Как видно по графику переходного процесса (рис. 3.12), время регулирования составило 80 с (1 мин. 20 с.).

Бесфлюсовая плавка

В начальный момент времени, до подачи возмущения печь работала в установившемся режиме. Мощность двухэлектродной системы была равна заданной (15 МВт), напряжение на электродах 487 В, заглубление электродов в расплав 420,5 мм. При подаче на вход единичного возмущения (1,5 МВт) электроды начинают перемещаться, изменяя силу тока, протекающего через расплав и тем самым компенсируя возмущение. График перемещения электродов приведен на рис. 3.13, переходный процесс показан на рис. 3.14.

График перемещения электродов при подаче на вход единичного ступенчатого возмущения (бесфлюсовая плавка)



Переходный процесс

При подаче возмущения электроды стали подниматься для повышения сопротивления между ними, мощность, соответственно, стала падать. Величина заглубления электродов изменилась с 420,5 мм до 329 мм. Мощность достигла заданного значения (15 МВт). В процессе регулирования переключения ступеней напряжения электропечного трансформаторного агрегата не потребовалось, так как электроды не достигали ни верхнего (300 мм), ни нижнего (700 мм) ограничителей движения. График изменения величины заглубления электродов показан на рис. 3.13.

Как видно по графику переходного процесса (рис. 3.14), время регулирования составило 75 с (1 мин. 15 с).

4. Электротехническая часть

Электропечное отделение плавильного цеха горно-металлургического комбината

Задание: Произвести расчет электронагрузок, выбрав тип, мощность и количество цеховых трансформаторных и главных подстанций, выбрать и рассчитать сеть. Выбрать тип и мощность компенсирующих устройств.

Представить однолинейную схему электроснабжения с указанием типов электрооборудования, таблицы расчетов и краткие пояснения.

Расчет производиться для электропечного отделения плавильного цеха ГМК «Печенганикель» (п. Никель, Мурманской области).

Питание электроприемников электропечного отделения осуществляется от главной понижающей подстанции завода. Завод получает электроэнергию от системы «Колэнерго». Для питания электроприемников используются следующие напряжения:

~U=6000, 380 В-питание силового оборудования;

~U=220 В-приборы и освещение;

~U=24 В-аварийное освещение.

Подвод электрической энергии осуществляется через защитную и пусковую аппаратуру. В качестве такой аппаратуры используются: автоматические выключатели, рубильники, магнитные пускатели, контакторы.

Таблица 4.1. Установленные мощности электроприемников Р_н, их напряжения U_н и расстояния от питающих подстанций L

№ п/п	Наименование электроприемников	Кол-во	Рн, КВт	Uн, кВ	L, М	Тип двигателя
1	Воздуходувка	5	250	6	120	СД
2	Руднотермическая печь	3	40103	35	600
3	Вентилятор	20	12	0,4	80-120	АД
4	Освещение Fц=18866 м2
5	Кран мостовой	5	220+12+27 ПВ=60%	0,4	200	Конт.
6	Транспортер	12	30	0,4	100-120	АД
7	Насос	10	100	0,4	40-100	АД

Согласно паспорту печи РТП ее питание осуществляется от трех однофазных трансформаторов ЭОЦН-21000/25 мощностью по 15000 кВА и напряжением 35/0,6 кВ.

1. Расчетный ток нагрузки принимается равным первичному току трансформатора [9]:

I_н=А.

Питание каждой установки осуществляется по токопроводу, выполненному прямоугольными шинами из алюминия 10010 мм.

Для повышения коэффициента мощности и разгрузки токопровода применяется конденсаторная установка.

Полагая коэффициент мощности печи (вместе с трансформатором) равным cos₁=0,95 [9] определяем необходимую мощность компенсирующей установки при cos₂=0,98 [9]:

Q=P(tg₁-tg₂)=3150,95(0,33-0,2)=5,6 Мвар.

Установка собирается из конденсаторов напряжением 6 кВ путем их последовательного и параллельного включения и изолируется от земли.

Ограничение токов короткого замыкания достигается реакторами РОЦ-400/35, включенными последовательно с печными трансформаторами.

Оперативное управление печной установкой осуществляется масляным выключателем РВЗ-35/1000.

