|
|
|
|
|
| Биография | Отчет о поиске | Библиотека | Ссылки | Индивидуальное задание |
Роль автоматизации нагревательных колодцев заключается в снижении трудоемкости обслуживания, а также в повышении безопасности и снижении травматизма. Последнее достигается введением необходимых защит и блокировок, расширением информационных возможностей аппаратуры автоматизации. Кроме того, средства автоматизации должны способствовать снижению энерго- и материалоемкости, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудования.
При разработке систем автоматизации должное внимание следует уделять возможному упрощению их структуры и надежности получения информации о параметрах процесса, что весьма важно для эффективного использования этих систем на объектах черной металлургии.
В работе приведено обоснование основных параметров автоматизированного управления процессом нагрева стальных слитков в рекуперативных нагревательных колодцах, а также разработаны схемотехнические решения этого управления.
Целью данной работы является повышение уровня автоматизации отделения нагревательных колодцев и соответственно - эффективности работы.
Основными задачами работы являются:
провести анализ процесса нагрева стальных слитков в нагревательных колодцах как объекта автоматизации;
провести анализ существующих способов управления нагревательными колодцами и выбрать наиболее целесообразный;
разработать математическую модель управления колодцем в зоне промышленного использования;
провести исследование переходных процессов при регулировании температурного режима;
разработать алгоритмизацию системы управления нагревательными колодцами;
обосновать и разработать схемотехнические решения системы управления нагревательными колодцами.
2. НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Научная новизна работы заключается в получении новых знаний в области управления нагревом стальных слитков в рекуперативных нагревательных колодцах и повышения эффективности их работы.
Разработанная в результате исследований система автоматизированного управления температурными режимами нагревательного колодца позволит определить уставки управления нагревом, сформировать соответствующие сигнализации, а следовательно, повысить надежность работы отделения нагревательных колодцев, сократить затраты на электроэнергию, а также снизить количество аварийных ситуаций при эксплуатации данного технологического объекта.
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Одной из основных отраслей тяжелой промышленности является черная металлургия. Значительная часть выплавляемой на металлургических заводах стали разливается в изложницы. Полученные слитки перед дальнейшей обработкой поступают в нагревательные колодцы.
Нагревательные колодцы – основной тип нагревательных устройств, устанавливаемых перед обжимными станами (блюмингами и слябингами), на которых обычно прокатывают слитки весом не менее 2 – 3 т и толщиной 350 - 400 мм и более.
В задачу отделения нагревательных колодцев входит получение нагретых до температуры прокатки и равномерно прогретых по сечению слитков и обеспечение гибкой связи между двумя последовательными этапами технологической линии получения металла, имеющими агрегаты периодического действия: между сталеплавильными и прокатными цехами.
Нагревательные колодцы являются печами садочного типа периодического действия с распределенными по времени температурным и тепловым режимами. Цикл делится на два этапа. В первый период – период нагрева – происходит нагрев наиболее быстро греющейся части – поверхности слитка до заданной температуры, что фиксируется датчиком температуры. В этот период в колодец подается максимальное количество топлива. Во втором периоде – периоде выдержки – расход топлива все время уменьшается, так как основной задачей периода является повышение температуры середины и других медленно греющихся частей слитка при сохранении на постоянном уровне температуры поверхности, так как превышение ее приводит к пережогу и оплавлению слитков.
Наибольшее распространение на заводах получили рекуперативные нагревательные колодцы двух типов: с отоплением из центра подины и одной верхней горелкой. Для нагрева в основном используется газообразное топливо – коксодоменный газ. Воздух для горения нагревается в керамических рекуператорах, газ подается либо холодным, либо подогревается в металлическом рекуператоре. В нагревательных колодцах с верхней горелкой воздух для горения инжектируется сжатым воздухом, который предварительно нагревается в металлическом рекуператоре.
Отсутствие метода объективного контроля температуры слитка и характера распределения температуры по его сечению приводит к тому, что момент готовности металла определяется в настоящее время сварщиком, который наряду с заданной технологической инструкцией длительностью нагрева и выдержки учитывает большое количество других параметров. Это масса слитка, продолжительность его пребывания в изложнице и вне ее, масса садки, состояние колодца, продолжительность посада, характер работы стана и т.п. В отделение нагревательных колодцев входит большое число агрегатов, обслуживающих один стан: около 40-50 ячеек. Характер обработки плавок очень сложен, он обусловливается требованием прокатной линии и зависит от различных технологических ограничений. Все это приводит к необходимости обработки больших объемов информации для принятии решений как сварщиками, так и диспетчером отделения. С этой целью применяется вычислительная техника, которая позволяет быстро ана¬лизировать сложившуюся ситуацию и находить оптимальное решение.
