Характеристика цехов металлургического комбината

Вторичное охлаждение. Длина зоны вторичного охлаждения должна быть примерно равна глубине лунки жидкого металла в движущемся слитке и обычно составляет 80-100 % этой глубины. Вторичное охлаждение наиболее часто выполняют в идее системы форсунок, подающих на поверхность слитка распыленную воду. Применяют форсунки, распыливающие воду за счет давления в подающей воду магистрали, и форсунки с распылением воды сжатым воздухом. Вторая конструкция обеспечивает распыление до более мелких капель, что повышает равномерность охлаждения.

Форсунки располагают между опорными роликами (рис. 3.4.) или брусьями в один, два или три ряда вдоль направления движения слитка в зависимости от его ширины. При отливке плоских слитков охлаждают широкие грани; у узких граней форсунки устанавливают лишь под кристаллизатором.

Интенсивность охлаждения должна уменьшаться по мере удаления слитка от кристаллизатора. С тем, чтобы обеспечить постепенное снижение расхода воды, зону вторичного охлаждения делят на несколько (до восьми) секций, объединяющих группу форсунок имеющих самостоятельный подвод воды. Регулирование расхода воды по секциям в зависимости от скорости разливки, температуры поверхности слитка и иногда других параметров производят автоматически в соответствии с разработанными для этих случаев режимами.

Устройство для резки слитка на куски определенной длины (заготовки) представляет собой газорезку. Газорезка - это подвижная тележка, снабженная двумя газокислородными резаками, которые при резке перемещаются поперек слитка, а сама газорезка при этом движется вместе со слитком, сцепляясь с ним перед началом резки пневматическими захватами. Иногда синхронизацию перемещения газорезки со слитком осуществляют электрорегулирующим устройством. После окончания резки газорезка возвращается в исходное положение, после чего цикл повторяется. Недостатком газовой резки являются потери металла, превращающегося в месте резки в окалину.

Оборудование для быстрой смены ковшей. МНЛЗ комбината им. Ильича оборудованы поворотными стендами, которые удерживают во время разливки сталеразливочный ковш над промежуточным и обеспечивают быструю замену ковшей при разливке методом «плавка на плавку». Поворотный стенд (рис. 3.5) имеет располагаемую на основании 1 поворотную платформу 2, на которую через ось 6 опирается консоль 7. В подвесках 4 консоли можно установить два ковша; вертикальное перемещение ковша достигают качанием консоли, при этом тяга 3 обеспечивает плоскопараллельное движение подвесок и ковшей. При разливке методом «плавка на плавку» после опорожнения ковша 5б стенд поворачивают на 180°, устанавливая тем самым второй ковш 5а над промежуточным, и тотчас начинают подачу металла из второго ковша в промежуточный. Разливка во время поворота стенда продолжается за счет расходования металла, имевшегося в промежуточном ковше.

Для замены промежуточных ковшей в сочетании с поворотными стендами применяют тележки, перемещаемые под стендом по прямолинейному или кольцевому рельсовому пути. Тележка второго типа (см. рис. 3.5) имеет нижние приводные колеса и верхние неприводные, опирающиеся на основание поворотного стенда. Промежуточный ковш устанавливают на несущей раме 9 тележки и для его замены передвигают тележку, подавая на ее место вторую с новым промежуточным ковшом; подачу металла в кристаллизатор при этом прекращают на 1-2 мин.

Технология разливки стали на МНЛЗ

В связи с дополнительным охлаждением в промежуточном ковше температура металла, разливаемого на МНЛЗ, должна быть на 20-40 °С выше температуры металла при сифонной разливке в изложницы.

После окончания разливки предыдущей плавки (или серии плавок при разливке методом «плавка на плавку») МНЛЗ готовят к следующей разливке. В эту подготовку входят следующие операции: выведение из машины конца отливавшегося слитка; проверка стеной кристаллизатора и его положения относительно оси МНЛЗ; проверка форсунок вторичного охлаждения и расстояния между роликами и брусьями зоны вторичного охлаждения и тянущих устройств, осмотр прочего оборудования; введение затравки в кристаллизатор и заделка зазора между головкой затравки и кристаллизатором (асбестом, глиной).

Перед началом разливки устанавливают нагретый промежуточный ковш в заданное положение над кристаллизатором, осуществляют подачу воды на кристаллизатор и вторичное охлаждение. Промежуточный ковш наполняют металлом на высоту 0,4-0,6 м и затем, открывая стопор, начинают подавать металл в кристаллизатор. Длительность заполнения кристаллизатора до начала вытягивания слитка должна обеспечить образование достаточно толстой корки затвердевшего металла и ее прочное сцепление с затравкой; для слитков среднего и крупного сечений это время составляет 0,5-2,0 мин.

