ОАО «ММК». Доменная печь № 9. Регулирование температуры горячего дутья

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 
«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

 

 

 

Кафедра промышленной кибернетики и систем управления

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

по дисциплине	Проектирование автоматизированных систем
на тему:	ОАО «ММК». Доменная печь № 9. Регулирование
	температуры горячего дутья

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: Насекин И.Н. студент 4 курса, группа АМБ-09

 

Руководитель: Мухина Е.Ю., ст.преподаватель каф. ПК и СУ

 

 

 

 

 

 

Работа допущена к защите «_____»______________20___г.     ________________

                                                                                                                  (подпись)

 

Работа защищена «______»___________20____г. с оценкой ___________  _____________

                                                                                                                                   (подпись)

 

 

 

 

 

Магнитогорск, 2013г.

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 
«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

 

 

 

Кафедра промышленной кибернетики и систем управления

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

 

Тема:	ОАО «ММК». Доменная печь № 9. Регулирование
	температуры горячего дутья
Студенту	Насекин И.Н.

 

 

 

 

 

Исходные данные:	получены в доменном цеху ОАО  «ММК» и в результате анализа
научно-технической	литературы и интернет-источников

 

 

 

 

Срок сдачи: «____»__________20___г.

 

Руководитель: _________________   /Е.Ю. Мухина/

                                   (подпись)

 

 

 

 

 

Магнитогорск, 2013г.

 

 

 

РЕФЕРАТ

Тема курсового проекта: «ОАО «ММК». Доменная печь №9. Регулирование температуры горячего дутья».

Объем курсового проекта: количество страниц в пояснительной  записке – двадцать одна, рисунков – два, формул – четырнадцать, использованных источников – шесть, листов графического материала – два.

ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ, ДУТЬЕ, ТЕМПЕРАТУРА, РЕГУЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ.

Объект управления: доменная печь №9. Доменный цех.

Цель работы: создание типового контура регулирования температуры горячего дутья и ознакомление с государственными стандартами оформления технической документации.

Результат работы: спроектирована система автоматического регулирования горячего дутья на базе контроллера Simatic S7–400. Курсовой проект выполнен в соответствии с требованиями государственных стандартов оформления технической документации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

с.

Введение 5

1 Автоматизация доменной печи № 9 в доменном цехе 6

  1.1 Технология выплавки чугуна в доменной печи 6

  1.2 Система управления доменной печи № 9 12

  1.3 Схема автоматизации регулировани температуры горячего дутья

доменной печи № 9 13

2 Принципиальная электрическая  схема контура регулирования температуры

горячего дутья доменной печи № 9 16

Заключение 19

Список использованных источников 20

Ведомость курсового  проекта 21

на отдельных листах, на диске

О.ЭА.220200.62.003.КП.13.С3. ОАО «ММК». Доменный цех. Доменная печь № 9. Регулирование температуры горячего дутья доменной печи. Схема автоматизации (CD-RW:С3 Насекин.dwg)

О.ЭА.220200.62.003.КП.13.Э0. Регулирование температуры горячего дутья доменной печи № 9. Принципиальная электрическая схема (CD-RW:Э0 Насекин.dwg)

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью проектирования является: создание типового контура регулирования температуры горячего дутья доменной печи № 9 и ознакомление с государственными стандартами оформления технической документации. Данную систему регулирования используют в доменном цехе открытого  акционерного общества «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). Она обеспечивает в значительной мере автоматическое поддержание температуры горячего дутья на необходимом уровне, которое влияет на улучшение производительности печи.

Доминирующую роль в  экстрактивной металлургии железа, как и в прошлом веке, сегодня  уверенно сохраняет доменное производство, техника и технология которого непрерывно совершенствуются, качество шихтовых материалов повышается, топливо диверсифицируется и качество его повышается.

Промышленные технологии бездоменной металлургии чугуна пока уступают доменной технологии по масштабам производства, удельному расходу энергоносителей, себестоимости получаемого жидкого чугуна и техническому совершенству используемых агрегатов. Они также не являются альтернативой доменному производству. Выплавка чугуна этими процессами составляет менее 1% в общем его производстве. Таким образом, в ХХI  в. доменные процессы остаются основными агрегатами экстрактивной металлургии железа, их технические характеристики и оснащенность улучшаются, технология доменной плавки и технологии подготовки шихтовых материалов и доменного топлива продолжают совершенствоваться [1].

 

1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ  № 9 В ДОМЕННОМ ЦЕХЕ

1.1 Технология выплавки чугуна в доменной печи

Задачей доменного процесса является восстановление максимального  количества железа из рудного минерала (получение чугуна), удаление пустой пароды, вредных примесей (получение шлака).

