Дальнейшая интенсификация доменного процесса за счет применения природного газа, дутья, обогащенного кислородом, а также внедрение других мероприятий прогрессивной технолопии, значителыю усложнила управление доменным процессом. В условиях высокой про-изводительности агрегатов даже незначительные ошибки, допущенные при управлении процсссом, приводят к значительным потерям чугуна и перерасходу кокса. Все это обусловило развитие автоматизации в доменном производстве.
До недавнего времени автоматизация доменного производства осуществлялась в основном, за счет увеличения числа приборов контроля и средств стабилизации контролируемых иарамстров. За последние 15 лет общее число приборов и регуляторов, устанавливаемых на одной доменной печи, возросло примерно с 200 до 800 единиц, а объем капитальных затрат на контрольно-измерительные приборы (КИП) и другие средства автоматизации возрос примерно в девять раз. За последние годы много создано и внедрено локальных систем управления отдельными параметрами работы яечи. Однако наиболъший технический и экономический эффект можно получить при внедрении комплексной системы автоматического управления (АСУ) с применёнием ЭВМ.
Внедрение комплексной системы автоматизации доменной печи позволит связать все важнейшие параметры процесса и при помощи ЭВМ оптимизировать управление доменной плавкой. ЭВМ на основамии модели процесса и алгоритма управления позволйт автоматически корректировать задания локальным системам, при изменении режима работы доменной печи. ЭВМ будут решать задачи от подготовки шихты до учета и анализа производства чугуна.
Создание комплексной системы автоматизации доменной печи, соответствующей рациональному объему автоматизации, определенному на ближайшие годы, потребует капитальных вложений в сумме ~7 млн. руб., из них стоимость научно-исследовательских работ составит около 60%. При серийном изготовлении средств и систем автоматизации, входящих в комплексную систему, ее стоимость составит примерно 3 млн. руб. Таким образом, доля капитальных вложений в автоматизащию составит около 10% стоимости самой доменной печи.
Внедрение комплексной системы автоматизации значительно улучшит экономические показатели доменного процесса.
Внедрение комплексной системы автоматизации значительно улучшит экономические показатели доменного процесса.
Основными факторами экономической эффективности комплексной автоматизации доменного производства являются: повышение производительности доменной печи; уменьшение расхода кокса; улучшение качества чугуна; увеличение срока службы оборудования.
При оценке эффективности обязательно следует учитывать социальные аспекты последствия автоматизации: улучшение условий труда металлургов; повышение безопасности работы; рост доли квалифицированного труда; повышение культуры производства. Все эти социальные факторы, в свою очередь, воздействуют на повышение эффективности производства.
Основными, необходимыми для решения задачи комплексной автоматизации доменного производства, являются системы управления шихтовкой и шихтоподачей, тепловым состоянием доменной печи, распределением газового потока по сечению шахты доменмой печи и скоростью схода шихты. Одни из этих систем разработаны, испытаны и внедряются в эксплуатацию, а другие находятся на стадии проектирования.
Большое значение для увеличения мощности доменной печи и ее успешной работы имеет автоматическое управление шихтовкой и шихтоподачей. АСУ шихтовкой и шихтоподачей домениой плавки предназначена для решения следующих задач: управления теміпом загрузки доменной печи; корректировки доз шихтовых материалов по их химическому составу и влажности кокса; расчета доменной шихты с учетом динамики доменного процесса; учета расхода шихтовых материалов.
Управление темпом загрузки доменной печи позволяет обеспечить поддержание заданного уровня засыпи шихтовых материалов и, следовательно, способствует достижению оптимального распределения материалов на колошнике и зпачительному улучшению технико-экономических показателей доменной плавки.
Решение таких задач, как корректировка доз шихтовых материалов по их химическому составу и влажности кокса, а также расчет шихты с учетом динамики доменного процесса, приводит к стабилизации рудной нагрузки и, следовательно, к стабилизации теплового режима печи. При такой рудной нагрузке существенно стабилизируется содержание кремния в чугуне, что создает условия для снижения среднего содержания кремния в чугуле и ведет к экономии кокса.
Анализ показал, что при стабилизации теплового режима за счет снижения среднего содержания кремния в чугуне экономия кокса составит 2,3%, а стабилизация состава шихты повысит производительность доменной печи на 1,3%. При общих затратах на разработку, изготовление и наладку системы с учетом стоимости ЭВМ в сумме 1600 тыс. руб. экономический эффект составлт 306 тыс. руб. в год, срок окупаемости системы 3,2 года.
Кроме того, внедренис АСУ шихтовкой и шихтоподачей позволит решить общую задачу стабилизации доменного працесса и облегчит внедрение систем управления тепловым состоянием и ходом доменой печи. Поддержание оптималыюго соотношения мсжду приходом физической и химической энергии и ее расходом, необходимого для получеиия чугуна заданного состава при минимально возможном расходе топлива, является главной задачей системы управления тепловым состоянием доменной нечи. В ближайшие годы основное внимание будет уделено созданию необходимых срсдств контроля показателей работы доменной печи с тем, чтобы в послсдующие годы непосредственно приступить к внедрению систем автоматнческого управления тепловым состоянием. К настоящему врсмени уже опробовано большое число алгоритмов управления тепловым состояпием доменной печи.
В среднем эти системы обеспечивают повышение про-изводитсльности печи на 2,8% и экономию кокса 2,5%. При капитальных затратах 319 тыс руб., экономический эффект составит 772 тыс. руб. в год, срок окупаемосги меньше года.