2. Электронагрузки, создаваемые вспомогательными электроприемниками, определяются методом коэффициента спроса:

Р_р=Р_уст nk_с;

Q_р=Р_рtg,

где k_с и tg принимаются по справочным данным.

3. Мощность приемников повторно-кратковременного режима приводится к мощности длительного режима:

Р_уст=Р_н,

где Р_н - номинальная мощность в повторно-кратковременном режиме;

ПВ - продолжительность включения в долях.

4. Для многодвигательных электроприемников (кранов) установленная мощность принимается равной сумме мощностей двух наиболее мощных двигателей. Мощность спаренных двигателей принимается за общую мощность.

Р_уст= (220+12+27)=41,8 кВт.

Мощность, потребляемая для освещения, определяется по суммарной площади цеха F_ц и удельной мощности Р_уд:

Р_осв=F_цР_уд=188661610^-3=302 кВт.

Мощности нагрузок приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Результаты определения нагрузок

№	Электроприемник	кол-во n, шт.	Рн, кВт	соs/tg	kc	Расчетные
						Рр, кВт	Qр, Квар	S, кВА
1	Воздуходувка	5	250	0,75/-0,88	0,75	938	-825
Всего нагрузки на напряжении 6 кВ	938	-825	1249
2	Вентилятор	20	12	0,7/1,0	0,8	198	192
3	Освещение	-	302	1/0	1	302	0
4	Кран мостовой	5	41,8	0,5/1,73	0,4	84	145
5	Транспортер	12	30	0,75/0,88	0,9	324	285
6	Насос	10	100	0,7/1,0	0,7	700	700
Всего нагрузки на напряжении 380 В	1608	1322	2082
Неучтенные нагрузки 3%	48	40
Расчетная нагрузка на низком напряжении	1656	1362	2144
Расчетная нагрузка на низком напряжении с учетом потерь в ней	1689	1403	2196

Потери в сети низкого напряжения:

Р_с=0,02Р_р=0,021656=33 кВт;

Q_р=0,03Qр=0,031362=41 квар.

Расчетная мощность трансформаторов:

S_нн===2196 кВА.

Номинальная мощность трансформаторов:

S_тр===1501 кВА,

где: k_n - коэффициент допустимой послеаварийной перегрузки k_n=1,4 [9];

n - число трансформаторов на подстанции, принимаемое n=2, так как электроприемники принадлежат ко 2 и 1 категориям по бесперебойности электроснабжения.

Принимаем комплектную трансформаторную подстанцию КТП-М-1600/6 c двумя трансформаторами S_н=21600 кВА.

Коэффициент мощности на высоком напряжении:

сos_вн===0,98.

Установка компенсирующего устройства не требуется, т.к. ₁₂.

Питание технологических приемников осуществляется по радиальным кабельным линиям, освещение - по магистральным линиям.

Типы кабелей, их сечения и способы прокладки указаны в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Типы кабелей, их сечение и способы прокладки

№	Наименование	Iр/Iн, А	Марка кабеля	Напряжение, U, кВ	Наибольшая длина, l, м	По нагреву, мм2	Потеря напряжения, %норм/пуск.	Выбран кабель, число жил Х сечения, мм2
1	Воздуходувка	37/100	ААБГ	6	120	10	0,3/0,4	310
2	Вентилятор	223/308	ААВГ	0,38	120	150	1,44/1,38	3185
3	Освещение	508	АВВГ	0,38	150	50	2,23/-	350+135
4	Кран мостовой	80/260	троллей 50505	0,38	120	25	-	350
5	Транспортер	45/225	ААШВ	0,38	180	16	5,3/13,3	335
6	Насос	142/810	ААШВ	0,38	100	95	1,73/4,33	395

11. Расчетный ток линии и выбор ее сечения по допустимому нагреву: для одиночного приемника:

I_р=I_н=.

для группы приемников:

I_р=.

Сечение линии S выбираем так, чтобы

IрkI_доп=I_доп,

где: k - поправочный коэффициент (k=0,75-1,0);

I_доп - допустимый ток для сечения S данного вида кабелей при определенном способе их прокладки.

