Автоматизация ДСП - 180

Содержание

Введение 4

1. Дуговая электросталеплавильная печь как объект автоматического контроля и регулирования 5

2 . Анализ применяемой системы управления 11

3. Описание функциональной схемы автоматического контроля, регулирования и сигнализации дуговой сталеплавильной печи 12

4. Математическое моделирование объекта управления 14

4.1. Статическая характеристика объекта управления 14

4.2. Описание структурной схемы контура регулирования 18

5. Расчет параметров настройки регулятора и получение переходных процессов 19

5.1. Расчет параметров настройки регулятора 19

5.2. Переходные процессы при различных К_р и Т_и 20

5.3. Ручной расчет нескольких точек переходного процесса 27

Заключение 30

Список используемых источников 31

 

Введение

На сегодняшний день создание современных  высокопроизводительных агрегатов  и процессов невозможно без автоматизации. Особую роль автоматизация играет в  черной металлургии, характеризующейся  большой единичной мощностью  агрегатов, высокой степенью интенсификации производства и повышенными требованиями к качеству продукции, существенно  возрастающими по мере совершенствования  производства во всех отраслях промышленности, потребляющих металлопродукцию. Автоматизированные системы управления призваны также  сыграть главную роль в резком увеличении производительности и увеличении условий труда металлургов, существенном повышении качества металлопродукции, создание безотходных и экологически безопасных производств в черной металлургии.

В последние годы существенные результаты были получены в области автоматизации  процессов плавки – разработаны  системы управления дуговых сталеплавильных  печей.

Основная задача автоматизации  дуговой сталеплавильной печи –  получить сталь заданного химического  состава и требуемой температуры, а также максимальную производительность печи

 

1 Дуговая электросталеплавильная  печь как объект автоматического  контроля и регулирования

Дуговая электросталеплавильная печь является мощным трехфазным агрегатом  с соответствующим силовым электрическим  оборудованием. Высокотемпературные  дуги обеспечивают расплавление шихты  и нагрев ванны до нужной температуры. Каждая плавка может быть подразделена на три основных периода:

1. расплавление загруженной в печь твердой шихты;
2. окисление (кипение) жидкой ванны;
3. раскисление ванны (восстановительный период).

Периоды плавки обуславливаются особенностями  протекания физико-химических процессов  и определяют различия задач системы  автоматического контроля.

Управляющими  воздействиями на процесс плавки в дуговой печи являются:

1. электрическая мощность;
2. напряжение питающего тока (длина дуги);
3. состав шихты, количество и состав присадок;
4. расход кислорода на продувку металла;
5. электромагнитное перемешивание ванны;
6. расход воды на панели.

Возмущающие воздействия, прежде всего можно  подразделить на две группы: а) возмущения электрического режима и б) возмущения технологического и теплотехнического  режима.

Возмущения  электрического режима возникают из-за обвалов шихты в период плавления, кипения металла в периоды  с жидкой ванной, обгорания электродов, подъема уровня металла по мере плавления, колебаний сопротивления дугового промежутка, вызванных изменениями  температурных условий в зоне дугового разряда. Возмущения технологического и теплотехнического характера  связаны с нестабильностью состава  шихты, нестационарностью протекания физико-химических реакций в ванне, введением присадок, износом кладки, выбиваниями и подсосом газов  в печь.

К основным задачам автоматизированного  управления процессом плавки в ДСП  можно отнести следующие:

1. Централизованный контроль за ходом технологического процесса с сигнализацией и регистрацией отклонений от заданных параметров.
2. Управление металлургическим процессом:

• расчет оптимального состава шихты, исходя из планируемых заданий и наличия исходных сырьевых материалов;

• управление загрузкой печи в соответствии с рассчитанным составом шихты;
• расчет кислорода, легирующих и шлакообразующих, обеспечивающих получение металла заданного состава и качества и экономию материалов;
• прогнозирование момента окончания технологических периодов с обеспечением заданных значений температуры и химического состава металла.

