Автоматическое управление процессом дутья при выплавке чугуна в доменной печи

Отечественные заводы выпускают турбовоздуходувные машины с комбинированным управлением, что позволяет управлять расходом дутья в широких пределах. Для  максимальной скорости вращения ротора машины предусматривается предохранительное устройство, выключающее подачу пара при достижении ротором максимально допустимых оборотов. Система безопасности предусматривает также отключение пара при появлении осевого сдвига, прекращении подачи масла и при других аварийных ситуациях.

Схема автоматической стабилизации расхода дутья показана на рис.3.

Мастер доменной печи 1 по телефону (телетайпу) 2 выдает заказ на расход дутья дежурному по машине 3, который устанавливает полученное задание на задатчике регулятора расхода дутья 4 и по сельсинной (телетайпной) связи 5 сообщает об этом мастеру доменной печи 1.

Для учета температуры и давления атмосферного воздуха в задатчик 4 вручную или автоматически вводится коррекция по температуре 6 и давлению 7 всасываемого воздуха.

Сигнал обратной связи по расходу  поступает от диафрагмы (или напорной трубки ) 8, установленной на стороне  всасывания (или на стороне нагнетания). При отклонении расхода дутья  от заданного регулятор расхода  дутья 9 воздействует на задатчик 10 регулятора числа оборотов 11 воздуходувной машины 12, а последний, управляя системой золотников, изменяет число оборотов ротора машины. Как следует из схемы, в данном случае используется каскадная система стабилизации расхода дутья.

При снижении расхода до критического значения включается противопомпажный регулятор 13, который связывает сеть с атмосферой.

На рис. 3 показаны также приборы, отключающие подачу пара при достижении максимально допустимой скорости 14, осевого сдвига 15 и прекращения подачи масла 16.

Обычно в системе используются гидравлические ПИ-регуляторы, которые снабжаются маслом от общей системы маслоснабжения турбовоздуходувки.

Рис. 3. Схема стабилизации расхода дутья.

Автоматическое  распределение дутья по фурмам доменной печи

Автоматическое регулирование распределения горячего дутья по фурмам доменной печи обеспечивает равномерное распределение газового потока в области трехфазного состояния материалов, т. е. в области, где одновременно находятся материалы в твердой, жидкой и газообразной фазах. При этом футеровка доменных печей изнашивается более равномерно, что удлиняет продолжительность работы печей от ремонта к ремонту. Кроме того, равномерное распределение газовых потоков по окружности горна способствует устранению «перекосов» при опускании шихтовых материалов в горн. Действительно, если через одну из фурм (или группу фурм) по какой-либо причине расход дутья уменьшается, интенсивность горения кокса в этой зоне снижается и сход материалов в столбе шихты над этой зоной замедляется. Поскольку воздуходувная машина обеспечивает постоянный расход дутья на данную печь, другие фурмы начинают работать более интенсивно, что вызывает ускорение схода материалов в соответствующих участках печи и еще большее снижение скорости схода шихты в столбе материалов над слабо действующими фурмами.

Установка систем автоматического  регулирования распределения дутья по фурмам (САРД) устраняет указанные выше недостатки, в результате чего производительность печей повышается на 1,0—2,0%, расход кокса снижается на 1,5—2,5% и удлиняются межремонтные периоды.

На доменных печах внедряются две  схемы САРД:

1. С индивидуальными регуляторами расхода дутья через каждую фурму.
2. С одним регулятором, по очереди стабилизирующим расход дутья во всех фурмах.

В схемах первого типа- выше надежность системы и качество стабилизации, но зато они более громоздки и требуют большего количества аппаратуры. Схемы второго типа в этом смысле более экономичны, но менее надежны и требуют больше внимания от обслуживающего персонала. Как первая, так и вторая схемы могут быть реализованы с использованием электрической или пневматической аппаратуры. Известны комбинированные САРД, в которых электрические приборы работают совместно с пневматическими исполнительными механизмами.

Для управления распределением дутья по фурмам в последние встраивают измерительные устройства и. регулирующие органы (рис. 3). Измерение расхода дутья в фурменном приборе осуществляется укороченным соплом Вентури. В некоторых системах для этой цели используется перепад давления, возникающий на сопротивлении фурмы, точность измерения расхода в последнем случае меньше, но зато не требуется установка дополнительных дросселирующих сопротивлений на пути воздушного потока. Регулирующие органы представляют собой поворотные заслонки, встроенные в фурменные рукава. Дросселирующие и регулирующие устройства работают в тяжелых условиях при высокой температуре и большой скорости потоков дутья, несущих абразивные частицы огнеупоров из воздухонагревателей, поэтому разработка надежных, длительно работающих установок является сложной задачей.