12. Потери напряжения в распределительной сети:

при нормальном режиме:

U_%=;

при пусковом режиме:

U_п%=;

где: l - длина линии, м;

- удельная проводимость, м / Оммм²;

s - сечение, выбранное по нагреву; при этом I_п=I_пуск5I_н - для асинхронных и синхронных двигателей и I_п=I_нmax+(I_р-I_нmax) - для группы двигателей (I_пmax и I_нmax-пусковой и номинальный токи наибольшего двигателя).

соs _пуск=(0,50,7) cos_н.

13. В качестве коммутационной аппаратуры низкого напряжения применяются комплектные ящики ЯУ-5000 для приемников мощностью до 75 кВт и панели с контакторами КТ-6000 для приемников мощностью до 300 кВт.

14. Для управления высоковольтными приемниками принимается высоковольтные ящики типа КВП-6-01-603, выбираемые по номинальному напряжению и току и представляющие собой комплексный ящик с масляным выключателем и электромеханическим приводом.

5. Экологическая оценка передела

Металлургическое предприятие тесно взаимодействует с окружающей природной средой. Его работа связана с вовлечением разнообразных ресурсов биосферы и выделением в биосферу наряду с получением целевого продукта различных твердых, жидких и газообразных веществ, т.е. выбросов, отходов производства.

В условиях металлургического производства наибольшему влиянию подвержен воздушный бассейн. В первую очередь это следует отнести к пирометаллургии и энергетике, поскольку именно они оказывают наиболее негативное влияние на атмосферу.

Соблюдение экологических нормативов и, в том числе, нормативов качества атмосферного воздуха является обязательным требованием для всех производств как реально существующих, так и находящихся на стадии проектирования. К последним предъявляются наиболее жесткие требования, поскольку обоснованный выбор места строительства предприятия и расположения источников загрязнения, расчет района и величины загрязнения, границ санитарно-защитной зоны, подбор газоочистных сооружений и многие другие факторы являются теми инструментами, которые еще на стадии проектирования способны предотвратить необратимые изменения в составе и структуре окружающей среды или, даже, избежать фатальных последствий в период работы предприятия.

5.1 Характеристика электропечного передела как источника загрязнения атмосферы

В результате работы электропечи в атмосферу попадают вредные вещества сернистый ангидрид и пыль. В сравнении с пламенными печами, объем технологических газов электропечи невелик, однако содержащиеся в них соединения могут оказывать крайне негативное влияние на окружающую среду и, прежде всего, на атмосферу.

Отходящие газы электропечи для плавки медно-никелевых руд содержат сравнительно небольшое количество сернистого ангидрида. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов электропечи для плавки медно-никелевых руд является сернистый ангидрид - SO₂ Сернистый ангидрид принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях, в результате которых окисляется и выпадает в сульфаты. В присутствии значительных количеств аммиака NН₃ и некоторых других веществ время жизни SO₂ исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток. В присутствии кислорода SO₂ окисляется до SO₃ и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту.

Мелкодисперсная пыль электропечи для плавки медно-никелевых руд, содержащая в воем составе частицы тяжелых металлов (медь, никель, кобальт и др.), попадая в атмосферу, образует аэрозоли. Последние подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образующиеся при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется в широких пределах - от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли в атмосфере на высоте до 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев. Размеры частиц, выбрасываемых с продуктами сгорания топлива в атмосферу, могут сильно различаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и физических свойств (вязкости, плотности и др.), а также от свойств воздуха.

Наиболее опасным из этих веществ является сернистый ангидрид (SO₂). Концентрация SO₂ в воздухе, равная: 2600 мг/м³ - мгновенно приводит к смерти; 1400-1600 мг/м³ - продолжительностью 0,5-1 ч, также приводит к смерти; 400-500 мг/м³ - продолжительностью 0,5-1 ч, вызывает опасное для жизни заболевание; 40-60 мг/м³ - продолжительностью 0,5-1 ч, вызывает раздражение слизистых оболочек, чихание, кашель; 1,5 мг/м³ - продолжительностью 24 ч, повышенная смертность; 0,1-0,27 мг/м³ - при годовой продолжительности воздействия, приводит к возрастанию заболеваний верхних дыхательных путей у детей и взрослых.

Предельно допустимые концентрации установлены на уровне: ПДК_SO2=0,5 мг/м³, ПДК_пыль=0,5 мг/м³.

5.2 Очистка газов рудно-термической плавки

Отделение пылеулавливания плавильного цеха включает в себя независимые системы установок пылеулавливания и газоочистки (ОПУ) - УПУ - 1 - от рудных печей, состоящая из газоходов и сухих электрофильтров ГП - 40 - 3У. Транспорт газа осуществляется дымососами. Очищенные газы сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Электрофильтры предназначены для очистки газов от технологических агрегатов плавильного цеха перед подачей его на производство серной кислоты или выброса в атмосферу, а также для возврата в производство уловленной металлосодержащей пыли.

Улавливание металлосодержащей пыли, уносимой технологическими газами, с тем, чтобы вернуть её в производство и снизить потери металлов, а также для предупреждения загрязнения пылью окружающей среды, осуществляется в две стадии:

а) механическим путём, под воздействием силы тяжести. Процесс механической очистки газов заключается в следующем: крупные частицы пыли под действием силы тяжести, действующей на них остаются внутри газоходов. Пыль, уловленная в газоходе с помощью пылетранспортирующих шнеков, собирается в бункере, откуда подаётся в дальнейшую переработку.

б) электрическим путём - в электрофильтрах под воздействием эл. сил притяжения и отталкивания действующих на заряжённые частицы в эл. поле.

Процесс электроочистки газов заключается в следующем: подлежащий очистке газ поступает в электрофильтр, коронирующие электроды которого изолируются от земли и присоединяются к отрицательному полюсу агрегата питания, а осадительные электроды присоединяются к положительному агрегата питания и заземляются. При определённом значении напряжения приложенного к междуэлектродному промежутку, напряжённость поля около коронирующего электрода становится достаточной для появления коронного разряда, следствием которого является заполнение внешней части междуэлектродного промежутка отрицательно заряженными ионами. Отрицательно заряженные ионы под действием сил электрического поля движутся от коронирующих электродов к осадительным. Частицы пыли, встречая на своём пути ионы, адсорбируют их, заряжаются и под действием сил поля также двигаются к осадительным электродам, где и осаждаются. Электроды периодически встряхиваются, слой осаждённой пыли разрушается и пыль осыпается в бункера электрофильтра, откуда её периодически удаляют.

Таким образом, улавливания пыли в электрофильтрах происходит в три стадии:

1) электрическая зарядка частиц;

2) движение заряжённых частиц к противоположно заряжённому электроду;

3) разрядка (осаждение) их на этом электроде.

Все эти стадии могут осуществляться в одном рабочем пространстве. Для улавливания пыли из технологических газов применяют однозонные фильтры, в которых газовый запылённый поток проходит последовательно несколько электростатических полей, обеспечивающих более глубокую очистку газа от пыли, чем одно поле.

Технологические газы от РТП поступают в раздающий коллектор, откуда на очистку от металлосодержащей пыли в сухие электрофильтры типа ГП - 40 - 3У. Очищенный в электрофильтрах газ с запыленностью не выше 0,2 г/м³ сбрасывается в атмосферу через дымовую трубу. Управление и регулирование газовыми потоками осуществляется системой дроссельных устройств, а сбор уловленной пыли с помощью сборных бункеров и пылетранспортирующих шнеков.

Температура газа в электрофильтрах не должна превышать 400⁰ С. При температуре газа не выше этой температуре, необходимо организовать подсосы холодного воздуха посредством открытия люков по газоходу технологических агрегатов. При понижении температуры газов до 150⁰ С агрегаты питания электрофильтров отключаются и электрофильтры работают как пылевые камеры.

Встряхивание осадительных электродов и коронирующих электродов проводится автоматически поочерёдно по полям с продолжительностью встряхивания 15 мин. Продолжительность цикла встряхивания 2 часа. Выгрузка уловленной пыли производится один раз в сутки.

Характеристика очищенных газов РТП приведена в табл. 5.1

Таблица 5.1.

Параметры	УПУ - 1
Кол - во отходящих газов тыс. нм3/час.	150 - 250
Запылённость г/нм3.	До 0,2
Содержание SO2%	До 0,3
Температура, 0С	250 - 300
Место отбора	У трубы

Уловленная в газоходах и электрофильтрах металлосодержащая пыль выгружается из бункеров в автомашину - пылевоз и перевозится на переработку.

