Цеха металлургического комбината им. Ильича

В методических печах шагающего типа при одностороннем нагреве заготовки лежат на футерованных шагающих балках (печи с шагающим подом), а при двустороннем нагреве - на шагающих балках из водо-охлаждаемых труб (печи с шагающими балками). Используют также сочетание одностороннего и двухстороннего нагрева в так называемых комбинированных печах с шагающим подом и шагающими балками. В печах шагающего типа заготовки с сечением, близким к квадратному, укладывают с зазорами. Обычно отношение ширины зазора к ширине заготовки принимают равным 2-3, учитывая возможную кривизну заготовок. В результате при транспортировании заготовки не соприкасаются друг с другом и не скользят по подине, поэтому их поверхность не повреждается, а первоначально образовавшийся слой окалины не осыпается и защищает металл от дальнейшего окисления и обезуглероживания. Загрузка и выдача заготовок в этих печах независимы, и, следовательно, печи можно легко освобождать от заготовок для ремонта, а также выводить заготовки из зоны высоких температур при нерегламентированных остановках печи или стана. Укладка заготовок с раздвижкой повышает интенсивность и равномерность их нагрева. Печи шагающего типа не имеют ограничений по длине и ширине, т.е. по производительности.

В толкательных печах загрузку заготовок с рольганга загрузки осуществляют толкателем, а выдачу производят или по наклонным направляющим брусьям, так называемым склизам, или специальной машиной безударной выдачи. В толкательных печах при транспортировании заготовок шириной менее 120-150 мм трудно обеспечить строго поштучное сталкивание заготовок на рольганг выдачи, поэтому применяют боковую выдачу заготовок с помощью выталкивателя. Для мелкосортной квадратной заготовки сечением до 100-120 мм и длиной 9-12 м в толкательных печах применяют наклонный под, боковую загрузку и боковую выдачу с помощью выталкивателя или специальной машины выдачи.

В печах шагающего типа торцевую загрузку осуществляют клинкен-шлеппером, сталкивателем, непосредственно шагающими балками или специальной машиной загрузки. Торцевая выдача осуществляется непосредственно шагающими балками или специальной машиной выдачи.

Боковую загрузку и выдачу в печах шагающего типа производят по внутрипечным консольным рольгангам. С рольганга загрузки заготовки снимают непосредственно шагающими балками или сталкивателем, а на рольганг выдачи подают также шагающими балками или специальной машиной выдачи.

6.5 Задачи управления методической печью

6.5.1 Температура металла

Важнейшим параметром, характеризующим режим нагрева, является температура металла. Существенной является не только температура поверхности заготовки, но и её распределение по толщине. Однако непрерывный замер этого распределения для всех нагреваемых заготовок в процессе нормальной эксплуатации печи невозможен, поэтому в системах и алгоритмах управления, а также системах защиты используют в качестве измеряемого параметра только температуру поверхности. Температуру внутри заготовки определяют путём расчётов в использованием уравнений внутренней теплопередачи; и лишь периодически, для контрольных заготовок, измеряют с помощью специальных термопар.

Наиболее простой задачей является предотвращение оплавления заготовки. В этом случае под температурой металла понимают температуру поверхности заготовки вне зависимости от того, покрыта она окалиной или нет.Здесь достаточно одного датчика, установленного ближе к выходу последней по ходу металла сварочной зоны. Точность датчика не имеет значения. Достаточно один раз определить показания, при которых начинается оплавление поверхности заготовки, и установить системе защиты несколько меньшее задание.

Более сложной задачей является измерение температуры металла в методической зоне с целью использования полученной информации для управления температурным режимом всей печи при изменениях её производительности. В этом случае под температурой металла понимают температуру поверхности заготовки, измеренную в строго определённом месте печи, для которого выдерживается однозначная и линейная зависимость производительности печи от измеренной температуры.

Ещё более сложная задача возникает при переходе от систем регулирования температуры печного пространства к системе регулирования непосредственно температуры металла в процессе его нагрева. Такой переход целесообразен, так как связь между температурой металла и печного пространства не является однозначной, а непрерывно видоизменяется в зависимости от режима работы печи, сортамента и координаты нагреваемой заготовки, что приводит к значительному разбросу температур металла на выдаче из-за несвоевременного или неправильного изменения задания регуляторам температуры в зонах.

6.5.2 Температура рабочего пространства

Основным направленно изменяемым параметром при управлении нагревом металла является температура рабочего пространства. Именно она в первую очередь определяет теплоотдачу металлу, распределение температур в его массе, интенсивность окалинообразования, износ конструкций печи и другие важнейшие параметры, характеризующие процесс тепловой обработки металла и работу агрегата. Измеренная температура является главным источником информации о тепловом состоянии отдельных зон и всей печи в целом. На основе этой информации составляют инструкции по нагреву, выполняют тепловой расчет зон, рассчитывают нагрев металла, задают температурный профиль печи, осуществляют управление тепловым и температурным режимами. Достоверность результатов решения перечисленных задач в первую очередь зависит от того, какая величина принята в качестве температуры рабочего пространства, где и как она измерена.

Задачей локальной системы является обеспечение заданной температуры рабочего пространства в зоне отопления путём соответствующего изменения ее тепловой нагрузки.

Изменение тепловой нагрузки зон, оборудованных инжекционными горелками, осуществляется путём изменения расхода топлива при воздействии на общую поворотную заслонку на зональном газопроводе. Соответствующее изменение расхода воздуха горения достигается автоматически изменением режима работы горелок.

Для зон, оборудованных дутьевыми горелками, изменение тепловой нагрузки может быть осуществлено либо изменением расхода топлива с последующим изменением расхода воздуха, либо изменением расхода воздуха с последующим изменением расхода топлива. Второй способ имеет то преимущество, что при недостатке воздуха горения исключается возможность подачи в зону излишнего количества топлива, полное сгорание которого может произойти в следующей зоне или рекуператоре. Как недостаток этого способа часто указывают на дальнейшее увеличение, в первый момент регулирования, отклонения температуры от заданного значения. Однако значительная инерционность датчиков температуры рабочего пространства не дает проявляться этому недостатку. Гораздо более сильное влияние оказывают люфты в сочленениях исполнительных механизмов с поворотными заслонками на зональных воздухопроводах, приводящие к снижению запаса устойчивости системы регулирования.

Кроме того, при высокой температуре воздуха заслонки часто заклинивает, поэтому наибольшее распространение на методических печах получили системы, реализующие первый способ - в котором ведущим является топливо. Такие системы позволяют обеспечить с приемлемой точностью поддержание заданной температуры рабочего пространства даже при выходе из строя заслонок на воздухопроводах. Возникающие при этом нарушения в работе систем регулирования соотношения топливо - воздух не препятствуют регулированию температуры.

Качество работы системы зависит от того, насколько правильно выбраны точка контроля, способ установки датчика, тип и настройка регулятора, а также регулирующий орган.

Тип регулятора и его настройки выбирают в соответствии с динамическими свойствами зоны, которую с достаточной степенью точности можно рассматривать как последовательное соединение звена чистого запаздывания и статического звена первого порядка.

Требуемый температурный режим в методической печи зависит от скорости продвижения металла. В связи с этим были созданы каскадные системы автоматического управления температурным режимом методических печей. Каждая такая система включает локальные САР температуры в зонах отопления и управляющее устройство, которое определяет скорость продвижения металла и при ее изменении автоматически изменяет задания локальным регуляторам температуры таким образом, чтобы обеспечить требуемый нагрев металла в каждой зоне. Эти системы различаются главным образом тем, какой параметр использован в них в качестве меры скорости продвижения металла или темпа прокатки.

Импульсом является температура поверхности металла, измеряемая радиационным пирометром примерно в середине методической зоны. Между этой температурой и скоростью продвижения металла также существует обратная зависимость, которая более устойчива.

6.5.3 Давление в рабочем пространстве печи

Давление в рабочем пространстве методических печей существенно влияет на их тепловую работу. Оно определяет при прочих равных условиях интенсивность нагрева металла, удельный расход топлива, величину угара и окалинообразования, удобство обслуживания и сохранность агрегата.

Излишне высокое давление ведёт к выбиванию из печи продуктов сгорания, что наряду с ростом тепловых потерь вызывает ускоренный износ внешних конструкций, затрудняет визуальный контроль и обслуживание, загрязняет атмосферу цеха.

Слишком низкое давление обусловливает подсос в печь через рабочие окна и различные неплотности в кладке холодного воздуха, что ведёт к ухудшению использования топлива, увеличению угара и окалинообразования и затрудняет управление процессом горения. Особенно опасен подсос воздуха через окно выдачи, вызывающий неравномерное охлаждение ближайшей заготовки и подстуживание подины. При длительной паузе в работе стана эта заготовка уже не может быть направлена в прокатку, а возвращается на склад.

Наиболее благоприятным в смысле обеспечения наилучшей тепловой работы печи и удобства её обслуживания является небольшое положительное давление во всём рабочем пространстве.

В зависимости от принятой схемы изменение тяги реализуют путём воздействия на положение поворотного клапана в дымовом борове, или на производительность дымососа, или на режим работы вытяжной трубы.

