Разработать систему управления расходом природного газа по фурмам доменной печи

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  им. Г.И. НОСОВА»

 

                                             Институт – Энергетики и автоматики                                          .

                                             Кафедра – Промышленной кибернетики и систем управления                 .

                                             Специальность – 220301 «Автоматизация                                  .

                                                                           технологических процессов и производств».

 

                                                                      

                                                                          

                                                                                            

                                                                                          

         КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу КТС

 

Студента Мустаева Романа Линаровича                                                                                  .

(фамилия, имя, отчество)

 

На тему: Разработать систему управления расходом природного газа по фурмам доменной         .

 печи.                                                                                                                               .

. (полное наименование темы, в соответствии с приказом по университету)

                                                    

.

 

Состав курсового проекта:

1. Расчетно-пояснительная записка на    18  .страницах
2. Графическая часть на     2    .листах

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Руководитель курсового  проекта: доцент Москвин Владимир Михайлович                        .                                                                    .            (подпись)

.

                                                                                                                                                      

                                                     

                                                         Студент                                            .

                                                                                                        (подпись)

 

                                                          «        »                                  2012г.

 

 

 

 

Содержание

Введение 2

1 Технология  доменного производства 3

2 Структурная  схема контура регулировании 9

3 Функциональная  схема автоматизации контура  управления 9

4 Электрическая  схема контура управления сжиганием  топлива 12

5 Управляющая  программа микропроцессорного контроллера  Р-130 для реализации алгоритма  управления процессом сжигания  топлива 14

5.1 Порядок  программирования и настройки  алгоритмов контроллера 15

Заключение 17

Список использованных источников 18

 

Введение

 

 

В металлургическом производстве, доменная печь по-прежнему остаётся одним из основных металлургических агрегатов. Характерной особенностью её дальнейшего развития в последние годы является повышение производительности за счёт совершенствования технологии.

Доменный процесс представляет собой совокупность механических и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы (кокс, железосодержащие компоненты и добавки) в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ.

Экономическая цель доменного процесса заключается в получении максимального количества чугуна, характеризующегося определённой температурой в момент выпуска из печи и заданным химическим составом, причём расход топлива при этом должен быть минимальным, а стойкость элементов конструкции печи как можно более высокой. Отсюда непосредственно вытекает общая задача управления, которую можно выполнить, определив исходные параметры, обеспечивающие протекание процесса наиболее эффективно без нарушений, а затем поддерживать эти параметры на необходимом уровне.

В данном курсовом проекте ставится задача разработать систему управления расходом природного газа по фурмам доменной печи на базе микропроцессорного контроллера Ремиконт – Р-130

 

 

 

1 Технология доменного производства

 

Доменное производство является первым металлургическим переделом  и в значительной мере предопределяет темпы роста чёрной металлургии  и эффективность металлургических переделов.

Доменный цех является одним из основных цехов металлургического  комбината. Выплавкой чугуна в доменных печах начинается металлургический цикл, поэтому малейшие перебои в  работе доменного цеха отражаются не только на производстве сталеплавильных  цехов, но и на работе всего металлургического  комбината.

Современный доменный цех  состоит из комплекса отдельных  агрегатов, предназначенных для  подготовки и подачи шихты и дутья  в доменные печи, выплавки чугуна и  уборки продуктов плавки. Кроме доменных печей, в состав цеха входят склады сырых материалов, устройства для  подачи шихты к доменным печам, воздухонагреватели, средства для уборки чугуна и шлака, система газоочистки. Доменный цех  обслуживают кислородная и воздуходувная  станции, представляющие собой самостоятельные  подразделения. Для охлаждения печи и очистки газа в больших количествах  расходуют воду, поэтому доменный цех также снабжён насосными  станциями, подающими воду из водоёмов при помощи центробежных насосов  с электрическим приводом.

Доменная печь – это  агрегат шахтного типа, на большую  часть своей высоты заполненный  газопроницаемыми перерабатываемыми  материалами.

Доменная печь – агрегат, в котором из кусковых железорудных материалов получают жидкий металл –  чугун. Кроме чугуна, продуктами доменной плавки являются шлак, колошниковая пыль и газ. Доменное производство является безотходным. Чугун перерабатывается в сталеплавильных агрегатах  в сталь. Жидкий шлак перерабатывается в гранулированный, пемзу, щебень, шлаковату  и другие материалы. Колошниковая пыль утилизируется в шихте агломерата и частично поступает на предприятия  по производству цемента. Колошниковый или доменный газ полностью улавливается, очищается и используется как  топливо для воздухонагревателей, коксовых и металлургических печей, а также сжигается в горнах агломерационных машин, поэтому  доменные печи являются мощными энергетическими  агрегатами, так как производят большое  количество колошникового газа, который  играет важную роль в общем энергетическом балансе металлургического комбината. Чтобы избежать потери этого газа и предупредить попадание его  в атмосферу (так, как он вызывает отравление), доменную печь делают закрытой, а материалы в нее попадают при помощи специального аппарата, состоящего из воронок и двух конусов.

Очертание рабочего пространства доменной печи в вертикальном осевом сечении, ограниченного огнеупорной  кладкой, называется его профилем. Профиль  состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна.

Колошник – верхняя  цилиндрическая часть рабочего пространства печи, предназначен для распределения  загружаемых материалов по сечению  и для регулирования с помощью  параметров загрузки встречного газового потока.