Задача управления процессом нагрева металла в нагревательных колодцах заключается в выборе и обеспечении режима работы, необходимого для получения металла с заданной температурой поверхности с минимально допустимым перепадом температур по сечению слитка при максимальной производительности стана.
4. АЛГОРИТМ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Автоматизированная система управления работой рекуперативных нагревательных колодцев выполняет параллельно несколько разных функций. К ним относятся:
- контроль температуры в ячейке нагревательного колодца;
- контроль давления в колодце;
- регулирование соотношения топливо-воздух;
- регулирование расхода топлива.
Для более подробного анализа работы системы рассмотрим алгоритмы работы по отдельным задачам.
Алгоритм определения давления в ячейке колодца приведен на рисунке 2. При превышении контролируемого параметра верхнего или нижнего предела подается соответствующий управляющий сигнал и соответствующая индикация.
Алгоритм определения температуры в ячейке колодца во время выдержки металла приведен на рисунке 3.
5. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
На основании разработанного выше алгоритма разработаем структурную схему автоматизированной системы управления нагревом слитков в отделении нагревательных колодцев.
На приведенной схеме приняты следующие обозначения:
ОНК – отделение нагревательного колодца, БД – блок датчиков, ИМ – исполнительный механизм, УУНК – устройство управления нагревательным колодцем, ПТН – пульт–табло нагревальщика, ДО – дисплей оператора.
Исходя из основных принципов построения микропроцессорных устройств автоматизации, разработана структурная схема устройства управления УУНК, которая приведена на рисунке 5.
На структурной схеме приняты следующие обозначения:
УУНК – устройство управления нагревательным колодцем, БВВИ – блок ввода – вывода информации, БП – блок памяти, УПД – устройство передачи данных.
Блок ввода-вывода информации (БВВИ) предназначенный для соединения входов и выходов микроконтроллера с цепями датчиков и коммутационных аппаратов. Кроме того, блок БВВИ служит для гальванической развязки внешних цепей (датчиков и коммутационных аппаратов) с внутренними цепями микроконтроллера. Сигналы от аналоговых датчиков в блоке БВВИ превращаются в цифровые и в такой форме поступают в микроконтроллер.
Блок питание БП состоит из двух субблоков. Первое напряжение используется в цепях дискретных датчиков, второе - в цепях микроконтроллера и субблока БВВИ.
Структурная схема блока БВВИ приведена на рисунке 6.
Блок ввода-вывода информации (БВВИ) предназначенный для соединения входов и выходов микроконтроллера с цепями датчиков и коммутационных аппаратов. Кроме того, блок БВВИ служит для гальванической развязки внешних цепей (датчиков и коммутационных аппаратов) с внутренними цепями микроконтроллера. Сигналы от аналоговых датчиков в блоке БВВИ превращаются в цифровые и в такой форме поступают в микроконтроллер.
Блок ввода-вывода информации (БВВИ) предназначенный для соединения входов и выходов микроконтроллера с цепями датчиков и коммутационных аппаратов. Кроме того, блок БВВИ служит для гальванической развязки внешних цепей (датчиков и коммутационных аппаратов) с внутренними цепями микроконтроллера. Сигналы от аналоговых датчиков в блоке БВВИ превращаются в цифровые и в такой форме поступают в микроконтроллер.
Блок ввода-вывода информации (БВВИ) предназначенный для соединения входов и выходов микроконтроллера с цепями датчиков и коммутационных аппаратов. Кроме того, блок БВВИ служит для гальванической развязки внешних цепей (датчиков и коммутационных аппаратов) с внутренними цепями микроконтроллера. Сигналы от аналоговых датчиков в блоке БВВИ превращаются в цифровые и в такой форме поступают в микроконтроллер.
6. МЕРОПРИЯТИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ И БЕЗАВАРИЙНОСТИ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА
При эксплуатации устройств автоматизации должны быть соблюдены требования действующих нормативных документов по безопасности работы. Исходя из этого:
- перед введением в эксплуатацию аппаратуры обслуживающий персонал необходимо ознакомить с правилами технической эксплуатации аппаратуры;
- при эксплуатации на заводе запрещается делать разборки, ремонт и регулирование элементов;
- перед пуском аппаратуры в эксплуатацию и в период эксплуатации необходимо проверять надежность присоединения заземляючих жил, наличие уплотняющих колец в кабельных введениях.
Для проведения монтажно-наладочних работ устройства автоматизации допускаются лиц, которые прошли специальну подготовку и соответствующую квалификацию и допущены к работы с устройством. Эксплуатационный персонал, который работает с устройством, должен быть ознакомлен со строением и правилами эксплуатации устройства, которые изложенные в руководстве из эксплуатации, а также с планом ликвидации аварий на нагревательном колодце, где используется устройство. Нагревательные колодцы должны досматриваться не реже одного раза в сутки персоналом колодца, и не меньше двух раз на месяц - главным механиком отделения.
Монтаж аппаратуры содержит в себе проведение работ, связанных с подачей напряжения питания, которое служит причиной необходимости отключения устройства питания, то есть работы вырабатываются со снятием напряжения.
Перед монтажом аппаратуры и средств автоматизации проверяют комплектность, делают внешний обзор и ревизию внутреннего монтажа. Для проверки трудоспособности комплекса средств автоматизации рекомендуется целиком смонтировать всю аппаратуру и путем имитации отдельных режимов убедиться в правильном функционировании как отдельных блоков, так и аппаратуры в целом.
Основные работы при монтаже электропроводок предусматривают разбивку трасс с разметкой мест установки крепежных, защитных, разветвленных и других элементов на строительных конструкциях, технологическом и другом оборудовании; подготовку трассы к установке конструкций электропроводки, пробивание прорезов, отверстий, ниш; установка изделий для крепления, прокладка и закрепление проводов и кабелей в конструкциях.
Соединение и присоединение проводов и кабелей выполняют в соединительных и разветвленных коробках, внутри корпусов электроустановочных изделий, аппаратов и машин, в специальных нишах строительных конструкций. В местах присоединения они не должны поддаваться действиям механических усилий и иметь запас, который обеспечивает возможность повторного соединения.
В помещениях с большой запыленностью и высокой влажностью, возможностью механических повреждений аппаратов и проводов, а также для защиты обслуживающего персонала от прикосновенья к токопроводящим частям аппаратов и сборок применяют щиты шкафного типа.
В ходе работы были выявлены основные критерии управления работой рекуперативного нагревательного колодца, по которым достигается его оптимальная работа.
На основании этих критериев была разработана система автоматического управления нагревательным колодцем, которая отвечает выдвинутым к ней требованиям и позволяет регулировать работу колодца в соответствии с поставленной задачей оптимального функционирования печи.
Был разработан алгоритм работы системы регулирования, который разрешает регулировать температуру в ячейке колодца и прочие технологические показатели выходя из условия наибольшего общего ККД при условии выполнения заданной производительности, которая сводит потери энергии к минимуму. Таким образом, выполняется поставленная задача энергосбережения.
И, как результат проведенной работы, было разработано устройство автоматизации колодца, которое позволяет технически реализовать управление исследуемым объектом по разработанным законам управления.
При проектировании устройства были разработаны структурные схемы устройства автоматизации и системы автоматизации в целом.
1. А.И. Савенков Автоматизация в металлургическом производстве. Киев: Металл, 2001 г.
2. В.И. Гребельный Повышение эффективности работы нагревательных колодцев прокатных цехов. Киев: Техника, 1975 г.
3. М.П. Ревун Автоматическое управление нагревом металла. Киев: Техника, 1973 г.
4. А.М. Беленький Автоматическое управление металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1989 г.
5. Л.Г. Аксельруд Нагревательные колодцы. М.: Металлургиздат, 1962 г.
6. М.Д. Климовицкий, В.И. Шишкинский Приборы автоматического контроля в металлургии, 1979 г.
7. М.Д. Климовицкий, А.П. Кипелович Автоматический контроль в черной металлургии, 1967 г.
8. Л.Г. Аксельруд Современные нагревательные колодцы. Сталь №3, 1955 г.
9. Д.В. Будрин Металлургические печи. М.: Металлургиздат, 1963 г.
| Биография | Отчет о поиске | Библиотека | Ссылки | Индивидуальное задание |