По истечении заданного времени при неполностью заполненном кристаллизаторе, включают механизм вытягивания слитка; одновременно автоматически включается механизм качания кристаллизатора. В течение 1-2 мин скорость вытягивания слитка повышают до заданного значения; в дальнейшем ее стараются поддерживать постоянной во избежание образования дефектов в слитке. Скорость разливки подбирают опытным путем, учитывая, что при ее увеличении возрастает производительность установки, но уменьшается толщина корки слитка на выходе из кристаллизатора и возможен ее прорыв с аварийной остановкой разливки; увеличивается также осевая пористость и пораженность слитка трещинами. Скорость разливки зависит от сечения слитка, марки разливаемой стали, состояния оборудования МНЛЗ, обычно понижаясь при увеличении сечения слитка и степени легированности стали. Для слитков толщиной более 150 мм скорость разливки находится в пределах 0,4-2,0 м/мин, для более мелких слитков достигает 4-8 м/мин. Данные о скорости разливки слитков на комбинате им. Ильича помещены в таблицу 3.1.

Металл в кристаллизатор подают либо открытой струей, либо «под уровень» с помощью удлиненных составных стаканов, конец которых погружен в металл на глубину 50-100 мм. Подачу «под уровень» осуществляют вертикальной,либо горизонтальными или наклонными струями. Разливка под уровень предотвращает окисление и разбрызгивание струи металла и уменьшает его охлаждение, снижает пораженность слитка поверхностными продольными трещинами. Подачу вертикальными струями применяют при отливке слитков, близких по сечению к кругу или квадрату; подачу через погружаемые стаканы с боковыми отверстиями - для плоских слитков.

При разливке без подачи в кристаллизатор шлаковых смесей на его стенки подают смазку, которая уменьшает трение слитка о стенки, способствуя предотвращению зависания и разрывов корки слитка. В качестве смазки часто используют парафин и рапсовое масло, расход парафина составляет 0,2-0,7 кг/т стали. При сгорании смазки создается восстановительная атмосфера, что уменьшает окисление поверхности металла; для защиты от окисления в кристаллизаторе и вокруг струи создают защитную атмосферу путем подачи аргона, азота, природного газа, пропана.

При разливке через погружаемые стаканы поверхность металла в кристаллизаторе защищают от охлаждения, окисления и возможного образования заворотов окисленной корки шлаковыми покрытиями. В кристаллизатор вводят шлаковые смеси, которые, соприкасаясь с жидким металлом, расплавляются, образуя слой жидкого шлака. Состав смесей отличается разнообразием, в них могут входить CaO, SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, CaF2, MgO, криолит, слюда, цемент, иногда 20-30 % порошкообразного графита. Смеси должны быть легкоплавкими с температурой плавления 1050-1300°С. Иногда применяют экзотермические смеси, при сгорании которых формируется жидкий шлак. При разливке со шлаковым покрытием смазку в кристаллизатор не подают; роль смазки выполняет тонкий слой шлака, налипающего на стенки кристаллизатора.

Для предотвращения зависания и разрывов корки слитка вследствие ее трения о стенки кристаллизатора последнему, как уже указывалось, сообщают возвратно-поступательное движение. При совместном движении вниз трение отсутствует и корка упрочняется, при подъеме кристаллизатора становятся доступными для смазки те участки стенок, которые затем оказываются залитыми жидким металлом.

При подаче металла в кристаллизатор нельзя допускать перерывов струи и резкого изменения количества подаваемого металла. Перерыв струи ведет к образованию спаев (поясов) на слитке. Изменение расхода металла вызывает колебания уровня металла в кристаллизаторе и появление ужимин, на поверхности слитка.

Важным фактором в технологии разливки является режим вторичного охлаждения. Оптимальный расход воды и распределение ее подачи по длине и периметру слитка определяют расчетными и опытным путем. Интенсивность вторичного охлаждения зависит от свойств разливаемой стали (склонности к образованию трещин) и от скорости разливки, при росте которой интенсивность подачи воды увеличивают. При чрезмерной интенсивности вторичного охлаждения из-за переохлаждения поверхности слитка и возникающих при этом термических напряжений в слитке возникают внутренние и сетчатые поверхностные трещины. При слишком малой интенсивности охлаждения недостаточно прочная горячая корка слитка может деформироваться («раздутие» слитка). Общий расход воды в зоне вторичного охлаждения на МНЛЗ комбината им. Ильича при разливке углеродистых низколегированных марок сталей сечением 2501550-1650 мм составляет 6,9-54,25 м3/ч, в зависимости от скорости разливки.