По результатам проведенного анализа существующих схем очистки выбросов промышленных объектов от диоксида серы и нетоксичной пыли можно сказать, что при выборе оптимальных схем очистки концентрация вредных веществ не превышает допустимого уровня.

Заключение

электроплавка рудный электропечной штейн

В результате проделанной работы рассмотрен процесс электроплавки сульфидных медно-никелевых материалов на штейн в руднотермических печах. Произведены рассчеты материального и теплового баланса процесса. Проведен аналитический обзор текущего состояния автоматизации руднотермических печей ОАО «Кольская ГМК». На основе промышленных данных построена математическая модель печи, как объекта управления.

В дипломном проекте спроектирована автоматическая система стабилизации мощности электропечи. Заданный критерий оптимальности - минимизация интегральной оценки переходного процесса. Для максимального быстродействия системы управления выбран пропорциональный закон регулирования. Так как последовательно с регулятором в цепь включено интегрирующее звено (гидравлическая система перемещения электродов), статическая ошибка равна нулю. Система обладает минимальным временем регулирования и астатизмом.

Коэффициент передачи П-регулятора рассчитан в соответствии с заданным критерием оптимальности. Получены переходные процессы для двух режимов работы печи при подаче на вход единичного возмущения. По графикам переходных процессов оценено качество управления, которое удовлетворяет предъявленным требованием.

В работе также произведен расчет электроснабжения плавильного цеха, рассмотрены вредные факторы и экологическая опасность данного передела для персонала предприятия, населения и природы района. Приведены характеристика и анализ потенциально опасных и вредных условий труда, динамика травматизма в плавильном цехе, рассмотрены мероприятия по охране труда на производстве.

Вычислен годовой экономический эффект от внедрения АСР для данного передела, который составил 1210000 рублей.

Список использованной литературы

Серебряный Л.Я. «Электроплавка сульфидных медно - никелевых руд и концентратов». М., «Металлургия», 1974

«Организация и управление производством». Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех форм обучения специальностей 110200, 1110300 и 210200. / В.И. Кудасов. СПб: СПГГИ (ТУ), 2001.

«Технологическая инструкция по переработке никельсодержащего сырья в руднотермических электропечах». РАО «Норильский никель», ОАО «Кольская ГМК», плавильный цех, п. Никель, 1999 г.

Гальнбек А.А., Водовоздушное хозяйство металлургических заводов. - Л.: ЛГИ, 1974. -278 с.

Гальнбек А.А., Шалыгин Л.М., Шмонин Ю.Б. Расчеты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии. - Челябинск: Металлургия, 1990. - 448 с.

Глинков Г.М., Маковский В.А. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. - М.: Металлургия, 1970.

Диомидовский Д.А. Печи цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1963. - 460 с.

Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М., Гальнбек А.А., Южанинов И.А. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1963. - 400 с.

Каганов В.Ю., Блинов О.М. Автоматизация металлургических печей. - М.: Металлургия, 1975. - 376 с.

Новоселов А.И. Автоматическое управление (техническая кибернетика) Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергия, 1973. - 320 с.

Теория автоматического управления. Под ред. А.В. Нетушилина. Учебник для вузов. - М., Высшая школа, 1976 400 с.

Постников Н.П, Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий. - Л.: Стройиздат, 1989. - 352 с.

Южанинов И.А. Защита воздушного бассейна. - Л.: ЛГИ, 1983. - 102 с.

Краткий справочник машиностроителя. Под. ред. А.С. Близнянского. - М., Гос. Научно-Техническое издат-во машиностроительной литературы, 1950. - 480 с.

Методические указания к экономической части дипломных проектов. - Л.: ЛГИ, 1995. - 25 с.

Отчет о прохождении второй технологической практики. Составитель студ. Нифонтов Д.Ю. 2001.

Охрана труда: Учебник / Б.А. Князевский, П.А. Долин, Т.П. Марусова и др.; Под ред. Б.А. Князевский. - М.: Высш. шк., 1982. - 311 с.

Размещено на Allbest.ru