Источник : Матеріали X Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів і студентів. Донецьк, ДонНТУ - 2010, с. 101-104.
Доменная печь самый большой и сложный непрерывно работающий плавильный агрегат металлургического предприятия. Современная доменная печь непрерывно потребляет 4000 – 4500 м3/мин дутья, нагретого до температуры 1100 – 1200С. Достижение высокой температуры дутья осуществляется в воздухонагревателях, которые представляют собой регенеративные устройства периодического действия. Для обеспечения непрерывности нагрева дутья, доменную печь оснащают тремя или четырьмя воздухонагревателями, работающими поочередно в режимах аккумуляции тепла насадками регенераторов (режим нагрева) или нагрева дутья (дутьевой режим) [1]. Перевод воздухонагревателей из режима нагрева в дутьевой и обратно осуществляется автоматически. Контроль температуры и поддержания температурных режимов являются важными параметрами технологических процессов металлургической промышленности, обусловливающих успех процесса производства и экономию энергоресурсов. Для доменного производства актуальными являются разработка надежных методов контроля температуры, создание систем автоматического контроля температурных режимов с высокой стабильностью, быстродействием, дешевизной и простотой внедрения на производстве.
Основными задачами автоматического управления тепловыми режимами воздухонагревателей являются полное и экономичное сжигание топлива, нагрев насадки до заданной температуры с ограничением предельной температуры купола для предотвращения разрушения огнеупоров, автоматическое переключение с режима нагрева на режим дутья и наоборот (рис. 1) [2]. Кроме того, система автоматизации воздухонагревателей доменной печи должна контролировать: влажность, расход, концентрацию доменного газа и воздуха в смеси, подаваемой в качестве топлива для нагрева воздухонагревателя [1, 2].
Газ для нагрева воздухонагревателей доменной печи поступает в газопровод – 1, в котором установлена измерительная диафрагма. Стандартный комплект приборов – 2 обеспечивает регистрацию общего количества газа, расходуемого на нагрев всех воздухонагревателей данной доменной печи. Давление газа стабилизируется локальной типовой системой регулирований – 3. Расход газа на каждый воздухонагреватель контролируется измерительными преобразователями – 4 и поддерживается на заданном уровне регулятором расхода – 5, который управляет исполнительным механизмом – 6 при регулирующей заслонке, установленной на подводе газа к горелке. Температура купола стабилизируется системой – 7, состоящей из датчика температуры, вторичного прибора, регулятора и исполнительного механизма – 8, который воздействует либо на лопатки направляющего аппарата вентилятора – 9, либо на заслонки жалюзи – 10 на воздушном тракте горелки – 11, 13 – дроссельный клапан регулирования подачи горячего дутья в доменную печь. Температура дыма измеряется термопарой и вторичным прибором – 12 [1, 2].
Исходя из анализа технологического объекта, а также условий эксплуатации воздухонагревателей доменной печи, предложена структурная схема блока контроля температуры воздухонагревателей (рис. 2). Принцип действия блока контроля температуры воздухонагревателя доменной печи следующий. На вход системы измерения блока воздействует измеряемая величина (t) – тепловой поток. Величина температуры определяется термопарой ТП-0395 (СИ) производства «Элемер» (Россия) [3], преобразуется в термо-ЭДС эквивалентно измеренной температуре. После усиления сигнала с термопары до стандартного выходного напряжения (mV) с помощью операционного усилителя (ОУ), сигнал попадает через ограничитель напряжения (ОГР) на вход микроконтроллер ATMega16 (СУ). Управляющие воздействия формируются в соответствии с алгоритмом управления и посредством блока реле (БР) передаются на исполнительное устройство (ИУ). В данной схеме исполнительным устройством является дроссельный клапан (Д). Питание мостовой измерительной схемы операционного усилителя, а также микроконтроллера осуществляется блоком питания (БП). Для локального отображения параметров, характеризующих работу воздухонагревателей доменной печи, используется блок индикации (БИ).
Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество шихты и дутья. Использование разработанного блока позволит обеспечить эффективную работу воздухонагревателей доменной печи и защиту купола, верха насадок и нижних строений воздухонагревателей от перегрева и последующего разрушения путём повышения качества процесса контроля температуры. При эксплуатации блока контроля температуры воздухонагревателей доменной печи ожидается снижение энергозатрат на поддержание температурных режимов. Это достигается за счет простого и оперативного использования в качестве устройства управления дроссельного клапана. Его преимуществом является быстрый перевод воздухонагревателя в нужный технологический режим, а также осуществления эффективного контроля температуры купола в заданных пределах с минимальными затратами производственных ресурсов.