Установка регулирующих органов в  каждой фурме создает дополнительное сопротивление на воздушном тракте. На преодоление этого сопротивления  затрачивается дополнительная энергия, поэтому необходимо стремиться к  минимизации сопротивления воздушного тракта.

Исходя из сказанного выше можно  сформулировать задачу системы автоматического  распределения дутья по фурмам домен-

Рис. 4. Установка дросселирующих и регулирующих устройств в фурменном приборе

 

ной печи следующим образом: система должна обеспечить равномерное или заданное распределение дутья по фурмам доменной печи при минимальном сопротивлении воздушного тракта.

Принципиальная схема САРД с индивидуальными регуляторами расхода дутья на каждой фурме представлена на рис. 5 (на схеме кольцевой воздухопровод показан в развернутом виде).

Дутье, нагнетаемое турбовоздуходувной машиной Т и нагретое в воздухонагревателях  В, поступает в кольцевой воздухопровод  КВ. Расход холодного дутья измеряется стандартным комплектом приборов 1.

Из кольцевого воздухопровода дутьё  через фурмы (Ф₁,...,Ф_п) поступает в доменную печь. Каждая фурма оборудована замкнутой системой автоматического регулирования расхода дутья 2, которая состоит из измерительного устройства, датчика расхода, автоматического регулятора с задатчиком, исполнительного механизма с дистанционным указателем положения и регулирующего органа.

Задание всем регуляторам устанавливается автоматически в зависимости от расхода холодного дутья и положения регулирующих органов.

Суммарный расход дутья через все фурмы равен общему количеству дутья, поступающего в печь, поэтому основное задание каждому регулятору системы при равномерном распределении дутья равно:

q=Q/n

где Q — общий расход дутья;

n — число фурм.

 

Рис. 5. Принципиальная схема распределения дутья

по фурмам доменной печи.

Это . задание с помощью сумматора 3 и делителя 4 передается на задатчики индивидуальных систем регулирования 2. На сумматор 3 поступает также корректирующий сигнал, позволяющий минимизировать сопротивление воздушного тракта. Этот сигнал получается с помощью блока выбора экстремального положения регулирующих органов 5 и регулятора 6 с задатчиком 7. Блок 5 выполняется в электрическом или пневматическом варианте.

Сопротивление воздушного тракта будет  минимальным, если при равномерном распределении дутья по фурмам хотя бы один регулирующий орган будет полностью открыт. В этом случае сигнал от блока 5 соответствует заданию, установленному задатчиком 7 регулятору 6. При этом сигнал на выходе регулятора 6 равен нулю и в сумматор 3 корректирующее воздействие не поступает. Если регулирующие органы открыты меньше, чем задано, то регулятор 6 посылает в сумматор 3 корректирующий сигнал, повышающий задания всем регуляторам системы. При этом все регулирующие органы будут открываться до тех пор, пока хотя бы один из них не достигнет заданной степени открытия.

Если же сопротивление столба шихтовых материалов в зоне действия одной  из фурм возрастет до такой степени, что регулирующий орган на этой фурме  откроется больше, чем установлено задатчиком, то регулятор 6 пошлет в сумматор 3 сигнал, уменьшающий задание всем регуляторам системы. При этом все регулирующие органы несколько закроются, что вызовет повышение давления дутья в кольцевом воздухопроводе и увеличение расхода дутья через слабо действующую фурму. Этот режим работы будет продолжаться до тех пор, пока сопротивление столба шихтовых материалов в зоне «слабой» фурмы не уменьшится до нормальной величины.

 

Регулирование расхода и распределения природного газа и кислорода по фурмам доменной печи

Применение природного газа в сочетании  с кислородом позволяет получить экономию кокса и в то же время  сохранить нормальные газодинамические условия работы печи. При этом увеличение выхода газа на единицу массы сгоревшего у фурм кокса, обусловленное подачей в печь природного газа, компенсируется уменьшением выхода газа вследствие использования кислорода.

Рис. 6. Принципиальная схема регулирования

расхода и распределения природного газа

по фурмам доменной печи.

