Разработка системы автоматической стабилизации расхода кислородно-воздушного дутья в доменной печи

Содержание

 

 

Введение 3

 

Общая характеристика доменного производства 4

 

Доменный  процесс, задачи автоматического регулирования 6

 

Доменная  печь как объект автоматического  управления 7

 

Подача  и нагрев дутья 11

 

Конструкция и принцип действия воздухонагревателя 12

 

Основные  параметры дутья 14

 

Автоматическая  стабилизация расхода 

кислородно-воздушного дутья 14

 

Автоматическое  распределение дутья по фурмам

доменной  печи 16

 

Регулирование расхода и распределения природного газа

и кислорода по фурмам доменной печи 19

 

Автоматическая  стабилизация температуры 

горячего  дутья 20

 

Автоматическая  стабилизация влажности горячего дутья 

доменных  печей

 

Заключение 22

 

Список  использованных источников 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Непрерывный рост мощности доменных печей и внедрение новых методов  интенсификации технологического процесса существенно повысили производительность доменного производства и увеличили потоки сырья, энергии и продуктов плавки, участвующих в производственном процессе. Увеличилось число управляющих воздействий и усложнился выбор управлений, наиболее рациональных для данных условий. Анализ поступающей информации и выбор оптимальных управляющих воздействий требуют высокой квалификации персонала, обслуживающего печь. В этих условиях возрастает необходимость внедрения систем автоматического контроля и управления.

       Значительные достижения металлургической науки в последние годы обусловлены использованием современных методов исследования и контроля, позволивших значительно углубить представления о металлургических процессах. Представить сущность процессов, протекающих при металлургическом переделе железных руд, невозможно без использования современных знаний в области физической химии, кристаллографии, физики твердого тела и т.д.

Несмотря на быстрое развитие новых  отраслей промышленности, металлургия  сохраняет, и долго еще будет  сохранять свое преимущественное положение  в современной индустрии.

       Особое место в интенсификации производства отводится реконструкции и механическому перевооружению предприятий, автоматизации и совершенствованию производства на базе современной науки и техники. Целью данной работы является разработка строительства доменной печи с использованием материалов, оборудования на усовершенствованном уровне. Использование внепечного оборудования новейших технологий, применяемого за рубежом.

  Современные автоматизированные  системы управления технологическими  процессами требуют значительного  количества разнообразия средств  измерений, обеспечивающих выработку  сигналов измерительной информации  в форме, удобной для дистанционной  передачи, сбора и дальнейшего  преобразования, обработки и представления  ее. Система автоматического контроля  основных параметров доменного  процесса представляет собой  сложный комплекс датчиков, преобразователей  и вторичных приборов.

Введение автоматических методов  ведения технологических процессов  повышает требования, предъявляемые  к точности измерения отдельных  параметров этих процессов. Наличие  разнообразных средств измерений  требует правильного их выбора для  определенных целей.

Широкое использование ЭВМ для  решения информационных задач АСУ  ТП и для расчета технико-экономических  показателей работы оборудования предопределяет применение таких методов и средств измерений, которые в определенных условиях эксплуатации обеспечивали бы заданную точность и позволяли обеспечивать технологический персонал оперативной информацией и реализовывать математические модели управления доменной печью.

Системы контроля и управления работой  доменных печей постепенно усложнялись — от простейших систем стабилизации отдельных параметров до локальных систем управления отдельными режимами работы печи и, наконец, до комплексных систем управления всем доменным процессом.

Автоматический контроль и стабилизация некоторых параметров доменного процесса сыграли в свое время большую роль в деле повышения производительности и экономичности работы доменных печей. Внедрение локальных систем стабилизации расхода, температуры и влажности горячего дутья, давления колошникового газа, нагрева воздухонагревателей позволило повысить производительность доменных печей на 5—9% и получить экономию кокса 6—7%. Кроме того, локальные системы стабилизации облегчили труд металлургов и повысили общую культуру производства.

Внедрение локальных систем управления, таких, например, как системы автоматического  управления шихтоподачей, распределения горячего дутья и природного газа по фурмам доменной печи, автоматический перевод и управление нагревом воздухонагревателей ит. д., дало дополнительный экономический эффект: производительность доменных печей увеличилась еще на 4—5%, а расход кокса снизился на 2—3%.

    Доменная печь - большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до ее «капитального» ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Общая характеристика доменного производства.

