1 .1 Характеристика объекта автоматизации

Д оменный процесс – это процесс восстановления железа, т.е. удаление кислорода из окислов железа, с последующим образованием чугуна – сплава железа с углеродом. Этот сложный физико-химический процесс протекает последовательно по всей высоте доменной печи в условиях встречного движения и взаимодействия двух потоков: нисходящего тока плавильных материалов (шихты, руды, топлива, флюсов) и восходящего потока газов.

Рисунок 1 Доменная печь

Доменная печь — домна (рис. 1) является шахтной печью непрерывного действия. Она имеет форму двух усеченных конусов,

сложенных широкими основаниями, между которыми находится цилиндрическая часть, называемая распаром.

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой. Ч асть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.

Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия. В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками [5].

Эти отверстия носят название фурмы. Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух (дутье), увлажняемый паром (при подаче в печь природного газа дутье в ряде случаев обогащают кислородом). За счет кислорода, содержащегося в дутье, в окисленной зоне вблизи фурм происходит горение кокса и образуется окись углерода, восстанавливающая на своем пути вверх железную руду. По мере подъема газового потока вверх изменяются его температура и состав. Максимальная температура наблюдается в горне печи, у фурм, где идет горение топлива; на колошнике она значительно ниже. Столб материалов в печи все время опускается; внизу при

сгорании кокса образуется свободный объем. В процессе опускания и нагрева материалов из компонентов шихты удаляются летучие вещества, разлагаются флюсы и начинается восстановление окислов железа. В верхней части печи, в зоне умеренных температур, окислы железа в осстанавливаются окисью углерода, при этом образуется углекислота и выделяется тепло. В нижних горизонтах, в зоне высоких температур, окислы восстанавливаются за счет твердого углерода с образованием окиси углерода и поглощением тепла.

Образовавшаяся при восстановлении железа губка науглероживается и расплавляется; процесс науглероживания заканчивается в горне, откуда чугун периодически выпускают.

При расплавлении пустой породы, руды и флюсов образуется шлак, который скапливается в нижней части печи над уровнем чугуна; шлак как и чугун, периодически выпускают из печи.

Цель управления доменным процессом – обеспечить нормальное развитие процесса на всех стадиях, устойчивый, ровный ход доменной печи, заданный состав чугуна [5]. Основные показатели хода технологического процесса, его выходные величины – это производительность печи и экономическая эффективность ее работы.

Основными возмущающими воздействиями, нарушающими ход доменного производства , являются изменение качества загружаемых материалов – их зернового и химико-минералогического составов, что приводит к изменению распределения газового потока по сечениям печи, теплового состояния печи, степени использования тепловой и химической энергии газового потока.

Основными входными управляющими воздействиями доменного процесса являются параметры режима дутья (расхода, температуры и влажность дутья) и режима загрузки (рудная нагрузка, т.е. соотношение

веса загружаемой в печь руды к весу загружаемого кокса и последовательность загрузки материалов) [5].

Экспериментальные статические зависимости, т.е. зависимость между основными входными и выходными величинами в установившихся состояниях, некоторых динамических характеристик доменной печи просчитаны, так например:

Д инамическая характеристика по каналу регулирования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 Динамическая характеристика температуры горячего дутья

Запаздывание τ _об . Отрезок времени от момента внесения возмущения до точки пересечения касательной с осью. τ _об=20 с.

Постоянная времени Т_об - отрезок времени от момента пересечения касательной с линией начального установившегося значения до момента её пересечения с линией нового установившегося значения. Т_об = 80с.

Коэффициент передачи статического объекта К_об. Он представляет собой изменение выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к единичному возмущению на входе.

Максимальный в условиях эксплуатации коэффициент передачи объекта управления К_об =6.0 °С/%х.р.о.