Кислород поступает в воздухопровод до воздухонагревателей и поэтому нагревается в них до температуры горячего дутья. Природный газ вдувается в печь в холодном виде (t =20-30°С), что приводит к дополнительному охлаждению горна. Кроме того, тепло затрачивается на диссоциацию природного газа. Поэтому применение природного газа вызывает необходимость повышения температуры горячего дутья.

Применение природного газа ограничивается максимально возможным нагревом дутья и количеством кислорода, которое используется на данной печи.

Принципиальная схема автоматического регулирования расхода и распределения природного газа по фурмам печи приведена на рис. 6.

Воздух и кислород из турбовоздуходувной машины Т по трубопроводу холодного  дутья через измерительную диафрагму  поступают в воздухонагреватель В, а частично непосредственно в смесительный трубопровод С. Расход холодного дутья измеряется дроссельным органом 1_, датчиком 2, а концентрация кислорода в дутье газоанализатором 13. Природный газ по трубопроводу через измерительную диафрагму и регулирующий орган подается в кольцевой коллектор (на схеме показан в развернутом виде). От кольцевого коллектора отводят линии, через которые природный газ, проходя измерительные диафрагмы и регулирующие клапаны, попадает в фурмы Ф₁,...,Ф_п. Общий расход природного газа измеряется диафрагмой 3 и датчиком 4.

Автоматическое регулирование  расхода природного газа осуществляется с помощью регулятора соотношения 5 с задатчиком 6. Этот регулятор поддерживает заданное соотношение между расходом холодного дутья и природного газа с учетом концентрации кислорода в дутье. Управляющий сигнал от регулятора 5 поступает на исполнительный механизм 7 при регулирующем клапане. Расход природного газа через каждую фурму измеряется датчиками 8.

Автоматическое распределение  природного газа осуществляется системой обегающего контроля, которая состоит из коммутатора 9 и регулятора 10, воздействующего на исполнительные механизмы 11 при клапанах на фурмах. Предусматривается возможность перехода на ручное управление 12, при котором исполнительные механизмы управляются кнопками.

На некоторых заводах распределение  природного газа по фурмам осуществляется только дистанционно. При этом датчики  через коммутатор 9 поочередно подключаются к контрольному прибору 14, а исполнительные механизмы 11 управляются дистанционно. Такое управление распределением природного газа дает достаточно удовлетворительные результаты, потому что давление в линии природного газа значительно превышает сопротивление столба шихтовых материалов и колебание сопротивления шихты практически не сказывается на расходе природного газа через фурмы печи.

 

Автоматическая  стабилизация температуры горячего дутья

Энтальпия горячего дутья является важной статьей теплового баланса доменной плавки, поэтому стабилизация температуры дутья на оптимальном для данных условий уровне дает значительный эффект.

Постоянство температуры дутья  при прочих равных условиях способствует ровному высокопроизводительному  ходу печи, при этом меньше колеблется температура в горне и стабилизируются  химический состав и температура чугуна на выпусках. Изменение задания регулятору температуры дутья является наиболее простым и удобным методом коррекции при отклонениях теплового режима от оптимального.

Нагревом дутья можно в известной мере управлять газодинамикой процесса, так как при изменении температуры дутья изменяется объем, а следовательно, и скорость газового потока.

Колебания температуры дутья допустимы в пределах, обусловленных аккумулирующей способностью печи, однако резкое повышение температуры может вызвать резкое сокращение окислительной зоны у фурм, вследствие чего возможно подстывание гарниссажа в заплечиках и ухудшение условий схода шихтовых материалов в горне. Поэтому повышаются требования к точности стабилизации температуры дутья.

Система стабилизации температуры горячего дутья принципиально не отличается от типовой схемы регулирования температуры. Она состоит из термоэлектрического датчика, электронного потенциометра, ПИД (или ПИ)-регулятора с задатчиком, исполнительного механизма при смесительном клапане. Регулятор автоматически устанавливает такое соотношение горячего и холодного воздуха, поступающего в смесительный воздухопровод, при котором в зоне установки термоэлектрического датчика поддерживается заданная температура горячего дутья.

Однако следует отметить некоторые особенности объекта, которые необходимо учитывать при проектировании и наладке системы автоматической стабилизации температуры горючего дутья.

1. В системе возникают два типа существенно различных возмущающих воздействий: