухонагреватели (кауперы), шлаковозы и литейный цех или приемная система для расплавленного металла. Для загрузки доменных печей иногда применяются ленточные конвейеры, но чаще руда, топливо и флюс подаются скиповыми подъемниками - небольшими сосудами (скипами), движущимися на колесах по наклонным рельсам от нижних засыпных бункеров до верхней загрузочной площадки, где они автоматически опрокидываются, разгружаясь в приемную воронку засыпного аппарата.

Эффективность доменной печи существенно повышается при использовании горячего дутья. Воздух, подводимый к фурмам, предварительно нагревается до температуры, которая может достигать 1000 °C. Нагревание осуществляется в кауперах, каждый из которых ненамного уступает в размерах самой доменной печи. Каупер представляет собой вертикальный цилиндрический стальной кожух с внутренней "шахматной" насадкой из огнеупорного кирпича.

Газ, отводимый с верхнего конца доменной печи, содержит моноксид углерода и другие газы, способные гореть. Этот газ по широким наклонным

газоходам подводится к нижней части каупера, где, пройдя через пылевой фильтр, сжигается в камере горения. Продукты горения поднимаются вверх, нагревая кирпичную насадку. Когда насадка достаточно нагрета, перекрывают подачу топлива и газа в камеру горения и включают воздуходувки, которые гонят воздух через каупер в фурмы доменной печи. Для каждой доменной печи обычно предусматривают четыре каупера: два нагреваются, а два других подают горячее дутье. Потоки газа и воздуха периодически переключаются так, что непрерывно поддерживается заданная температура дутья.

Существует ряд способов дополнительного повышения эффективности доменной печи. Один из них - работа при давлении внутренних газов, вдвое превышающем атмосферное. Это позволяет повысить производительность примерно на 15 % и снизить потребление кокса примерно на 10 %. Экономические преимущества повышения производительности в какой-то мере снижаются затратами на более мощное воздуходувное оборудование и возможным уменьшением срока службы огнеупорной кладки.

При выпуске плавки из доменной печи шлак вытекает из своей летки, а металл - из своей, расположенной ниже. Ранее шлак заливали в шлаковозы - большие ковши на железнодорожных колесных тележках, которые доставляли незатвердевший шлак к отвалам. Теперь же шлак обычно отводят на перерабатывающую установку, расположенную рядом с домной, где он охлаждается водой и при этом гранулируется, после чего используется как заполнитель для бетона и пр.

Жидкий металл, вытекающий из летки, направлялся по желобам, подготовленным в песочной "постели" перед печью. Из желобов он растекался по удлиненным боковым углублениям в песке, где и затвердевал в виде болванок, называемых чушками (из-за сходства с многочисленными поросятами, сосущими свиноматку). Хотя литье в песок более не применяется, металл, выплавляемый в доменных печах, по-прежнему называют чушковым (применяется и термин "штыковой" чугун). В наши дни в тех случаях, когда требуется чушковый чугун, расплавленный металл разливают по стальным литейным формам, непрерывно движущимся перед домной на ленточном конвейере. Когда металл затвердевает, формы переворачиваются и, освободившись от чушки, возвращаются за следующей отливкой. Чтобы чугун не приставал к формам, их покрывают каменноугольной смолой или известью.



2. Описание технологического процесса загрузки шихты в доменную печь

В современной доменной печи продолжительность пребывания в ней материалов составляет 4-6 ч, а газов - около 3-12 с. Высокие показатели плавки могут быть получены при хорошем распределении газов по сечению печи. Только в этом случае газы в максимальной степени отдадут физическое тепло материалам и наиболее полно будет использована их восстановительная способность. Естественно, что распределение газового потока по сечению печи зависит от сопротивления столба шихты, через которую проходят газы. Учитывая то, что газы всегда движутся по зонам с меньшим сопротивлением шихты, его в процессе загрузки регулируют, перераспределяя определенным образом порции агломерата и кокса по сечению печи с учетом того, что слой агломерата менее газопроницаем, чем слой кокса. Если этого не делать, то основная часть газов будет двигаться по зонам с малым сопротивлением шихты и покидать печь с высокой температурой, Т.е. с недоиспользованной тепловой энергией и с не полностью использованной восстановительной способностью. В то же время в участках с большим сопротивлением шихты газов будет проходить мало и шихта будет плохо нагретой и восстановленной, что потребует дополнительного расхода тепла в нижней части печи, т.е. увеличения расхода кокса.

