ОАО «ММК». Доменная печь № 9. Регулирование температуры горячего дутья

 

Эта реакция протекает при температурах выше 11 000 °С с поглощением тепла. Поэтому для восстановления марганца требуется увеличить расход кокса и температуру дутья. Например, при выплавке зеркального чугуна с 10-25% Mn расход кокса увеличивается в 2 - 2,5 раза. Значительная часть MnO находится в виде силикатов, из которых может быть выделена известью. 
Таким образом, дополнительным условием для увеличения степени восстановления марганца является достаточное количество извести CaO в шлаке, т.е. его повышенная основность.

Кремний находится в  пустой породе руды и в золе кокса в виде свободного кремнезема SiO₂ или в виде силикатов (SiO₂·2СaO и др.). 
Восстановление кремния происходит из кремнезема SiO₂ по реакции:

 

                              SiO₂ + 2С = Si + 2СО – Q.                                                 (11)

 

По-видимому, кремний восстанавливается  из SiO₂ и карбидом железа Fe₃C.  Эта реакция протекает с поглощением тепла при температурах не ниже 14 500 °С. Поэтому для выплавки чугуна с повышенным содержанием кремния необходимо значительно увеличивать расход кокса и применять высокотемпературное дутье, обогащенное кислородом. Для увеличения количества свободного кремнезема в шлаке необходимо уменьшать в нем содержание извести CaО, т.е. понижать его основность.

Другие полезные примеси – никель, ванадий, титан и т.д. – попадают в доменную печь в виде примесей железной руды. При доменной плавке никель восстанавливается и переходит в чугун полностью, хром – на 85 - 95%, ванадий – на 70 - 80%.

Фосфор – вредная примесь железных руд находится в них главным образом в виде P₂O₅· 3СaO. Восстановление фосфора происходит окисью углерода СО, водородом, а также твердым углеродом. Весь фосфор, внесенный шихтой, восстанавливается и переходит в чугун практически полностью.

Сера – особенно вредная примесь в чугуне (а также в стали). Основное количество серы вносит кокс, часть – железная руда. В доменной печи 10 - 20% серы удаляется в виде соединений. Остальная часть серы переходит в чугун и в шлак в виде сульфидов FeS, CaS и др. Сульфид железа FeS хорошо растворяется в чугуне.

В условиях доменной плавки основным способом десульфурации, т.е. удаления серы из металла, является образование  сульфида кальция CaS по реакции:

 

                            FeS + CaO = FeO + CaO + Q.                                             (12)

 

Сульфид кальция CaS нерастворим в чугуне и находится в шлаке. Наиболее интенсивно эта реакция протекает при прохождении капель чугуна через слой шлака. Из этой реакции следует, что одним из основных условий удаления серы из металла является достаточное количество извести CaO в шлаке. Удалению серы способствует высокая температура в горне; с нагревом уменьшается вязкость шлака, что улучшает диффузию сульфидов и способствует восстановлению FeO. Часть серы удаляется с помощью MgO (всегда содержащемся в шлаке), а также марганца по реакциям:

 

                               FeS + MgO = FeO + MgS,                                              (13)

                                   FeS + Mn = Fe + MnS.                                                  (14)

 

Сульфид магния MgS нерастворим в металле, а сульфид марганца MnS растворяется незначительно. Широкое распространение получило внедоменное удаление серы из чугуна. При выдержке его в ковшах-чугуновозах и в миксере часть серы может переходить из металла в шлак в виде сульфида марганца MnS, так как растворимость этого соединения в металле при понижении температуры уменьшается. Такой способ дает хорошие результаты при содержании в чугуне более 2% Mn [2].

1.2 Система управления доменной печи №9

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:

• управление шихтоподачей;
• управление тепловым режимом печи;
• управление распределением газовых потоков в столбе шихтовых материалов;
• 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. 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 над 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. Следует отметить еще одну особенность доменной печи как объекта автоматического управления: технологический процесс проходит во всем объеме печи, а управления сосредоточены на границах шахты.

Управление «сверху» осуществляется на колошнике путем изменения условий загрузки, а «снизу» из фурменной зоны изменением параметров дутья. Схема управляющих воздействий представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Схема управляющих  воздействий доменной плавки

1.3 Схема автоматизации регулирования температуры горячего дутья доменной печи №9

Схема автоматизации регулирования температуры горячего дутья доменной печи № 9 приведена на листе О.ЭА.220200.62.003.КП.13.С3.

На схеме изображены два контура  регулирования температуры горячего дутья. Ниже представлено описание контура регулирования.

В качестве первичного измерительного прибора температуры используется термопара – ТПП 10 - поз.1а. Номинальное  значение сигнала – 1200 °С.

Электрический сигнал с термопары  подается на вторичный преобразовательный прибор, поз. 1б, типа ДИСК-250М-10R.

С вторичного прибора сигнал поступает на регулирующий контроллер, поз. РК, типа SimaticS7–400.

В качестве первичного измерительного прибор расхода используется сужающее устройство – диафрагма - поз. 2а, типа ДФК-4-30. Номинальное значение сигнала – 250 000 м³/m.

Пневматический сигнал с диафрагмы  подается на вторичный преобразовательный прибор, поз. 2б, типа Метран-100ДД-1440.

Измеренная и преобразованная  величина подается на  регистрирующий прибор, поз. 2в, типа Диск–250-1221. С регистратора сигнал поступает на регулирующий контроллер, поз. РК, типа SimaticS7–400. Контроллер предназначен для построения современных АСУ ТП и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных электронных вычислительных машин (ЭВМ), автоматическое регулирование, автоматическое логико–программное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий.