На одной из доменных печей уже эксплуатируется система управления тепловым состоянием доменной печи. В период испытания системы количество выпусков чугуна с нормальным содержанием кремния увеличилось до 78,3% по сравнению с 54,3% до автоматизации. Стабилизация теплового рожима доменной плавки привела к снижению расхода кокса на одну тонну чугуна в среднем на 2,2%. Рассчитанный экономический эффект от внедрения этой системы, работаюшсй в режиме советчика мастсра, составил более 640,0 тыс. руб. в год. Аналогичная система на другой доменной печи позволила повысить производитсльность доменной печи на 2,8% при снижении удельного расхода кокса на 2,5%. Капитальныс затраты составили 160 тыс. руб.; срок их окупаемости — менее одного года.
Система автоматического управления распределением газового потока по сечению шахты доменной печн способствует правильному раопределению материалов н газа.
Это является одним из важных факторов ровного и быстрого схода шихты за счет более полнного использования химической и физической энергии газа в печи. Внедрение АСУ распределением газового потока по сечению шахты доменной печи повысит производительность печи на 4,8% и даст экономию кокса 4,6%.
Управление распределением газового потока осуществляется при помощи нескольких успешно эксплуатируемых на металлургических заводах локальных систем, основными из которых являются: распределение дутья и природного газа по фурмам, распределение шихтовых материалов по окружности колошника доменной печн и др. Дополнительные затраты на систему составят 673 тыс. руб., экономический эффект составит 1477 тыс. руб. в год, срок окупаемости — меньше года.
Равномерное опускание шихты является обязательным условиом хорошего хода печи. При неравномерном ходе нарушается нормальный процесс плавки, уменьшается производительность и ухудшается качество чугуна. Задача АСУ скоростью схода шихтозых матерналов заключается в том, чтобы создать условия, позволяющие максимально увеличить расход дутья, нс допуская нарушения ровного хода печи. Внедрение автоматической систсмы управления обеспечит повышение производительности печи в среднем на 2,0% и экономнческий эффект 76 тыс. руб. в год при затратах 91 тыс. руб.; срок окупаемости системы—1,1 года.
Завершающим этапом автоматизации доменного производства является создание комплексной системы оптимального улравления доменной печью с применением УВМ, которая объединит, помимо четырех основных, еще 16 систем и позволит максимально использовать возможности автоматизации.
В таблице представлены данные технико-экономической эффективности автоматизации доменного производства. Предполагаемая экономическая эффективность комплсксной систсмы автоматизации доменной печи определена на основе данных эффективности основных систем, входящих в комплексную.
Следует отметить, что в рсзультате автоматизации доменной печи экономический эффект проявлястся не только в доменном производстве, но и в последующих переделах. Стабилизация доменного процесса, повышение качества чугуна улучшают экономическис показатели сталеплавильного н прокатного производств.
Широкое распространение за рубежом получили работы по автоматизации доменных печей с прнименением ЭВМ. По зарубежным даиным, стоимость ЭВМ с математическим обеспечением составляет 35—40% всех затрат на автоматизацию.
Таблица 1.- Технико-экономические показатели автоматизации доменной печи 2700 м
В ряде стран разработаны и используются математические модели и системы с применением ЭВМ для автоматического контроля и регулирования основных техиологических параметров доменного нроцесса. По данным, приводимым в зарубежной литературе, за счет автоматизации производительность доменных печей повышается на 8—10%, расход кокса снижается на 10— 12%. За рубежом считают, что автоматизация доменной печи рентабельна даже при суточной производительности печи, равной 2000 т чугуна.
Особенно большое значение автоматизации доменного производства придают в странах, малообеспеченных сырьем и топливом, таких как Япония и Италия. Из общого количества ЭВМ в системах управления основными технологическими процессами в черной металлургии на конец 1973 г. в доменном производстве Японии работало 24,1%, в то время как в США — 9,1%.
В Японии почти на всех доменных печах внедрены локальные системы управления. Наибольшие успехи достигнуты в разработке и внедрении систем автоматического управления транспортированием, дозиропанием и загрузкой шихтовых материалов. В 1970 г. десять доменных печей были оборудованы ЭВМ для автоматического управления загрузкой шихты. На всех новых крупных печах Японии установлсны ЭВМ. На доменной печи № 2 завода в Сакаи работает ЭВМ со следующими основными функциями: контроль процесса, сбор и накопленис информации о технологических параметрах печи и воздухонагревателей, расчет шихты, контроль количества загружаемой шихты, автоматический контроль прочности, гранулометрического и химического состава агломсрата и влажности кокса, периодический контроль состава колошникового газа.
Как уже отмечалось, автоматизация доменного процесса способствует улучшению качества чугуна, что непосредственно влияет на экономические показатели производства стали.
По данным французской фирмы Вендел—Сиделор, создание системы автоматическото управления даменной печыо с ЭВМ в г. Ро.мба позволило получить дополнительный доход в сталеплавилыном нроизводстве за счет стабилизации качества чугуна по два франка на тонну стали.
1. Комплексная система автоматического управления доменной печыо с применением ЭВМ позволит: повысить производительность доменной печи на 12,5%; снизить расход кокса на 12%; получить экономический эффект в среднем 1,15 руб. на тонну чугуна,
2. Создание комплексной системы автоматического управлсния доменной печью с применением ЭВМ является перспектнвным направлением технического прогресса, обеспечивающим значителыюе улучшение экономических показателей не только доменного производства, но и сталеплавильного, и в конечном итоге оказывающим влияние на повышение качества проката — конечного продукта металлургического производства.
Рисунок 1. Принципиальная схема автоматического распределения природного газа по фурмам доменной печи