Шахта, имеющая коническую форму, обеспечивает равномерное опускание  шихтовых материалов, их необходимое  разрыхление и перемещение начинающихся плавится масс от стен в её нижней части.

Распар увеличивает объём  печи и способствует плавному опусканию  материалов в её нижней части.

Заплечики имеют обратную конусность, что соответствует уменьшению объёма проплавляемых в печи материалов в результате образования расплава шлака и чугуна.

Горн, нижняя цилиндрическая часть печи, делится на верхний  и нижний, соответственно их назначению – на фурменную часть и металлоприёмник. Здесь происходят основные высокотемпературные процессы доменной плавки: горение кокса и топливных добавок, подаваемых через фурмы, взаимодействие между жидкими фазами, газом и топливом, накопление чугуна и шлака, периодически выпускаемых из печи.

Разрез доменной печи изображен на рисунке 1. Расстояние от оси чугунной летки до уровня опускания нижнего конуса засыпного аппарата при загрузке сырых материалов называется полезной высотой, а рабочий объем, соответствующий этой высоте, − полезным объемом доменной печи.

Все основные элементы (колошник, шахта и т.п.) доменной печи зависят  от ее полезной высоты, и их размеры  не могут быть выбраны произвольно. Между размерами основных элементов  также существует взаимосвязь. Размер шахты должен быть таким, чтобы обеспечить необходимую подготовку материалов к образованию чугуна и шлака, а горн – вмещать образующиеся жидкие продукты плавки, скапливающиеся в перерывах между выпусками.

Современная доменная печь является высокопроизводительным агрегатом. Одним из показателей ее работы является коэффициент использования полезного  объема (КИПО) доменной печи, под которым  понимают отношение ее полезного  объема, выраженного в кубических метрах, к суточной производительности, подсчитанной в тоннах. Чем меньше величина КИПО, тем лучше работает печь.

Период времени от задувки  до выдачи чугуна называется компанией  доменной печи. В течение неё необходимо получить максимальное количество чугуна при хороших технико-экономических  показателях. Поэтому для каждой доменной печи подбирается технологический  режим работы.

Технологический режим –  это ряд параметров доменной плавки, выработанный в процессе продолжительных  производственных исканий. Этот режим  должен обеспечить ровную, высокопроизводительную и экономичную работу доменной печи по выплавке чугуна заданного состава.

1 – чугунная летка, 2 –  горн, 3 – заплечики, 4 – распар, 5 – шахта, 6 – колошник, 7 – засыпной  аппарат  8 – горизонт образования  чугуна, 9 – горизонт образования  шлака, 10 – зоны горения кокса, 11 – слой шлака, 12 – шлаковая  летка, 13 – слой чугуна

Рисунок 1 - Разрез доменной печи

Доменный процесс –  сложная совокупность разнообразных  физико-механических и аэродинамических явлений, который заключается в  удалении кислорода из оксидов железа, содержащихся в агломерате, окатышах и железной руде, с последующим  образованием чугуна – сплава железа с углеродом. Этот сложный физико-химический процесс протекает последовательно  по высоте доменной печи, в условиях встречного движения и взаимодействия двух потоков: нисходящего потока загружаемых  сверху печи шихтовых материалов, кокса  и восходящего потока газов. Скорости потоков существенно отличаются друг от друга: материалы проходят через  доменную печь за 6–8 ч, газовый поток  за 3–4 с.

Доменный процесс является непрерывным металлургическим процессом, для осуществления которого с  определёнными взаимно согласованными расходами в рабочее пространство печи подаётся через фурмы горячее  дутьё, обогащенное кислородом и  природный газ, а через колошник шихтовые материалы. Рудная часть шихты  состоит из агломерата или окатышей, шихтовых добавок (железная и марганцевая  руды), металлодобавок, флюса, в качестве которого используется известняк, а  в качестве топлива используется кокс.

При загрузке шихты в доменной печи создаются чередующиеся слои кокса  и железорудных материалов с флюсом, толщина которых составляет от 0,5 до 1,0 м. При этом с увеличением  поперечных размеров печи наблюдается  тенденция к увеличению толщины  слоёв. Слоистая структура шихты  сохраняется в печи вплоть до зоны плавления.

Загружаемые материалы по скиповому подъёмнику или доменному  конвейеру попадают в верхнюю  воронку и располагаются на верхнем (малом) конусе. При этом порядок  распределения материалов на конусе может быть разным: агломерат внизу  − кокс сверху, кокс внизу − агломерат  сверху. Поскольку подача материалов в печь односторонняя (скипы или  конвейер подходят на колошник только с одной стороны), в воронке  малого конуса материалы располагаются  неравномерно по высоте, образуя односторонний  откос, в результате сопротивление  проходу газов по сечению шахты  печи будет неравномерным, что приведет к нарушению нормального хода печи. Для создания равномерного сопротивления  проходу газов по окружности колошника  применяются вращающиеся распределители шихты, в которые входят вращающиеся  воронки и малые конуса. После  загрузки шихты воронка поворачивается вместе с малым конусом на заданный угол поворота  и останавливается. После этого малый конус опускается, и материал высыпается на большой  конус. Соответствующие меры по распределению  шихты по радиусу и периметру  колошника применяются и при  бесконусных методах загрузки шихты, например с помощью аппаратов лоткового типа.