При загрузке, прежде всего, учитывают следующее: дутье поступает в печь у стен и сопротивление газам у гладких стен меньше, чем в объеме шихты, в связи с чем, газы стремятся двигаться у стен. Поэтому целесообразно, чтобы у стен были толще слои менее газопроницаемого агломерата, а в центре - толще слои кокса, что способствует перераспределению газового потока к центру. По окружности же печи материалы должны располагаться равномерно.

На печах с двух конусным засыпным аппаратом шихту загружают в печь отдельными порциями - подачами. Подача включает несколько скипов (чаще четыре и иногда три, пять, шесть) и состоит из рудной части (в основном агломерата) и кокса, взятых в соотношении, вытекающем из расчета шихты. Подача может быть совместной, когда все входящие в нее скипы агломерата и кокса накапливают на большом конусе путем опусканий малого конуса без его вращения и затем загружают в печь за одно опускание большого конуса (пример ее обозначения: AAKt); раздельной, когда агломерат загружают одним опусканием большого конуса, а кокс - вторым (AAtKKt) и расщепленной, когда подача загружается в два приема, но в каждой полуподаче есть и кокс и агломерат (AAK, KKAt). В приведенных обозначениях знак t означает опускание большого конуса, А - скип агломерата, К - скип кокса. (Порядок набора подачи и распределения подач по окружности колошника дан выше при описании засыпного аппарата.)

Для управления распределением агломерата и кокса по сечению колошника применяют следующие приемы: изменение порядка набора скипов агломерата и кокса на большом конусе, использование раздельных и расщепленных подач, изменение массы подачи,:ступенчатое изменение уровня за сыпана колошнике, неполное опускание большого конуса при выгрузке подачи в печь, установку подвижных плит у стен колошника.

При регулировании распределения шихты с помощью этих приемов учитывают следующие известные закономерности ведения сыпучих материалов:

- падающие с большого конуса материалы укладываются на колошнике с возвышением - гребнем; при расположении гребня у стены он имеет один скат, а на удалении от стены - два cката;

- в месте падения шихты (у гребня) скапливается больше мелочи, а крупные куски в значительной мере скатываются к подножию гребня, в связи с чем, газопроницаемость шихты в зоне гребня ниже. При этом основная часть мелочи - это агломерат;

- на расположение гребня влияет уровень насыпи на колошнике, при снижении уровня насыпи, гребень приближается к стенкам колошника;

- расположение гребня зависит от величины зазора между большим конусом и стенкой колошника; при малом зазоре гребень располагается у стен, при большом отдаляется от стен угол естественного откоса при свободной укладке падающего сверху коксяа меньше, чем у агломерата, поэтому при ссыпании с большого конуса у стен печи получается более толстый слой агломерата, а в центре - кокса - в связи с таким различием углов откоса уменьшение массы подачи ведет к снижению толщины слоя агломерата в центре печи и позволяет создать в центре зону без агломерата с повышенной газопроницаемостью;

- неполное опускание большого конуса способствует перемещению гребня материалов к стенкам колошника и попаданию большего количества мелочи на периферию;

- при ссыпании подачи с большого конуса ее нижняя часть ложится у стен, образуя гребень, с которого в центр скатывается заключительная часть подачи, Т.е. в центр печи в основном поступает материал из тех скипов подачи, которые на большой конус загружали последними. Соответственно при подаче агломератом вперед ААКК. в центр поступает заметно больше кокса, а при обратной подаче KKAAt больше агломерата. Изменение порядка загрузки на обратный является сильно действующим средством перераспределения материалов по сечению колошника и применяется как крайняя мера; меньшее воздействие на распределение материалов оказывают промежуточные порядки загрузки типа KAKAt, AKKAt и др.

В целом регулирование распределения шихты по сечению печи с помощью двух конусного аппарата является сложной задачей и непрерывно совершенствуется. В последние годы на некоторых печах у стен колошника устанавливают подвижные плиты, которые можно перемещать в горизонтальной плоскости и изменять угол их наклона. Падающие на плиты куски шихты отражаются и, изменяя положение плит, можно направлять шихту в заданные зоны колошника.