 

Доменная печь (домна) – это используемая в металлургии вертикальная шахтная  печь, высотой до 35 метров, имеющая цилиндрическую форму и позволяющая выплавлять чугун и ферросплавы из шихты (железорудный агломерат, окатыши, кокс, флюсы).

Доменная печь самый  большой и сложный плавильный агрегат, который работает без перерыва на протяжении пяти или семи лет. В  печь непрерывно загружаются железорудные материалы и кокс, подают воздух (дутье), а из печи отводят доменный газ. Тепло, выделяемое в результате горения топлива, тратится на нагревание и расплавление материалов шихты  и на образование чугуна и шлаков. Доменный процесс представляет собой  совокупность механических, физических и физико-химических явлений, которые  протекают в работающей доменной печи. Шихтовые материалы, которые загружают  в доменную печь - кокс, железосодержащие компоненты и флюс - в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлаки и доменный газ. Полная схема всей доменной печи очень  сложная и объемная. Современная  доменная печь непрерывно потребляет 4000 – 4500 м3/мин дутья, нагретого до температуры 1100 – 1200С [1].

Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду, агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит  из пяти конструктивных элементов: верхней  цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ—монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна  располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается  температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит около 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количества тепла.

C + O₂ = CO₂ + Q

Диоксид углерода, покидая зону, обогащенную кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

CO₂ + C = 2CO

            Поднимаясь вверх монооксид углерода взаимодействует с оксидами   железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Полученное в результате реакции железо каплями стекает  по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Перед загрузкой в доменную печь увлажняют пылеватую шихту и отсеивают коксовую мелочь на грохотах. Загрузка шихты в печь полностью механизирована. Скиповый подъемник поднимает шихту на колошник в скипах, из которых шихта поступает в приемную воронку двухконусного засыпного аппарата. Для распределения шихты по сечению колошника предусмотрен вращающийся распределитель шихты (ВРШ).

Дутье подается в печь воздуходувными машинами. При подготовке дутье нагревают в регенеративных воздухонагревателях, увлажняют паром и обогащают кислородом. Если в печи используют природный газ, то естественную влажность дутья обычно не изменяют.

Доменный газ очищают от пыли в пылеуловителях(грубая очистка) и водой в скрубберах высокого и низкого давления. После скруббера высокого давления газ пропускают через каплеуловитель для осушки.

Чугун и шлак из соответствующих  леток по желобам поступают в ковши и в них транспортируются к месту использования. Для охлаждения печи и очистки газа в больших количествах расходуют воду.

 

 

 

2.1 Доменный процесс, задачи автоматического управления.

 

Основной технологической  задачей доменной плавки является восстановление железных руд и получение чугуна заданного состава и температуры. Доменная печь относится к классу шахтных печей, в которых осуществляется слоевой режим работы с противотоком обрабатываемого материала, заполняющего весь рабочий объем печи, и горячих  газов, фильтрующихся через сравнительно плотные слои этих материалов.

Характерными особенностями слоевого режима работы печи является большая  поверхность материалов, подвергающихся тепловой и химической обработке, и  в то же время неопределенность активной части поверхности, участвующей  в процессах тепло- и массообмена. Причиной неопределенности является движение материалов, которые в ходе обработки  меняют размеры и формы кусков и претерпевают изменения химического  состава и агрегатного состояния, что изменяет условия фильтрации горновых газов через различные  участки сечения печи.  Другой особенностью слоевого режима является то, что все виды теплопередачи (радиация, конвекция и теплопроводность) тесно переплетены и практически неразделимы. Это затрудняет теоретические расчеты процессов теплообмена и экспериментальное определение теплотехнических характеристик доменных печей.

Из сказанного выше следует, что  основной технологический процесс  доменной плавки — восстановление железа, несмотря на свою химическую природу, в значительной мере зависит от теплового режима, распределения газового потока в столбе шихтовых материалов и характера движения шихты.

Основная задача автоматического  управления доменным процессом заключается в создании наиболее благоприятных условий для протекания восстановительных процессов. При этом доменная печь работает с максимальной производительностью и экономичностью при ограничениях, обусловленных качеством сырья, мощностью воздуходувных машин, ресурсами кислорода, природного газа, состоянием печей, вспомогательного оборудования и др.

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;

1. Управление шихтоподачей.
2. Управление тепловым режимом печи.
3. Управление распределением газовых потоков в столбе шихтовых материалов.
4. 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.

Для решения всех указанных выше задач в первую очередь необходимо изучить особенности доменной печи как объекта автоматического  управления.