1.5 ЛПЦ 3000

Общие положения о методических печах

Листопрокатный цех 3000 -- цех с толстолистовым, двухклетьевым станом «3000», предназначенным для контролируемой прокатки штрипсов для производства труб большого диаметра, структурное подразделение ОАО «ММК им. Ильича ». Имеет в своём составе четыре семизонных методических печи с шагающими балками, черновую и чистовую реверсивные клети кварто, агрегаты для правки, порезки, маркировки и неразрушающего контроля. Стан “3000” предназначен для производства листов толщиной 8-25 мм из конструкционных малоперлитных сталей типа 06-14 Г2САФБ. В качестве исходного материала для прокатки листов используются непрерывно-литые и катаные слябы. Цех имеет автоматические системы с высокой точностью управляющие процессом нагрева заготовки, температуродеформацией и скоростным режимом прокатки.

Нагрев слябов производится в нагревательных семизонных печах с шагающими балками, с двухсторонним нагревом, с торцевым посадом и выдачей.

Печь имеет 7 технологических зон, в том числе первая зона объединяет верхние и нижние горелки у торца загрузки перед дымоходом. Далее по ходу металла расположены 3 зоны сверху (3,5,7) и 3 зоны снизу (2,4,6).

Печь по длине имеет 4 участка. Первый со стороны загрузки - методическая зона имеет одну зону подачи топлива. Далее по ходу металла участок форсированного нагрева слябов имеет две зоны подачи топлива - верхняя (зона 3) и нижняя (зона 2). Третий участок нагрева слябов до конечной температуры поверхности имеет верхнюю (зона 5) и нижнюю (зона 4) - зоны подачи топлива. Последняя, четвертая, ближе к стороне выдачи - томильный участок, имеет верхнюю (зону 7) и нижнюю (зону 6) подачи топлива.

Методическая зона - (первая по ходу металла) характеризуется изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную) во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений. Тут осуществляется медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 500 C, что особенно важно для высококачественных легированных сталей. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, т.е. утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зон высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300-1400 C, в конце же методической зоны она находится в пределах 850-1100 C. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования топлива, который достигает 0-45%.

Следующие по ходу металла - сварочные зоны или зоны высоких температур. В этих зонах осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Для интенсивного нагрева поверхности металла в сварочных зонах необходимо обеспечивать температуру на 150-250 C выше, чем температура металла на выход из печи.

Томильная зона (зона выдержки) - последняя по ходу металла. Она служит для выравнивания температур по сечению металла. В сварочных зонах до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-50 C выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется, а происходит только выравнивание температур по толщине заготовки.

Транспортирование слябов в печи осуществляется шагающим подом. Дымоудаление производится через свод между первой и третьей зонами дымососом.

Режим работы - непрерывный. Заготовки к печам подаются загрузочным рольгангом и фиксируются в определенном положении перед печью, а затем сталкивателем сдвигаются на неподвижные балки печи. Нагретые слябы выдаются с помощью машины безударной выдачи с нижним приводом.

Данная печь обеспечивает нагрев металла до температуры 1050-1120C для сталей типа 06-14 Г2САФБ , 1150-1250C для конструкционных сталей типа сталь 15-40.

Путем изменения расходов топлива и воздуха на группу горелочных устройств обеспечивается возможность управления мощностью и режимом сжигания топлива в каждой отапливаемой зоне печи. Отопление печей осуществляется природным газом с помощью двухпроводных горелок типа ДВБ с принудительной подачей газа и воздуха.

Давление газа перед печью составляет 10 кПа, перед горелками - 3 кПа. Давление воздуха соответственно 4 и 2 кПа.

Максимальный расход газа на печь - 17000 м3/час. Максимальный расход воздуха для сжигания топлива - 190000 м3/час.Воздух в печь подается при помощи вентиляторов холодного дутья через металлический рекуператор, где он подогревается до 350-400С.

Продукты сгорания удаляются из рабочего пространства через расположенный над печью котел-утилизатор со встроенным в него рекуператором, и далее через дымососы на дымовую трубу.