На печах с бесконусным загрузочным устройством шихту загружают в печь через два поочередно открываемых шлюзовых бункера в бункеры ее

доставляют наклонным ленточным конвейером, на котором с определенными интервалами уложены порции агломерата (или смеси агломерата и окатышей) и кокса.. В один бункер с ленты поступает одна порция агломерата или кокса; из бункера порцию выгружают на колошник печи по наклонному вращающемуся лотку, который за время выгрузки порции (60-140 с) совершает более десяти оборотов вокруг вертикальной оси.

Для характеристики этого способа загрузки чаще используют не термин "подача", а цикл загрузки. Цикл загрузки - это повторяющаяся совокупность располагаемых определенном порядке порций шихтовых материалов. Максимальная масса порций определяется объемом шлюзового бункера (50-80м ³) засыпного устройства. Число порций в цикле может изменяться в пределах от 5-7 до 14 и более.

Применение вращающегося лотка и изменение угла его наклона в процессе выгрузки из шлюзового бункера каждой порции материала позволяет в очень широких пределах перераспределять шихту по сечению колошника и регулировать толщину слоев агломерата и кокса, добиваясь рациональной ее укладки и эффективного использования газового потока.

Чтобы судить о газопроницаемости шихты в доменной печи и о том, насколько хорошо протекают теплообменные и химические процессы между шихтой и газами, желательно иметь данные о температуре и составе газа по сечению. Повышенное содержание СО₂ в газах и низкая температура указывают на полноту химических и теплообменных процессов в печи. Для интенсивной и экономичной работы печи желательно, чтобы содержание СО ₂ на периферии и по оси печи было несколько пониженным, а на расстоянии около 1-2 м от стен печи - повышенным.

На новых печах для контроля температуры и отбора проб газов по сечению печи применяют вводимые через отверстия в кожухе и футеровке зонды, периодически перемещаемые от периферии к центру печи над уровнем шихты и в объеме шихты на расстоянии от 1,5 до 7-12 м ниже ее уровня. На всех печах контролируют уровень насыпи (верха материалов) на колошнике; общепринят контроль с помощью двух зондов вертикально перемещаемых штанг, пропущенных через отверстие в куполе печи. В рабочем положении нижний конец зонда находится на поверхности шихты, постепенно опускаясь вместе с ней, зонд связан с контрольно-измерительными приборами, отражающими изменение уровня шихты; при ссыпании шихты с большого конуса зонды поднимают. Начинают применять новые бесконтактные методы измерения уровня, используя показания направленных на поверхность за сыпи инфракрасных, микроволновых и других датчиков.

Общий вид загрузочного устройства доменной печи в разрезе представлен ниже:

Рисунок 2. Общий вид загрузочного устройства доменной печи; разрез по оси наклонного моста

Основными узлами комплекса загрузочного устройства доменной печи являются: защитные сегменты колошника 7, предохраняющие от разрушений кладку печи 2; большой конус 3, закрывающий собой чашу большого конуса 4 и образующий вместе с ней так называемое межконусное пространство или газовый затвор 5; наполнительный клапан 6 с трубой для выравнивания давления в межконусном пространстве с давлением в печи перед срабатыванием из большого конуса и выпускной трубой для выпуска газа после него; опорное (основное) колошниковое кольцо 8 распределительное устройство 9, состоящее малого конуса 10, воронки малого конуса, вращающейся на роликах 11, приемной воронки 12 с двигателем, штанг большого и малого конусов 13 и 14, подвесок 15 и прямильного устройства, при помощи которого они подвешены к коротким плечам балансиров большого и малого конусов 16, вращающихся на общей оси; контргрузы 7 большого и малого конусов, размещенные на длинных плечах балансиров, опирающихся на колошниковый копер; монтажная балка 18 с подъемной лебедкой 19, опорная тележка 20 для размещения балансиров при ремонте печи; консольно-поворотный кран 21с крюком 22, вращающийся на колонне 23 для замены атмосферных клапанов на свечах 24 с контргрузом загрузочного устройства печи; шкивы скипового подъемника 25, опрокидываемые упряжью; зонды для замера уровня шихты в печи.