3. Управление энергетическим режимом, обеспечивающее:

• введение электроэнергии с учетом теплового состояния печи и тепловой энергии, вводимой в печь другими источниками;
• максимальное использование мощности печи;
• минимальные удельные расходы энергоносителей;
• нормальную эксплуатацию электрического и другого печного оборудования.

4. Управление вспомогательными операциями (отбором проб, замером температуры металла и др.).

5. Сбор и обработку информации с выдачей необходимой документации, в том числе учет и регистрацию расходов шихтовых материалов, электроэнергии, кислорода и других энергоносителей, распечатка протоколов плавки.
6. Контроль за работой оборудования с сигнализацией и регистрацией неисправностей и непредвиденных остановок.

Предусматриваемый на ДСП объем  средств автоматического контроля и управления должен обеспечивать поддержание  с требуемой точностью заданных технологией режимов и параметров процесса электроплавки, а также  безопасность эксплуатации агрегата.

Рациональный объем автоматизации  новых и реконструируемых печей  определяется с учетом технологически требований к управлению процессом  выплавки различных марок сталей, развития электросталеплавильного  производства в направлении повышения  удельной мощности трансформаторов, использования  данных о передовом зарубежном опыте  и научных разработок в области  автоматизации процесса электроплавки.

ДСП необходимо оснащать современными быстродействующими регуляторами мощности, обеспечивающими высокие технико-экономические  показатели и имеющими высокую надежность. Автоматический регулятор должен поддерживать заданное соотношение между силой  тока и напряжением дуги в данной фазе печи при наименьших дисперсиях, обеспечить скорость перемещения электрода  не менее 5-6 м/мин. Системы управления весовым дозированием компонентов  металлошихты и дозированием ферросплавов и шлакообразующих материалов должны обеспечить подачу металлошихты в бадью и ферросплавов для загрузки в печь с погрешностью не долее 0.3%.

Система управления электрической  мощностью должна обеспечить программное  изменение мощности и ступени  напряжения трансформатора в соответствии с заданным электрическим режимом  плавки, поддержание заданной мощности трех фаз с погрешностью не более 2.0% и заданного температурного графика  металла по ходу плавки с отклонениями, не превышающими 15 °С. Система управления химическим составом металла должна обеспечить получение заданного состава стали в соответствии с требованиями ГОСТ или ТУ.

Группа печей емкостью 50-200 т  должна оснащаться АСУ ТП плавки с  использованием УВМ (рисунок 1.1).

АСУ ТП выплавки стали в ДСП выполняет  следующие функции:

1. расчет шихты, кислорода, легирующих и шлакообразующих материалов;
2. расчет параметров электрического режима;
3. выдачу и коррекцию заданий локальным системам управления;
4. регистрацию и сигнализацию отклонения текущих параметров от заданных значений, регистрацию неисправностей оборудования и нарушений технологического режима;
5. централизованный контроль основных технико-экономических показателей работы печи;
6. выдачу информации на печь;
7. выдачу оперативной технологической информации оператору.

 

Автоматизация дуговых сталеплавильных  печей в рациональном объеме должна обеспечить:

1. увеличение производительности электропечей на 3-5%, сокращение расхода электроэнергии на 2-4%, повышение стойкости футеровки на 5-8% за счет оптимизации энергетического режима плавки и повышения точности поддержания заданного режима;
2. снижение затрат на металлошихту, легирующие и шлакообразующие материалы на 1-2% за счет рационального их использования;
3. снижение себестоимости выплавляемого металла не менее, чем на 1.5%.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 -  Рациональный объем автоматизации ДСП.