Участок печей должен обеспечить нагрев металла (слябов) перед прокаткой от исходного холодного состояния до температур, обусловленных технологическими требованиями процесса прокатки, и поштучную выдачу слябов на стан в моменты времени, определяемые темпом работы прокатного оборудования. В методической печи нагреваются слябы из различных сталей и разных размеров.

Таблица 1 - Температурные режимы нагрева

Описание технологической схемы

Участок печей осуществляет нагрев слябов перед прокаткой в методических семизонных нагревательных печах с шагающими балками (ПШБ). Нагрев металла производят в режиме автоматического управления, а переход на ручное управление может быть разрешен только в исключительных случаях. От исходного холодного состояния до температур, обусловленных технологическими требованиями процесса прокатки, и поштучную подачу слябов на стан в моменты времени, определяемые темпом работы прокатного оборудования.

Участок нагревательных печей толстолистового стана 3000 завода им. Ильича включает две параллельно функционирующие нагревательные печи (третья печь входит во вторую очередь строительства стана, а четвертая - в план развития цеха), а также оборудование для транспортирования слябов к печам и от печей до первого устройства прокатной линии. Слябы со склада поплавочно-загрузочными тележками подаются к подъемному столу, откуда поштучно сталкиваются на рольганг, поступают на весы и взвешиваются. Предусмотрена доставка слябов со склада из двух пунктов, расположенных на противоположных концах загрузочного рольганга. После взвешивания слябы холодным загрузочным рольгангом подаются к печам и фиксируются в определенном положении перед печью, а затем толкателем сдвигаются на неподвижные балки печи.

Шагающие балки печи перемещают посаженные слябы в печном пространстве в процессе нагрева и синхронизируют работу толкателей и устройств безударной выдачи. Управление шагающими балками предусматривается как с фиксированным, так и с переменным шагом в пределах его дискретности.

Нагретые слябы выдают из печи строго в порядке их загрузки с помощью устройств безударной выдачи, обеспечивающих четкую выдачу слябов и исключающих случаи аварии.

Слябы, выгружаемые из печи, транспортируются по рольгангу за печами в направлении технологического потока. Технологией предусматривается отбраковка слябов по результатам нагрева для повторного нагрева в печах.

Основным технологическим процессом на автоматизируемом участке печей стана является нагрев слябов из низколегированных конструкционных сталей типа (06 14) Г2САФБ. На нагрев слябы поступают холодными. Температура нагрева слябов перед выдачей из печи составляет 1050 1100 °С.

Перепад температур по сечению нагретого металла 20 °С.Максимально допустимая температура в процессе нагрева равна 1150 °С.В первой зоне печи реализуется медленный нагрев до температуры поверхности сляба 600°С и перепады температур по его сечению при этом не превышают 300 °С, температура печи 900 °С, а газов 1050 °С.

В последующих зонах температура верхней поверхности сляба доводится до 1150 °С и выдерживается при ней до последней зоны, где перед выдачей снижается до 1070 °С. При этом перепад температур по сечению сляба составляет 20 °С, а температура в печи не превышает 1300 °С.

Расчетно-теоретическое время нагрева равно 227 мин или 7 мин/см (удельное время нагрева) при производительности одной печи 155 т/час.

Конструктивные характеристики нагревательных печей

Методические печи стана представляют собой печи с шагающими подовыми балками конструкции Стальпроекта, с двухсторонним нагревом, с торцевыми загрузкой и выдачей металла.

Режим работы печей - непрерывный, в три смены. Заготовки к печам подаются загрузочным рольгангом и фиксируются в определенном положении перед печью, а затем сталкивателем сдвигаются на неподвижные балки печи. Нагретые слябы выдаются с помощью машины безударной выдачи с нижним приводом.

В методических печах обычно нагревают перед прокаткой заготовки толщиной 40-350 мм, шириной 40-1850 мм и длиной 1000-12000 мм с массой 50-40 000 кг, а в некоторых случаях слитки толщиной 300- 400 мм.

Обычно в методические печи сажают холодный металл. Горячий посад возможен только для рядовых сталей, для которых не нужна промежуточная зачистка, и в том случае, если заготовки можно направить непосредственно от обжимного или заготовочного стана в методическую печь. При передаче заготовки быстро остывают: через 1,5 ч после конца прокатки температура поверхности заготовок не превышает 350-400°С, а поэтому даже при благоприятных условиях количество заготовок с температурой поверхности 600-800° С обычно не превышает 30-35%.

При выборе температуры нагрева следует учитывать не только марку металла, но и ряд других факторов: технологию прокатки, тип стана, расстояние от печи до стана, сечение прокатываемого профиля, качество металла и т. д. Обычно температура нагрева рядовой стали при прокатке на сортовых станах равна 1200-1220° С, а на тонколистовых, где обжатие больше, 1230-1250°С. Для уменьшения усилия обжатия при прокатке температуру нагрева в ряде случаев принимают равной 1250-1280° С. Для заварки подкорковых пузырей в заготовках из кипящей стали, поступающих с установок непрерывной разливки, необходимы либо повышенная температура нагрева (1280-1300° С), либо увеличенное усилие обжатия.

В методических печах шагающего типа при одностороннем нагреве заготовки лежат на футерованных шагающих балках (печи с шагающим подом), а при двустороннем нагреве - на шагающих балках из водо-охлаждаемых труб (печи с шагающими балками). Используют также сочетание одностороннего и двухстороннего нагрева в так называемых комбинированных печах с шагающим подом и шагающими балками. В печах шагающего типа заготовки с сечением, близким к квадратному, укладывают с зазорами. Обычно отношение ширины зазора к ширине заготовки принимают равным 2-3, учитывая возможную кривизну заготовок. В результате при транспортировании заготовки не соприкасаются друг с другом и не скользят по подине, поэтому их поверхность не повреждается, а первоначально образовавшийся слой окалины не осыпается и защищает металл от дальнейшего окисления и обезуглероживания. Загрузка и выдача заготовок в этих печах независимы, и, следовательно, печи можно легко освобождать от заготовок для ремонта, а также выводить заготовки из зоны высоких температур при нерегламентированных остановках печи или стана. Укладка заготовок с раздвижкой повышает интенсивность и равномерность их нагрева. Печи шагающего типа не имеют ограничений по длине и ширине, т.е. по производительности.

В толкательных печах загрузку заготовок с рольганга загрузки осуществляют толкателем, а выдачу производят или по наклонным направляющим брусьям, так называемым склизам, или специальной машиной безударной выдачи. В толкательных печах при транспортировании заготовок шириной менее 120-150 мм трудно обеспечить строго поштучное сталкивание заготовок на рольганг выдачи, поэтому применяют боковую выдачу заготовок с помощью выталкивателя. Для мелкосортной квадратной заготовки сечением до 100-120 мм и длиной 9-12 м в толкательных печах применяют наклонный под, боковую загрузку и боковую выдачу с помощью выталкивателя или специальной машины выдачи.

В печах шагающего типа торцевую загрузку осуществляют клинкен-шлеппером, сталкивателем, непосредственно шагающими балками или специальной машиной загрузки. Торцевая выдача осуществляется непосредственно шагающими балками или специальной машиной выдачи.

Боковую загрузку и выдачу в печах шагающего типа производят по внутрипечным консольным рольгангам. С рольганга загрузки заготовки снимают непосредственно шагающими балками или сталкивателем, а на рольганг выдачи подают также шагающими балками или специальной машиной выдачи.

Задачи управления методической печью

Температура металла

Важнейшим параметром, характеризующим режим нагрева, является температура металла. Существенной является не только температура поверхности заготовки, но и её распределение по толщине. Однако непрерывный замер этого распределения для всех нагреваемых заготовок в процессе нормальной эксплуатации печи невозможен, поэтому в системах и алгоритмах управления, а также системах защиты используют в качестве измеряемого параметра только температуру поверхности. Температуру внутри заготовки определяют путём расчётов в использованием уравнений внутренней теплопередачи; и лишь периодически, для контрольных заготовок, измеряют с помощью специальных термопар.

Наиболее простой задачей является предотвращение оплавления заготовки. В этом случае под температурой металла понимают температуру поверхности заготовки вне зависимости от того, покрыта она окалиной или нет.Здесь достаточно одного датчика, установленного ближе к выходу последней по ходу металла сварочной зоны. Точность датчика не имеет значения. Достаточно один раз определить показания, при которых начинается оплавление поверхности заготовки, и установить системе защиты несколько меньшее задание.

Более сложной задачей является измерение температуры металла в методической зоне с целью использования полученной информации для управления температурным режимом всей печи при изменениях её производительности. В этом случае под температурой металла понимают температуру поверхности заготовки, измеренную в строго определённом месте печи, для которого выдерживается однозначная и линейная зависимость производительности печи от измеренной температуры.