В современной доменной практике на заводе Арселор Миттал Темиртау используется скиповый тип загрузки печи.

Основными элементами скипового подъемника являются: наклонный мост 4, колонна-пилон 2, скипы 3 и скиповая подъемная лебедка 7, устанавливаемая в специальном машинном здании, в котором монтируется все электро- и механооборудование, связанное с управлением загрузочной системы доменной печи, в том числе засыпным аппаратом.

Наклонный мост включает следующее оборудование: Шкивы для направления канатов скипового подъема - цельнолитые, стальные с ручьями на ободе по числу канатов в одной ветви скипового подъемника. Консольно-поворотные краны для подъема грузов на наклонный мост во время ремонтов или для смены шкивов (грузоподъемность кранов 2,5-6,5 т). Скипы, каждый из которых состоит из кузова, переднего и заднего скатов, упряжного устройства. Кузов 2 представляет собой сварную стальную коробку из листов толщиной 10-12 мм с прямоугольным сечением, открытым передним торцом и округленным задним днищем. Внутренняя поверхность боковых стенок и днища футерована плитами из марганцовистых или других износостойких марок стали.

Скиповые подъемники представляют собой грузоподъемное устройство, напоминающее ковшовый элеватор с той разницей, что вместо нескольких ковшей, которые крепятся к бесконечной цепи или ленте элеватора, у скипового подъемника применяется один более емкий ковш или ковшовая вагонетка (скип), передвигающаяся на колесах по направляющим в наклонном или вертикальном направлениях. Скиповой подъемник может работать по подъему материала на значительную высоту (до 50 м) и выше) с применением в качестве тягового органа стального каната.

Скиповые рельсовые пути располагают в траншее с прямолинейным или ломаным продольным профилем на постоянном или временном нерабочем борту карьера. Угол подъёма пути в зависимости от угла откоса карьера 20-45°. Для скипов грузоподъёмностью до 50 т применяют рельсовые пути обычной колеи, для повышения устойчивости скипов грузоподъёмностью 50-80 т колея увеличивается до 3-5 м. Вдоль скипового пути устраивается ступенчатая пешеходная дорожка для обслуживающего персонала.

Скипы загружают непосредственно из автосамосвалов или из бункеров. Конструкция погрузочных эстакад разборная для удобства перемещения их при удлинении линии скипового подъемника по мере понижения горных работ. Разгрузка скипа в бункер на поверхности производится опрокидыванием кузова вперёд или назад при помощи направляющих кривых или гидроопрокидывателей. Пульт управления скипового подъемника размещается, как правило, на верхней площадке копра. Возможна полная автоматизация работы скипового подъемника.

Рисунок 3 Кинематическая схема скипового подъемника

Регулирование этих процессов достигается путем измерения и регулирования необходимых параметром посредством датчиков и контроллеров.



3. Выбор технических средств автоматики

В данной части курсовой работы предложены датчики, посредством которых возможно измерение необходимых для регулирования параметров.

В ходе процесса загрузки доменной печи будут измеряться следующие параметры:

1) температура шихты, подаваемой в печь;

2) температура фурменных зон;

3) температура по радиусу печи под уровнем насыпи;

4) температура по радиусу печи над уровнем насыпи;

5) уровень насыпи шихты;

6) температура колошникового газа в четырех газоотводах;

7) давление газа на колошнике;

8) верхний, нижний и общий перепад давления по высоте шахты печи.

В данной части курсовой работы предложены датчики, посредством которых возможно измерение необходимых для регулирования параметров.

3.1 Чувствительный элемент измерения температуры

Для измерения температуры шихты и температуры фурменных зон целесообразно использовать инфракрасные пирометры.

В данной схеме в качестве датчика измерения температуры шихты и фурменных зон будет использоваться TW7011.

Технические параметры датчика:

Диапазон контроля: +350...+1350 °C / +662...+2462 °С.

Номинальный ток [мА]: 150.

2Падение напряжения [V]: < 2,5.

Время отклика [мс]: ? 2.

Параметры коммутируемых цепей постоянного тока и тока сетевой частоты:

~249 В (5 А).