6.5.4 Управление сжиганием топлива

Задачей этих систем является обеспечение экономичного сжигания топлива, достижение наилучших условий теплообмена факела с металлом и кладкой и поддержание в печи газовой атмосферы определённого состава. Указанные задачи решаются путём направленного изменения соотношения топливо - воздух (Со), автоматическая стабилизация которого позволяет улучшить качество нагрева металла, уменьшить удельный расход топлива, угар и окалинообразование.

В печах с инжекционными горелками происходит саморегулирование Со, требуемое значение которого устанавливают, изменяя при наладке положение воздушных клапанов перед горелками. Если при полностью открытых клапанах воздуха все же недостаточно, то уменьшают размеры газовых сопел или переходят на сжигание газа с пониженной теплотой сгорания.

В печах с дутьевыми горелками регулирование осуществляется путём принудительного изменения расхода или Со (схемы с ведущим топливом). Гораздо реже встречаются системы с ведущим воздухом. Поддержание заданного значения Со обеспечивают локальные системы регулирования, использующие в качестве входной информации непрерывно измеряемые расходы топлива и воздуха. Величину Со устанавливают с помощью выносного задатчика, отградуированного либо непосредственно в единицах Со, либо в единицах коэффициента расхода воздуха, определяемого как отношение измеренного расхода воздуха к теоретическому, необходимому для полного сжигания измеренного расхода топлива.

Динамика объекта регулирования, которым в данном случае является участок трубопровода между диафрагмой и регулирующим органом, аппроксимируемый с достаточной степенью точности звеном чистого запаздывания и апериодическим звеном первого порядка. В таких условиях удовлетворительное качество регулирования достигается при использовании ПИ-регуляторов со сниженным коэффициентом передачи пропорциональной части или при использовании чистых И-регуляторов.

Качественное регулирование заданного значения Со по измеренным расходам даже при достаточно больших тепловых нагрузках ещё не гарантирует экономического сжигания топлива о постоянства состава продуктов сгорания внутри печи.

Достаточно точно о составе атмосферы печи (полноте сжигания топлива) можно судить по результатам анализа продуктов сгорания, отбираемых в конце печи, или для печей большой мощности в конце каждой зоны. По найденному содержанию О2, CO, H2, CH4 и N2 может быть рассчитан действительный коэффициент расхода воздуха. Разность между заданным и рассчитанным значениями будет корректирующим сигналом регулятору Со.

6.6 Общая структура автоматизированной системы управления технологическими процессами участка методических печей стана 3000

АСУТП предназначается для управления процессами транспортирования и нагрева металла на участке, имеющем в своем составе склад слябов, район загрузки, четыре семизонные методические печи с шагающими балками и район разгрузки. При управлении должны обеспечиваться необходимые по условиям прокатки значения температуры поверхности металла и перепада температур по сечению заготовки на выходе из печи при согласовании темпа нагрева заготовок с ритмом работы прокатного стана и минимальных затратах на передел.

АСУТП участка печей должна быть измерительным и информационно-управляющим комплексом, состоящим из материальной и структурно-алгоритмической частей, включающим в себя в качестве звена управления человека, который может выполнять различные функции контроля и обслуживания системы и объекта.

АСУТП состоит из двух уровней.

В нижний уровень входят локальные подсистемы, осуществляющие сбор первичной информации, управление технологическим оборудованием, регулирование и дистанционное управление технологическими параметрами процесса нагрева.

Верхний уровень содержит подсистемы, работающие по алгоритмам, основанным на методах оптимального управления, и реализуется на базе УВК (СМ-2).

В состав АСУТП участка методических печей входят:

локальная подсистема слежения за положением металла на участке печей;

локальная подсистема управления транспортированием заготовок;

локальные подсистемы стабилизации параметров теплового режима каждой печи с локальной подсистемой гарантированного нагрева;

информационная подсистема;

подсистема оптимального управления тепловым режимом; подсистема адаптации;

подсистема оценки качества работы АСУТП и диагностики оборудования;

подсистема связи с ИАСУ цеха.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Воскобойников В. Г. Общая металлургия./Воскобойников В. Г., Кудрин В.А., Якушев А. М. - М.: Металлургия. - 1985. - 480с.

Шевцов Є. К. Вступ до фаху. Автоматизація технологічних процесів і виробнцтв./Шевцов Є. К., Гулаков С. В., Сімкін О. І. - Маріуполь: Видавництво ПДТУ. - 2004. - 287с.

Строганов А. И. Производство стали и ферросплавов./Строганов А. И., Рысс М. А. - М: Металлургия. - 1979. - 504с.

Бурдаков Д. Д. Металлургия черных металлов./Бурдаков Д. Д., Цукерник З. Г. - Свердловск: Металлургиздат. - 1961. - 438с.

Г.М. Глинков, В.А. Маковский. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. М; Металлургия, 1986, -352 с

Размещено на Allbest.ru