Ещё более сложная задача возникает при переходе от систем регулирования температуры печного пространства к системе регулирования непосредственно температуры металла в процессе его нагрева. Такой переход целесообразен, так как связь между температурой металла и печного пространства не является однозначной, а непрерывно видоизменяется в зависимости от режима работы печи, сортамента и координаты нагреваемой заготовки, что приводит к значительному разбросу температур металла на выдаче из-за несвоевременного или неправильного изменения задания регуляторам температуры в зонах.

Температура рабочего пространства

Основным направленно изменяемым параметром при управлении нагревом металла является температура рабочего пространства. Именно она в первую очередь определяет теплоотдачу металлу, распределение температур в его массе, интенсивность окалинообразования, износ конструкций печи и другие важнейшие параметры, характеризующие процесс тепловой обработки металла и работу агрегата. Измеренная температура является главным источником информации о тепловом состоянии отдельных зон и всей печи в целом. На основе этой информации составляют инструкции по нагреву, выполняют тепловой расчет зон, рассчитывают нагрев металла, задают температурный профиль печи, осуществляют управление тепловым и температурным режимами. Достоверность результатов решения перечисленных задач в первую очередь зависит от того, какая величина принята в качестве температуры рабочего пространства, где и как она измерена.

Задачей локальной системы является обеспечение заданной температуры рабочего пространства в зоне отопления путём соответствующего изменения ее тепловой нагрузки.

Изменение тепловой нагрузки зон, оборудованных инжекционными горелками, осуществляется путём изменения расхода топлива при воздействии на общую поворотную заслонку на зональном газопроводе. Соответствующее изменение расхода воздуха горения достигается автоматически изменением режима работы горелок.

Для зон, оборудованных дутьевыми горелками, изменение тепловой нагрузки может быть осуществлено либо изменением расхода топлива с последующим изменением расхода воздуха, либо изменением расхода воздуха с последующим изменением расхода топлива. Второй способ имеет то преимущество, что при недостатке воздуха горения исключается возможность подачи в зону излишнего количества топлива, полное сгорание которого может произойти в следующей зоне или рекуператоре. Как недостаток этого способа часто указывают на дальнейшее увеличение, в первый момент регулирования, отклонения температуры от заданного значения. Однако значительная инерционность датчиков температуры рабочего пространства не дает проявляться этому недостатку. Гораздо более сильное влияние оказывают люфты в сочленениях исполнительных механизмов с поворотными заслонками на зональных воздухопроводах, приводящие к снижению запаса устойчивости системы регулирования. Кроме того, при высокой температуре воздуха заслонки часто заклинивает, поэтому наибольшее распространение на методических печах получили системы, реализующие первый способ - в котором ведущим является топливо. Такие системы позволяют обеспечить с приемлемой точностью поддержание заданной температуры рабочего пространства даже при выходе из строя заслонок на воздухопроводах. Возникающие при этом нарушения в работе систем регулирования соотношения топливо - воздух не препятствуют регулированию температуры.

Качество работы системы зависит от того, насколько правильно выбраны точка контроля, способ установки датчика, тип и настройка регулятора, а также регулирующий орган.

Тип регулятора и его настройки выбирают в соответствии с динамическими свойствами зоны, которую с достаточной степенью точности можно рассматривать как последовательное соединение звена чистого запаздывания и статического звена первого порядка.

Требуемый температурный режим в методической печи зависит от скорости продвижения металла. В связи с этим были созданы каскадные системы автоматического управления температурным режимом методических печей. Каждая такая система включает локальные САР температуры в зонах отопления и управляющее устройство, которое определяет скорость продвижения металла и при ее изменении автоматически изменяет задания локальным регуляторам температуры таким образом, чтобы обеспечить требуемый нагрев металла в каждой зоне. Эти системы различаются главным образом тем, какой параметр использован в них в качестве меры скорости продвижения металла или темпа прокатки.

Импульсом является температура поверхности металла, измеряемая радиационным пирометром примерно в середине методической зоны. Между этой температурой и скоростью продвижения металла также существует обратная зависимость, которая более устойчива.

Давление в рабочем пространстве печи

Давление в рабочем пространстве методических печей существенно влияет на их тепловую работу. Оно определяет при прочих равных условиях интенсивность нагрева металла, удельный расход топлива, величину угара и окалинообразования, удобство обслуживания и сохранность агрегата.

Излишне высокое давление ведёт к выбиванию из печи продуктов сгорания, что наряду с ростом тепловых потерь вызывает ускоренный износ внешних конструкций, затрудняет визуальный контроль и обслуживание, загрязняет атмосферу цеха.