~249 В (1 А) (для индуктивной нагрузки).

=249 В (1 А).

Напряжение питания [B]: ~110…249 В, =150…249.

Рабочая частота: 50 Гц.

Основная погрешность измерения: ±1,2 °C.

Рабочая частота: 50 Гц.

Аналоговый выход: 4-20 мА.

Количество вставок/реле: 2.

Рисунок 4. Внешний вид датчика TW7011

Для измерения температуры газов под уровнем насыпи и над ним, для измерения температуры колошникового газа - используются датчики ТКП-100(А).

Технические параметры датчика:

Диапазоны измерения температуры:

- 50…+700 °С (Pt100).

0…+1300 °С (Pt100А).

Количество вставок/реле - 2/2.

Время отклика [c]: 2.

Параметры коммутируемых цепей постоянного тока и тока сетевой частоты:

~249 В (5 А).

~249 В (1 А) (для индуктивной нагрузки).

=249 В (1 А).

Давление измеряемой среды [МПа]: до 6,3.

Напряжение питания [В]: ~110…249 В, =150…249.

Основная погрешность измерения: ±1 °C.

Рисунок 5. Внешний вид ТКП-100

PCE-IR10 - стационарный промышленный пирометр. Область его применения: металлургия. Прибор выполнен на основе инфракрасного датчика температуры для непрерывного измерения температуры любых твердых материалов.

Технические параметры:

Диапазоны измерения температуры: от +40 до +1300 °С.

Время отклика: 1,5 с.

Давление измеряемой среды: до 5 МПА.

Напряжение питания: 220 В.

Основная погрешность: ±1°C.

Аналоговый выход: 0-20 мА.

Рабочая частота: 50 Гц.



Рисунок 6. Внешний вид датчика PCE-IR10

Термодат-12К 3 - промышленный датчик измерения температуры, чувствительным элементом является термопара.

Технические параметры датчика:

Диапазон измерения температуры: от -400 до +2500 °C.

Время отклика: 1 с.

Давление измеряемой среды: до 6 МПА.

Основная погрешность измерения: ±1,5 °C.

Рисунок 7. Внешний вид датчика Термодат-12К 3

3.2 Чувствительный элемент измерения уровня

Для измерения уровня насыпи шихты в доменном производстве используют дискретные уровнемеры. доменное печь автоматическое шихта

Датчик уровня УЛМ-11А 1.

Технические параметры датчика:

Максимальная абсолютная погрешность: ±3 мм.

Ширина измерительного луча: 15⁰.

Диапазон измерения уровня: 0,6 ? 30 м.

Рабочая температура окружающей среды: от -60 до +500 ⁰С.

Температура контролируемого продукта: не ограничена.

Напряжение питания: 24В постоянного тока, либо 220 В.

Рабочая частота: 50 Гц.

Аналоговый выход: 4-20 мА.

Рисунок 8. Внешний вид датчика УЛМ-11А 1

Кроме того возможно использование датчиков непрерывного измерения уровня LMK-358H.

Технические параметры датчика:

Основная погрешность: 0,2 %.

Выходной сигнал: 4..20 мА / HART (опция: Ех-исполнение).

Диапазон измерения уровня: 0,5 ? 35 м.

Рабочая температура окружающей среды: -40 ? +400 ⁰С.

Напряжение питания: 24В постоянного тока, либо 220 В.

Время отклика: 0,3 мс.

Рисунок 9. Внешний вид датчика LMK-358H

3.3 Чувствительный элемент измерения давления

Для измерения давления газа на колошнике и определения давления по высоте печи, с целью последующего расчета перепада давления используются датчики PT124B-210.

Технические характеристика датчика:

Диапазон измерения: 0,2-300 МПА.

Основная погрешность: ±0,25 %.

Входной сигнал: 4-20 мА.

Напряжение источника питания: 24(12~36) VDC (усилительный сигнал), 10(6~12) VDC (mV сигнал).

Рабочая температура окружающей среды: от -60 до +100 ⁰С.

Время отклика: 0,2 мс.

Рисунок 10. Внешний вид датчика PT124B-210

Также возможно использование датчиков DMP 334.