Доменная печь представляет собой шахтную печь, т. е. печь с вертикальным рабочим пространством, в котором происходят химические и другие процессы. Ее высота (до 35 м) примерно в 2,5 - 3 раза больше диаметра. Стенки печи выкладывают из огнеупорных материалов – в основном из шамота. Нижнюю часть горна и его основание (лещадь) выполняют из особо огнеупорных материалов – углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на 3/4 высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей до 70 000 м³ в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на том, что поглощаемое тепло используется для парообразования. Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух толщиной до 40 мм. Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть (шахту) сооружают на стальном кольце, опирающемся на колонны. Конструкция доменной печи представлена на рисунке 1. Восстановление железа из сырой руды или агломерата совершается непрерывно в горне доменной печи. Процесс восстановления железа сопровождается обогащением его углеродом, а также восстановлением находящихся в руде примесей кремния, марганца, фосфора, поглощающихся жидким шлаком. Жидкий чугун (удельный вес 6,9) накапливается в нижней части горна, а жидкий шлак (удельный вес 2,5) —на поверхности жидкого чугуна. Шлак выпускается из печи через шлаковую летку 15—18 раз в сутки, в жидкий чугун — через нижерасположенную чугунную летку обычно 5—6 раз в сутки.

1 — засыпной аппарат; 2 — газоотводы; 3 — защитные плиты; 4 — огнеупорная  кладка; 5 — стальной кожух; 6 — кольцевые площадки; 7 — холодильники шахты; 8 — опорное кольцо; 9 — кольцевой воздухопровод; 10 — фурменный рукав; 11 — рабочая площадка; 12 — колонна; 13 — летка для чугуна; 14 — холодильники; 15 — летка для шлака; 16 — ось чугунной летки.

Рисунок 1 – Доменная печь

 

Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы, агломерат, кокс и др.,  загружают сверху при помощи засыпного (загрузочного) аппарата. Навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива (кокса), а также природного газа.

В доменной печи протекают следующие основные процессы.

Восстановление железа. Этот процесс происходит последовательно от высших оксидов к низшим и далее к чистому металлу : Fe₂O₃ – Fe₃O₄ – FeO – Fe. 

Главными восстановителями железа в доменной печи являются оксид углерода и твердый углерод кокса. Оксид углерода образуется при взаимодействии углекислого газа с раскалённым коксом:

 

                                         C + CO₂=2CO.                                                      (1)

 

Восстановление оксидом углерода называется косвенным (непрямым) восстановлением и происходит по реакциям:

 

                        3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q,                                            (2)

                          Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ – Q,                                            (3)

                            FeO + CO = Fe + CO₂ + Q.                                                 (4)

 

Восстановление Fe₂O₃ начинается при сравнительно низких температурах (400 – 5 000 °С) в верхней части шахты печи. По мере опускания рудных материалов повышаются температура и содержание СО в доменных газах; при этом создаются условия для окончательного восстановления железа. Эти процессы заканчиваются в нижней части шахты печи при температурах около 900 – 9 500 °С. 

Значение косвенного восстановления очень велико. В зависимости от условий работы печи оксидом углерода СО восстанавливается 60 - 80% всего железа. Остальная часть железа восстанавливается твердым углеродом. 
Восстановление твердым углеродом называется прямым восстановлением. Оно происходит при температурах выше 950 – 10 000 °С (зона распара печи) по реакции:

 

                               FeO + C = Fe + CO – Q.                                                      (5)

Следует отметить, что  эта реакция отражает лишь конечный результат процесса прямого восстановления, который протекает в две стадии:

 

                             FeO + CO = Fe + CO₂ + Q,                                                   (6)

                                 CO₂ + C = 2CO– Q,                                                           (7)

                               FeO + C = Fe + CO₂ – Q.                                                   (8)

 

Таким образом, при прямом восстановлении расходуется только углерод кокса, хотя реагентом, взаимодействующим с FeO, является оксид углерода СО. Непосредственное восстановление оксидов железа при контакте с углеродом кокса практически не происходит.

Уже в шахте доменной печи при  температурах выше 400 - 5 000 °С наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание за счет оксида углерода СО по реакции:

 

                              3Fe + 2CO = Fe₃ C + CO₂ + Q.                                            (9)

 

 Карбид железа Fe₃С хорошо растворяется в твердом железе и постепенно образуется сплав железа с углеродом. С увеличением содержания углерода температура плавления сплава значительно понижается и достигает минимального значения 11 470 °С при 4,3%. В зонах печи с высокими температурами – обычно в нижней части шахты – начинается плавление сплава. Жидкий сплав – чугун, стекая вниз, омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается. В нем также растворяются восстановленный марганец, кремний, сера и другие примеси. Конечный состав чугуна устанавливается в горне. При этом большое значение имеют состав, свойства и количество шлака.

Восстановление других элементов. В доменную печь с шихтовыми материалами попадают марганец, кремний, сера и другие элементы в виде различных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства. Постоянными полезными примесями чугуна являются марганец и кремний, вредными – сера и фосфор.

Марганец – постоянная примесь железных руд. При выплавке чугунов с повышенным содержанием  марганца в доменную печь загружается  марганцовая руда.  Высшие оксиды марганца восстанавливаются до оксида марганца MnO окисью углерода, аналогично окислам железа: MnO₂ - Mn₂O₃ - Mn₃O₄- MnO. Закись марганца восстанавливается твердым углеродом по реакции:

 

                                    MnO + C = Mn + CO – Q.                                           (10)