Слишком низкое давление обусловливает подсос в печь через рабочие окна и различные неплотности в кладке холодного воздуха, что ведёт к ухудшению использования топлива, увеличению угара и окалинообразования и затрудняет управление процессом горения. Особенно опасен подсос воздуха через окно выдачи, вызывающий неравномерное охлаждение ближайшей заготовки и подстуживание подины. При длительной паузе в работе стана эта заготовка уже не может быть направлена в прокатку, а возвращается на склад.

Наиболее благоприятным в смысле обеспечения наилучшей тепловой работы печи и удобства её обслуживания является небольшое положительное давление во всём рабочем пространстве.

В зависимости от принятой схемы изменение тяги реализуют путём воздействия на положение поворотного клапана в дымовом борове, или на производительность дымососа, или на режим работы вытяжной трубы.

Управление сжиганием топлива

Задачей этих систем является обеспечение экономичного сжигания топлива, достижение наилучших условий теплообмена факела с металлом и кладкой и поддержание в печи газовой атмосферы определённого состава. Указанные задачи решаются путём направленного изменения соотношения топливо - воздух (Со), автоматическая стабилизация которого позволяет улучшить качество нагрева металла, уменьшить удельный расход топлива, угар и окалинообразование.

В печах с инжекционными горелками происходит саморегулирование Со, требуемое значение которого устанавливают, изменяя при наладке положение воздушных клапанов перед горелками. Если при полностью открытых клапанах воздуха все же недостаточно, то уменьшают размеры газовых сопел или переходят на сжигание газа с пониженной теплотой сгорания.

В печах с дутьевыми горелками регулирование осуществляется путём принудительного изменения расхода или Со (схемы с ведущим топливом). Гораздо реже встречаются системы с ведущим воздухом. Поддержание заданного значения Со обеспечивают локальные системы регулирования, использующие в качестве входной информации непрерывно измеряемые расходы топлива и воздуха. Величину Со устанавливают с помощью выносного задатчика, отградуированного либо непосредственно в единицах Со, либо в единицах коэффициента расхода воздуха, определяемого как отношение измеренного расхода воздуха к теоретическому, необходимому для полного сжигания измеренного расхода топлива.

Динамика объекта регулирования, которым в данном случае является участок трубопровода между диафрагмой и регулирующим органом, аппроксимируемый с достаточной степенью точности звеном чистого запаздывания и апериодическим звеном первого порядка. В таких условиях удовлетворительное качество регулирования достигается при использовании ПИ-регуляторов со сниженным коэффициентом передачи пропорциональной части или при использовании чистых И-регуляторов.

Качественное регулирование заданного значения Со по измеренным расходам даже при достаточно больших тепловых нагрузках ещё не гарантирует экономического сжигания топлива о постоянства состава продуктов сгорания внутри печи.

Достаточно точно о составе атмосферы печи (полноте сжигания топлива) можно судить по результатам анализа продуктов сгорания, отбираемых в конце печи, или для печей большой мощности в конце каждой зоны. По найденному содержанию О2, CO, H2, CH4 и N2 может быть рассчитан действительный коэффициент расхода воздуха. Разность между заданным и рассчитанным значениями будет корректирующим сигналом регулятору Со.

Общая структура автоматизированной системы управления технологическими процессами участка методических печей стана 3000

АСУТП предназначается для управления процессами транспортирования и нагрева металла на участке, имеющем в своем составе склад слябов, район загрузки, четыре семизонные методические печи с шагающими балками и район разгрузки. При управлении должны обеспечиваться необходимые по условиям прокатки значения температуры поверхности металла и перепада температур по сечению заготовки на выходе из печи при согласовании темпа нагрева заготовок с ритмом работы прокатного стана и минимальных затратах на передел.

АСУТП участка печей должна быть измерительным и информационно-управляющим комплексом, состоящим из материальной и структурно-алгоритмической частей, включающим в себя в качестве звена управления человека, который может выполнять различные функции контроля и обслуживания системы и объекта.

АСУТП состоит из двух уровней.

В нижний уровень входят локальные подсистемы, осуществляющие сбор первичной информации, управление технологическим оборудованием, регулирование и дистанционное управление технологическими параметрами процесса нагрева.

Верхний уровень содержит подсистемы, работающие по алгоритмам, основанным на методах оптимального управления, и реализуется на базе УВК (СМ-2).

В состав АСУТП участка методических печей входят:

локальная подсистема слежения за положением металла на участке печей;

локальная подсистема управления транспортированием заготовок;

локальные подсистемы стабилизации параметров теплового режима каждой печи с локальной подсистемой гарантированного нагрева;

информационная подсистема;

подсистема оптимального управления тепловым режимом; подсистема адаптации;

подсистема оценки качества работы АСУТП и диагностики оборудования;

подсистема связи с ИАСУ цеха.