Технические характеристики:

Диапазон измерений: до 220 МПА.

Основная погрешность: 0,35 %.

Выходной сигнал: 0..20 мА, 4..20 мА (2-х пров.), 0..10.

Рабочая температура окружающей среды: от -10 до +100 ⁰С.

Время отклика: 0,15 мс.

Напряжение источника питания: 24 В, 220 В.

Рисунок 11. Внешний вид датчика DMP334

Компания SIEMENS выпускает датчики SITRANS P ZD, предназначенные для измерения избыточного и абсолютного давления газов, жидкостей и пара. Их отличительной особенностью является наличие 5-разрядного ЖК-дисплея для отображения измеренного на месте установки датчика значения.

Технические параметры датчика:

Диапазон измерения: до 40 МПА.

Выходной сигнал: 4-20 мА.

Основная погрешность: 0, 25 %.

Рабочая температура окружающей среды: -25 до +120 °С.

Напряжение источника питания: от 12 до 30 В постоянного тока.

Рисунок 12. Внешний вид датчика SITRANS P ZD

Датчик давления Danfoss MBS 33M - предназначен для использования в области металлургии и взрывоопасной промышленности.

Технические характеристики датчика:

Диапазон измерения: до 600 МПА.

Основная погрешность: 0,25 %.

Выходной сигнал: 4-20 мА.

Рабочая температура окружающей среды: от -40 до +150 ⁰С.

Напряжение источника питания: 10-30 В постоянного тока.

Время отклика: 1 с.

Рисунок 13 Внешний вид датчика MBS 33M



4. Функциональная схема системы автоматического управления загрузкой доменной печи

На основе рисунка 1, с использованием чувствительных элементов, приведенных в части 2, можно создать следующую принципиальную схему системы автоматического регулирования процессом загрузки доменной печи:

Рисунок 14. Функциональная схема системы автоматического управления загрузкой доменной печи

Данная схема регулирует процесс загрузки доменной печи по следующим параметрам:

1) температура шихты, подаваемой в печь;

2) температура фурменных зон;

3) температура по радиусу печи под уровнем насыпи;

4) температура по радиусу печи над уровнем насыпи;

5) уровень насыпи шихты;

6) температура колошникового газа в четырех газоотводах;

7) давление газа на колошнике;

8) верхний, нижний и общий перепад давления по высоте шахты печи.

Механизмы загрузки объединены в единую систему автоматического управления программными, рабочими предохранительными блокировками.

Предусмотрены возможность ручного управления и аварийная защита механизмов от перегрузок. Основными аппаратами системы являются:

1. Командконтроллер программы ККП, который позволяет устанавливать программу работы механизмов загрузки. В свою очередь механизмы загрузки связаны один с другим рабочей блокировкой, разрешающей включение привода только в определенной последовательности в соответствии с производственным процессом: каждый следующий механизм включается в работу, если предыдущий механизм выполнил свою операцию или находится в заданном программой положении.

2. LE - датчик измерения уровня УЛМ-11А 1/LMK-358H.

4. QE - датчик температуры TW7011/PCE-IR10.

5. ТЕ - датчик температуры ТКП-100/Термодат-12К 3.

6. PDE - датчик измерения перепада давления PT124B-210/SITRANS P ZD.

7. PE - датчик давления DMP334/MBS 33M.

Сигналы измерения: 1, 2 - температура шлака; 3 - температура фурменных зон; 4, 5 - температура газов по радиусу печи под уровнем насыпи; 6, 7 - температура газов по радиусу печи над уровнем насыпи; уровень насыпи шихты; 9 - температура колошникового газа в четырех газоотводах; 10 - давление газа на колошнике; 11, 12 и 13 - верхний, нижний и общий перепад давления по высоте шахты печи; 14, 15 - уровень шихты.

Сигналы управления: 18 - вращающийся распределитель шихты.

ВРШ - вращающийся распределитель шихты.