Также на вход контроллера  поступает сигнал (4–20 мА) с ручного задатчика типа РЗД–22, поз. 1в, который представляет собой регулируемый источник постоянного тока.

Контроллер SimaticS7–400 формирует ошибку рассогласования, которая равна разности между сигналом, формируемым преобразователями Метран–100ДД, поз. 2б и сигналом с задатчика РЗД–22, поз 1в, и по заданному закону регулирования формирует управляющий сигнал (4–20мА). Сигнал, выходящий с регулирующего устройства, по величине порядка 24В и, как правило, мощности такого сигнала недостаточно для приведения в движение исполнительного механизма. Поэтому этот сигнал усиливается с помощью преобразователя, поз. 2г, типа ПБР–3А.

Усиленный сигнал подается на исполнительное устройство – механизм электрический однооборотный (МЭО), поз. 2д, типа МЭО–100/63–0,63–99К.

В аварийной ситуации или в случае замены приборов схема предусматривает переход на ручное управление регулирующем органом. Для этого используется универсальные переключатели выбора режима («автомат», «ручное»), поз. SA  и кнопка управления в ручном режиме, поз.SB.

Для визуального наблюдения за поведением регулирующего органа в систему включается дистанционный указатель положения. ДУП, переключатель выбора режима и кнопка управления в ручном режиме объединены в один блок ручного управления, поз.К, типа БРУ–32.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ № 9

Принципиальная электрическая  схема системы автоматического  регулирования   температуры горячего дутья представлена на листе О.ЭА.220200.62.003.КП.13.Э0.

Маркировка проводов осуществлена для контура регулирования температуры горячего дутья печи №9.

Входная величина (температура) измеряется с помощью термопары типа ТПП 10. Электрический сигнал с термопары подается на вторичный преобразовательный прибор, поз. 1б, типа ДИСК-250М-10R. Питание подводится из бока питания БП-36, входящего в комплект.

Входная величина (расход) измеряется с помощью преобразователя типа Метран–100ДД-1440, который состоит из преобразователя расхода (сенсорный блок) и электронного преобразователя. Датчики имеют унифицированный электронный преобразователь. Питание подводится из бока питания БП-36, входящего в комплект [3].

Измеряемая входная  величина подается в камеру сенсорного блока и преобразуется в деформацию чувствительного элемента (тензопреобразователя), вызывая при этом изменение электрического сопротивления его тензорезисторов. Электронный преобразователь датчика преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. С преобразователя сигналы с клемм 2, 4 поступают на регистрирующие приборы типа Диск–250, поз. 2в, на клеммы входа 1, 3. Диск–250 предназначены для отображения и регистрации различных параметров управления процессом.

Преимущества и конструктивные особенности приборов серии Диск–250:

• универсальность: показания, регистрация, сигнализация, регулирование;
• хорошо видимая издалека круговая шкала;
• непрерывная линия регистрации на диаграммном диске;
• светодиодная индикация включения прибора, обрыва датчика, состояния сигнализирующих и  регулирующих устройств [4].

Сигналы 4–20 мА с клемм 5, 7 регистрирующего прибора поступают на вход регулирующего контроллера SimaticS7–400, поз. РК, на клеммы 3, 4 системного модуля SM431 (сигнальный модуль предназначенный для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов).

SimaticS7–400 - это программируемый логический контроллер для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности, представляющий собой комплекс технических средств, обеспечивающий решение задач автоматического регулирования и логического управления. Питание контроллера осуществляется при помощи блока питания PS 407 4A  на 24В постоянного тока.

На клеммы 5, 6 системного модуля SM 431 контроллера подается сигнал задания с задатчика РЗД–22, поз. 1в, с клемм 5, 8. Задатчик ручной РЗД–22 рассчитан на применение в АСУ ТП и предназначен для выполнения ручной установки сигналов задания для стабилизирующих регуляторов и регуляторов соотношения. Питание задатчика осуществляется по клеммам 1, 2 из сети 220В.

Управляющий сигнал с  контроллера снимается с клемм 3, 4, 5 системного модуля SM 432 и подается на вход блока ручного управления БРУ–32, поз. К, на клеммы 2, 8 и 14.

С выхода БРУ–32, поз. К, управляющий сигнал снимается с клемм 1, 3, 7 и подается на вход усилителя ПБР–3А, поз. 2г. Тиристорный усилитель используется для управления электрическим исполнительным механизмом.  Электрическое питание - переменный трехфазный ток с напряжением 220/380, 260/400 или 240/415  В при отклонении от -15 до +10% и частотой 50 или 60 Гц при отклонении от -1 до +1 Гц [5].

С  выхода усилителя, поз. 2г, сигнал поступает на исполнительный механизм, поз. 2д, который в свою очередь поворачивает  заслонку, изменяя тем самым расход в фурме. Механизм предназначен для перемещения регулирующего органа в системах автоматического управления технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Принцип работы МЭО заключается в преобразовании электрического командного сигнала, поступившего с регулирующего или управляющего устройства, во вращательное перемещение выходного вала. Питание МЭО осуществляется с помощью блока питания БСПТ–10, поставляемого комплектно с ним [6].

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате спроектирован типовой контур автоматического регулирования температуры горячего дутья доменной печи № 9 на основе контроллера SimaticS7–400. Курсовой проект выполнен в соответствии с требованиями государственных стандартов оформления технической документации.

Использование спроектированной системы регулирования обеспечивает в значительной мере равномерность температуры горячего дутья, тем самым обеспечивая улучшение качества выплавки чугуна, и обеспечивает максимальную производительность печи.

Полученные результаты соответствуют целям, которые были поставлены в данном курсовом проекте, и способствуют усовершенствованию и улучшению автоматизации исследуемого объекта.