Автоматизация в дуговой электросталеплавильной печи

Содержание

Содержание              2

Введение              3

Общая характеристика дуговой сталеплавильной печи              4

Описание и конструкция дуговой              сталеплавильной печи              6

Дуговая сталеплавильная печь как объект автоматического управления              7

Подача и нагрев дутья              11

Конструкция и принцип действия воздухонагревателя              12

Основные параметры дутья              14

Автоматическая стабилизация расхода

кислородно-воздушного дутья              14

Автоматическое распределение дутья по фурмам

доменной печи              16

Регулирование расхода и распределения природного газа

и кислорода по фурмам доменной печи              19

Автоматическая стабилизация температуры

горячего дутья              20

Автоматическая стабилизация влажности горячего дутья

доменных печей              22

Список литературы              24

Введение

В дуговых электросталеплавильных печах осуществляется одна из разновидностей процессов выплавки стали. Отличительной особенностью этого плавильного процесса является то, что генерация рабочего вида энергии процесса – тепловой энергии происходит за счет электроэнергии посредством горящих между электродами и металлом электрических дуг. В связи с этим системы автоматического контроля и управления дуговых печей имеют ряд сторон, общих для всех сталеплавильных процессов, а также и существенные различия в задачах и построении систем автоматики.

Электросталеплавильному производству принадлежит ведущая роль в производстве качественной и высоколегированной стали. Благодаря ряду принципиальных особенностей этот способ приспособлен для получения разнообразного по составу высококачественного металла с низким содержанием серы, фосфора, кислорода и других вредных или нежелательных примесей и высоким содержанием легирующих элементов, придающих стали особые свойства – хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, вольфрама, ванадия, титана и других элементов.

Преимущества электроплавки по сравнению с другими способами сталеплавильного производства связаны с использованием для нагрева металла электрической энергии. Выделение тепла в электропечах происходит либо в нагреваемом металле, либо в непосредственной близи от его поверхности.

Электропечь лучше других приспособлена для переработки металлического лома, причем твердой шихтой может быть занят весь объем печи, и это не затрудняет процесс расплавления.

В электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента.

Общая характеристика дуговой сталеплавильной печи.

    Концентрированный ввод огромного количества тепловой энергии в сочетании с простотой регулирования подводимой мощности, широким набором технических и технологических средств ведения плавки является неоспоримым преимуществом дуговой сталеплавильной печи в сравнении с другими плавильными агрегатами. Кроме того, электросталеплавильная технология обеспечивает высокий уровень энергосбережения и значительно снижает нагрузку на окружающую среду, что обеспечивает возможность достаточно быстрой адаптации ДСП в самых различных географических районах и экономических условиях.

    Совершенствование и трансформация агрегатов, входящих в состав сталелитейного модуля, привели к коренному изменению технологических функций дуговой сталеплавильной печи, которые в настоящее время, в основном, сводятся к плавлению металлошихты, нагреву расплава, обезуглероживанию, дефосфорации и бесшлаковому выпуску жидкого полупродукта.

    Несмотря на существующие различия, дуговые электросталеплавильные печи имеют много общего в конструкции функциональных узлов и механизмов: корпуса( кожуха), футеровки рабочего пространства печи, рабочего окна с заслонкой, сталевыпускного отверстия, сливного желоба, электродержателей и электродов, уплотнителей электродных отверстий в своде(экономайзеры), люльки(опорного элемента дуговой электростале

    Несмотря на существующие различия, дуговые электросталеплавильные печи имеют много общего в конструкции функциональных узлов и механизмов: корпуса (кожуха); футеровки рабочего пространства печи; рабочего окна с заслонкой; сталевыпускного отверстия; сливного желоба; электродержателей и электродов; уплотнителей электродных отверстий в своде (экономайзеры); люльки (опорного элемента дуговой электросталеплавильной печи); портала; механизмов подъема и поворота свода; механизма выдвижения портала со сводом у печей серии ДСВ или механизма поворота корпуса печи; механизма наклона печи; механизма перемещения электродов; силовой электрической цепи («короткая» сеть) с печным трансформатором; пульта управления; приборов КИПиА; защитной и сигнальной аппаратуры; системы водоохлаждения элементов печи; системы газоочистки.