Функции и назначение данной схемы заключаются в следующем:

Основные функции АСУ ТП выплавки чугуна в доменной печи заключаются в следующем:

I. Информационные и вычислительные функции:

1. Измерение и контроль: температуры чугуна и шлака; температуры фурменных зон; температуры газов по радиусу печи под уровнем насыпи; температуры газов по радиусу печи над уровнем насыпи; температуры поверхности шихты на колошнике; температуры колошникового газа в газоотводах; температуры кладки печи; температуры горячего дутья; температуры купола воздухонагревателя; температуры отходящих газов из воздухонагревателя; расхода природного газа на печь; расхода холодного дутья; расходов пара и кислорода в дутье; расходов дутья и природного газа по фурмам; давления горячего дутья; давления газа на колошнике; перепадов давления по высоте шахты печи; состава колошникового газа после скруббера; состава газов по радиусу шахты под и над уровнем насыпи; содержания кислорода в дутье; влажности дутья; влажности кокса; уровня насыпи шихты.

2. Расчет: состава шихты; количества кокса в подаче; скорости схода шихты; параметров, характеризующих тепловое состояние печи; параметров, характеризующих тепловое состояние воздухонагревателей.

II. Управляющие функции:

Управление величинами: расходом дутья; расходом природного газа на печь; распределением дутья и природного газа по фурмам; температурой дутья; влажностью дутья; содержанием кислорода в дутье; давлением газа на колошнике.



Заключение

В ходе написания данной курсовой работе по теме: "Разработка системы автоматического управления загрузкой доменной печи", автором изучено значительное количество литературы в области металлургии, в частности - в области автоматизации доменного производства, что положительно сказалось на качестве знаний и позволило понять специфику данной области.

Кроме того, рассмотрены технологические процессы в доменной печи. Это позволило понять принцип работы, преимущества и недостатки получения металла доменным способом.

Но особое внимание, соответственно теме курсовой уделено технологическому процессу загрузки шихты в доменную печь. Рассмотрена скиповая система загрузки, которая предусматривает загрузку шихты в колошник скипами.

Кроме того была разработана функциональная схема системы автоматизации загрузки доменной печи, которая позволяет получать данные о ходе процесса с задержкой не более 2 с. Предложенная функциональная схема функционирует посредством чувствительных устройств - датчиков. Регулируемые параметры: Температура шихты, подаваемой в печь; температура фурменных зон; температура по радиусу печи над и под уровнем насыпи; уровень насыпи шихты; температура колошникового газа в газоотводах; давление газа на колошнике.

В ходе подбора чувствительных элементов, удовлетворяющих эксплуатационным условиям, получены знания в области промышленных датчиков.

Несомненно, плюсом данной курсовой работы является возможность использования в разработанной функциональной схеме датчиков от признанных мировых лидеров - корпораций Siemens и Danfoss, так и российских аналогов.

Заканчивая курсовую работу, хотелось бы отметить, что автоматизация таких процессов, как загрузка доменной печи является выгодным вложением, так как позволяет снизить затраты энергии и уменьшить количество брака, так как доменный процесс чувствителен к изменениям в его ходе и предложенные датчики позволяют регулировать его с большей точностью.



Список использованной литературы

1. Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах. М. "Металлургия", 2000. 360 с.

2. И.П. Бардин. Доменное производство. М. "Металургиздат", 2001-646 с.

3. Глинков Г.М., Маковский В.А., Лотман С. Л. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. М. "Металлургия", 2001, с. 412.

4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. Спб. "Академкнига", 2002. - 768 с.: 253 ил.

5. Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ ТП в черной металлургии. М. "Металлургия", 2003, 310 с.

6. Юсфин Ю.С. Металлургия чугуна. Спб. "Академкнига", 2004, 774 с.

Использованные интернет-источники:

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %94 %D0 %BE %D0 %BC %D0 %B5 %D0 %BD %D0 %BD %D0 %B0 %D1 %8F_ %D0 %BF %D0 %B5 %D1 %87 %D1 %8C.

2. http://teplomehanika.ru/teplopribor_tpp_tpr.htm.

3. http://www.aplisens.com.ua/cat/16/tov/12/.

4. http://www.sensoren.ru/manual/ifm/TW7011.pdf.

5. http://www.elemer.ru/files/reklama/listovka_tkp_100.pdf.

6. http://www.limaco.ru/ru/production/101/119/.

7. http://www.danfos.info/content/files/passport_MBS.pdf.

Размещено на Allbest.ru

...