1 — устройство для измерения расхода активной энергии; 2 — устройство для измерения среднеквадратичных токов; 3 — устройства для измерения расхода, температуры и состава отходящих газов; 4 — устройство для измерения положения кислородной фурмы; 5 — устройство для определения состава стали и шлака; 6 — устройство дли измерения расхода газа и кислорода на горелки; 7 — устройство для измерения температуры футеровки; 8 — устройство для измерения температуры металла в ванне печи; 9 — устройства для измерения расхода, давления и температуры воды; 10 - устройство для измерения положения электродов; 11 — устройство для измерения расхода реактивной энергии; 12 — устройство для измерения коэффициента мощности; 13 — устройства для измерения активной и реактивной мощности; 14 — устройства для измерения расхода, давления и количества кислорода; 15 — устройство для взвешивания ферросплавов; 16 — устройство для измерения перепада температур воды на входе и выходе охлаждаемых элементов; 17 — устройство для измерения давления и расхода газа; 18 — устройство для взвешивания металлизованных окатышей; 19 — весы для взвешивания скрапа; 20 — устройство для взвешивания шлакообразующих и заправочных материалов; 21 — устройство для взвешивания жидкого металла в ковше; 22 — система автоматического управления (САУ) электрическим режимом; 23 — регулятор мощности; 24 — САУ весовым дозированием металлизованных окатышей; 25 — САУ весовым дозированном ферросплавов и шлакообразующих; 26 — САУ продувкой ванны кислородом; 27 — система регулирования давления газов под сводом печи; 28 — САУ весовым дотированием компонентов металлошихты; 29 — САУ химическим составом металла и шлака; 30 — система измерения времени плавки и технологических интервалов; 31 — система сбора и обработки информации; 32 — УВМ.

 

В последние годы производство электростали характеризуется увеличением емкости  печей, повышением мощности печных трансформаторов, совершенствованием технологии и методов  управления рабочим процессом, причем для управления процессом электроплавки  все шире применяют автоматизированные системы управления технологическим  процессом (АСУ ТП) с применением  электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Эти системы выполняют следующие  функции:

1. расчет оптимального состава шихты, исходя из планируемых заданий и наличия исходных сырьевых материалов;
2. расчет количества электроэнергии, кислорода, воды, легирующих и шлакообразующих материалов;
3. выбор оптимального режима процесса плавки и выдача управляющих сигналов в локальные системы автоматического управления;
4. контроль запасов лома, легирующих отходов, ферросплавов и других материалов;
5. выдача оперативной технологической информации оператору печи и на печать;
6. контроль за работой оборудования, сигнализацию и регистрацию неисправностей;
7. автоматизированный централизованный контроль основных технико-экономических показателей работы печи.

В состав АСУ ТП выплавки стали  в ДСП входят локальные системы  управления электрической мощностью, продувкой ванны кислородом, давлением  под сводом печи, дозированием шихты  и легирующих материалов, присаживаемых  в печь. АСУ ТП снабжена устройствами контроля массы металлошихты, ферросплавов, жидкого металла; электрических  и теплотехнических параметров (мощности, расхода электроэнергии, тока и напряжения печи, расхода и давления кислорода  и др.); физико-химических параметров процесса плавки; температуры металла  и футеровки печи и контроля состояния  и работы оборудования.

Информация о виде и массе  шихты поступает в ЭВМ УВК  и хранится в памяти машины, которая  рассчитывает основные компоненты шихты. Задание на загрузку корзины металлошихтой  по видам и массе вводится в  САУ взвешиванием металлической  шихты мастером с пульта или от УВК. После окончания загрузки всех компонентов шихты в корзину  ЭВМ УВК сообщает мастеру печи о готовности корзины с шихтой. Затем тележка подается в печное отделение для выгрузки в печь.

В ЭВМ УВК хранится программа  всех марок сталей, выплавляемых в  ЭСПЦ. Перед началом плавки ЭВМ  находит в базе данных выбранную  марку стали и выдает общую  программу её выплавки.

ЭВМ рассчитывает количество электроэнергии, необходимой для расплавления шихты, с учетом экзотермических реакций  при вдувании в печь кислорода  и тепловых и электрических потерь печи, рассчитывает и выдает в САУ  электрическим режимом оптимальные  параметры энергетического режима.

Начинается плавление металлической  шихты. Система измерения положения  электродов определяет моменты начала технологических интервалов периода  плавления шихты и передает эту  информацию в ЭВМ, которая через  САУ электрического режима ЭР изменяет ступень печного трансформатора Т устанавливает оптимальную величину тока дуги.