На рисунке показана современная дуговая электросталеплавильная печь с 200-тонной вместимостью. Она представляет из себя стальной кожух, выполненный в форме цилиндра со сферическим днищем, внутри которого имеется огнеупорная футеровка. Плавильное пространство печи закрывает съемный свод. Дуговая электросталеплавильная имеет выпускное отверстие со сливным желобом и рабочее окно. Питание производится трехфазным электрическим током. В качестве опоры для печи выступают два специальных опорных сектора, которые перекатываются по станине. Нагрев и плавление металла осуществляют мощные электрические дуги, горящие между тремя концами электродов и металлом в печи. При помощи реечного механизма производится наклон печи в сторону выпуска, а также рабочего окна.

Доменный процесс, задачи автоматического управления.

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 является 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.

Из сказанного выше следует, что основной технологический процесс доменной плавки — восстановление железа, несмотря на свою химическую природу, в значительной мере зависит от тепло­вого режима, распределения газового потока в столбе шихтовых материалов и характера движения шихты.

Основная задача автоматического управления доменным про­цессом заключается в создании наиболее благоприятных условий для протекания восстановительных процессов. При этом домен­ная печь работает с максимальной производительностью и эко­номичностью при ограничениях, обусловленных качеством сырья, мощностью воздуходувных машин, ресурсами кислорода, при­родного газа, состоянием печей, вспомогательного оборудова­ния и др.

Основная задача управления может быть разделена на ряд локальных (частных) задач, решение которых позволяет выбрать и стабилизировать рациональные режимы работы печи» В част­ности к этим задачам относятся;

1.                                Управление шихтоподачей.

2.                                 Управление тепловым режимом печи.

3.                               Управление распределением газовых потоков в столбе шихтовых материалов.

4.                                 Управление сходом шихты (ходом печи).

На первом этапе автоматизации доменного производства стабилизируются отдельные параметры процесса: расход, темпера­тура и влажность горячего дутья, давление колошникового газа и т. д. На втором этапе решаются указанные выше частные задачи по выбору и стабилизации оптимальных режимов и; наконец, последний этап управления процессом заключается в координа­ции работы всех частных систем с целью достижения заданного критерия управления.

Для решения всех указанных выше задач в первую очередь необходимо изучить особенности доменной печи как объекта автоматического управления.

Доменная печь как объект автоматического управления.

Производство чугуна является непрерывным процессом, протекающим во всем объеме доменной печи. Получение рабочей информации о ходе технологического процесса из внутренних областей доменной печи практически невозможно. Поэтому для контроля за ходом процесса и управления используются косвенные показатели, в известной мере отражающие состояние отдель­ных участков(зон) доменной печи. К таким показателям относятся, например, состав колошникового газа, перепады статического давления по высоте шахты печи и т.д.(табл. 1). Получаемая информация является далеко не полной и не может отразить влияния на процесс множества факторов (число которых достигает 700). Поэтому многие явления, происходящие в доменных печах, проявляются как случайные функции времени. Часть рабочей информации получается нерегулярно и со значительным опозданием(анализ химического состава сырья и продуктов плавки), часть информации отражает прошлое состояние процесса (температура чугуна и шлака, содержание кремния в чугуне).

Недостаточность и запаздывание информации затрудняют управление процессом плавки.

Следует отметить еще одну особенность доменной печи как объекта автоматического управления: технологический процесс проходит во всем объеме печи, а управления сосредоточены на границах шахты печи. Управление «сверху» осуществляется на колошнике путем изменения условий загрузки, а «снизу» из фурменной зоны изменением параметров дутья (рис. 1).

При каждом возмущении необходимо выбрать такое управляющее воздействие, которое повлияло бы на состояние некоторой области печи, далеко отстоящей от места приложения этого управления. Естественно, что это приводит к существенным запаздываниям управляющих воздействий; так, например, изменение рудной нагрузки на кокс сказывается на тепловом состоянии горна доменной печи только через 5—6 ч. Регулируемые параметры представлены в таблице 2.

Рис.1. Схема управляющих воздействий доменной плавки

Вместе с тем можно указать некоторые обстоятельства, благоприятствующие работе управляющих систем. Доменные печи, как правило, длительное время работают в стационарных производственных условиях, выплавляют чугун одной и той же марки, работают на идентичном сырье, что позволяет выбрать оптималь­ный для этих условий режим работы. Задача систем управления заключается в выборе этого режима и затем в компенсации флуктуаций входных параметров процесса, которые сравнительно невелики. Другим благоприятным фактором является большая аккумулирующая способность печи. Огромная масса материалов, участвующих в процессах массо- и теплообмена, способствует сглаживанию возмущающих воздействий. В этом смысле печь как бы является фильтром для возмущающих воздействий. Инерционность процесса позволяет иметь некоторый резерв времени для выбора рационального управления.

              Контролируемые параметры доменного процесса               Таблица 1