2. Индивидуальное задание: Регулирование расхода и распределения природного газа по фурмам доменной печи

Применение природного газа в сочетании с кислородом позволяет получить экономию кокса и в то же время сохранить нормальные газодинамические условия работы печи. При этом увеличение выхода газа на единицу массы сгоревшего у фурм кокса, обусловленное подачей в печь природного газа, компенсируется уменьшением выхода газа вследствие использования кислорода.

Кислород поступает в воздухопровод до воздухонагревателей и поэтом, нагревается в них до температуры горячего дутья.

Природный газ вдувастся в печь холодным, что приводит к дополнительному охлаждению горна. Кроме того, тепло затрачивается на диссоциацию природного газа. Поэтому примененис природного газ вызывает необходимость повышения температуры горячего дутья.

Применение природного газа ограничивается максимально возможным нагревом дутья и количеством кислорода, которое используется на данной печи.

Принципиальная схема автоматического регулирования расхода и распределения природного газа по фурмам печи показана на рисунке 1 (на схеме кольцевой коллектор развернут).

Воздух и кислород из турбовоздуходувкой машины Т по трубопроводу холодного дутья через измсрительную диафрагму 1 поступают в здухонагреватель В, а частично -- непосредственно в смесительный трубопровод. Расход холодного дутья измеряется датчиком 2, а концентрация кислорода в дутье -- газоанатизатором 3. Природный газ по трубопроводу через измерительную диафрагму и регулирующий орган подается в кольцевой коллектор. От кольцевого коллектора отходят линии, через которые природный газ, проходя измерительные диафрагмы и регулирующие клапаны, попадает в фурмы Фх, Ф2, ... Фn . Общий расход природного газа измеряется датчиком 6.

Автоматическое регулирование расхода природного газа осуществляется с помощью регулятора соотношения 5 с задатчиком 4. Этот гулятор поддерживает заданное соотношение между расходом холодного дутья и природного газа, с учетом концентрации кислорода в дутье. Управляющий сигнал от регулятора 5 поступает на исполнительный механизм 7 при регулирующемкланане. Расход природного газа через каждую фурму измеряется датчиком 8.

Автоматическое распределение природного газа осуществляется системой обегаюшего контроля, которая состоит из коммутатора 10 и гулятора 11, воздействующего на исполнительные механизмы 13 при клапанах на фурмах. Предусматривается возможность перехода на ручное управление 12, при котором исполнительные механизмы управляются кнопками.

На некоторых заводах распределение природного газа по фурмам уществляется только дистанционно. При этом датчики через коммутатор 10 поочередно подключаются к контрольному прибору 9, а исполнительные механизмы 13 управляются дистанционно. Такое управление распределением природного газа дает достаточно удовлетворительные результаты, так как давление в линии природного газа значительно превышает сопротивление столба шихтовых материалов, и поэтому колебания сопротивления шихты практически не влияют на расход природного газа через фурмы печи. Разрабатываются системы автоматического управления распределения природного газа и кислорода по фурмам печи с учетом распределения температуры в окислительных зонах по периферии горна. В этих системах используют пирометры излучения (фотоэлектрические, спектратьные, радиационные), измеряющие излучение в нескольких точках по окружности горна. Если в какой-либо зоне излучение меньше или больше, чем в других, то система автоматически корректирует задание регулятором расхода природного газа и кислорода таким образом, чтобы устранить возникшую неравномерность температуры на периферии горна.

Список использованной литературы

Воскобойников В. Г. Общая металлургия./Воскобойников В. Г., Кудрин В.А., Якушев А. М. - М.: Металлургия. - 1985. - 480с.

Шевцов Є. К. Вступ до фаху. Автоматизація технологічних процесів і виробнцтв./Шевцов Є. К., Гулаков С. В., Сімкін О. І. - Маріуполь: Видавництво ПДТУ. - 2004. - 287с.

Строганов А. И. Производство стали и ферросплавов./Строганов А. И., Рысс М. А. - М: Металлургия. - 1979. - 504с.

Бурдаков Д. Д. Металлургия черных металлов./Бурдаков Д. Д., Цукерник З. Г. - Свердловск: Металлургиздат. - 1961. - 438с.

Г.М. Глинков, В.А. Маковский. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. М; Металлургия, 1986, -352 с

Размещено на Allbest.ru