АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА Автоматизацию доменного процесса осуществляют при помощи приборов автоматического регулирования хода доменной печи  и контрольно-измерительной аппаратуры. Продолжается усовершенствование системы комплексной загрузки доменных печей. К 1957 г. производительность их доводится до 3—4 тыс. т чугуна в сутки, а количество автоматических функций возрастает более чем в 10 раз по сравнению с первым опытом автоматической загрузки в 1932 г. [5]. В настоящее время действует единая автоматическая загрузочная система верха и виза доменной печи. Созданы специализированные вычислительные машины для решения задачи контроля комплексныхпараметров, определяющих ход доменного процесса. Цифровая управляющая машина применяется институтами ВНИИЭМ, Донецким индустриальным и заводом Азовсталь , разрабатывающими систему комплексной автоматизации типовой доменной печи. На Азовстали в промышленной эксплуатации находится система автоматическоговращающегося распределителя шихты с управляющими вычислительными машинами. Осуществляются научно-исследовательские и опытные работы по созданию и внедрению в доменное производство  бесконтактной электроавтоматики, ионных преобразователей и другого современного электрифицированного оборудования [48]. Загрузка доменных печей автоматизирована. Внедряется новая система взвешивания и конвейерной подачи шихты. Работа вагон-весов также автоматизируется. Автоматически регулируется тепловой режим доменной печи и другие элементы доменного процесса. На очереди разработка узлов автоматизации распределения дутья по фурмам, сбора информации о ходе доменной печи. Для этого уже создана система цифрового обегающего контроля для 40 параметров доменного процесса. Разрабатывается система регулирования хода печи посредством электронной вычислительной машины. Создается управляющая электронная машина, которая будет действовать в точном соответствии с технологической инструкцией  по ведению доменного процесса. До 1941 г. было выпущено 306 инженеров-литейщиков, а с 1944 по 1972 гг.— 2587 инженеров по следующим специальностям Литейное производствочерных и цветных металлов — 772 Металловедение, оборудование и технология термической обработки — 438 Физика металлов — 437 Порошковая металлургия — 408 Сталеплавильное производство — 196 Доменное производство — 135 Автоматизация литейных  процессов — 102 Автоматизация металлургических процессов — 99. Реконструкция доменных печей для работы по новой технологии должна сопровождаться дальнейшей автоматизацией управления доменным процессом. На мощных доменных печах управление должно осуш ествляться с помощью трех ЭВМ одна ЭВМ должна управлять системойзагрузки, вторая — системой высокотемпературного ядерного реактора и энергоустановками ж третья — дозировочным оборудованием. Необходимо также предусмотреть возможность управления процессом  с центрального пульта как в автоматическом, так и в полуавтоматическом режиме. Недостатком систем распределения дутья по фурмам является низкая стойкость дроссельных клапанов, которые при температуре дутья 1200 °С требует замены через два—три месяца работы. Необходимо изыскивать более жаропрочные материалы для конструкции клапанов. В настоящее время можно ставить задачу комплексной автоматизации всего доменного процесса  применение ЭВМ позволит управлять также и тепловым режимом печей. Производительность отдельных наиболее крупных доменных печей уже достигла 4800 т в сутки и продолжает увеличиваться. Такая концентрация мощности в одном агрегате требует безошибочных методов управления процессом, которые должны обеспечить полное использование всех возможностей доменной печи и обеспечить работу с наилучшими технико-экономическими показателями. Даже незначительные ошибки в управлении такой печью ведут к снижению производительности на 2 — 3%. В связи с этим задача автоматизации доменного производства вообще и особенно автоматического управления самим доменным процессом становится все более актуальной. Важными мероприятиями для дальнейшей интенсификации доменного процесса являются увеличение полезного объема доменных печей, обогащение дутья кислородом, использование природного газа, улучшение подготовки шихты, замена железной руды  агломератом и окатышами, автоматизация всех процессов плавки. Повышение производительности печей достигается использование. крупных, более совершенных доменных печей с широким применением автоматизации и механизации процессов улучшением подготовки шихты(сортировка руд и тщательное их усреднение) применением вместо руд офлюсованного агломерата повышенной основности, а также повышенного давления на колошнике до 1,5—2,5 ати (0,15—0,25 МПа) применением дутья постоянной повышенной влажности (содержание влаги должно составлять около 25 г1м ), сопровождающегося ускорением восстановительных процессов и увеличением размеров окислительной зоны в области фурм применением дутья, обогащенного кислородом (до 32% Ог), природного газа  и порошка извести, Технология выплавки чугуна в доменных печах непрерывно совершенствуется и развивается. Сооружаются крупные доменные печи, широко внедряется автоматизация процессов доменного производства, широко используются форсированные методы ведения плавки повышенный нагрев дутья, кислородное дутье, частичная замена кокса природным и коксовым газом и жидким топливом , обогащение и агломерация руд, повышенное давление под колошником и пр. Все эти мероприятия дают возможность значительно увеличить выпуск чугуна. Механизация и автоматизация процессов загрузки шихтовых материалов в доменную печь  и устройство воздухонагревателей Газообразное топливо является самым удобным из всех видов топлива для сжигания в нагревательных печах. Легкая смешиваемость газа с воздухом и возможность их подогрева перед сжиганием создают благоприятные условия в рабочей камере печи для полного сгорания топлива почти без избытка воздуха. При работе печи на газообразном топливе возможна полная автоматизация процесса и регулирования теплового режима. Газообразное топливо бывает природным и искусственным. К искусственному газообразно-му топливу относятся генераторные, коксовальные, доменные и другие газы, получаемые в специальных установках — газогенераторах, или как побочный продукт металлургического или химического производства. Одновременно с увеличением объема и производительности доменных печей непрерывно совершенствуется, механизируется и автоматизируется технологический процесс. Ряд учебных и научно-исследовательских учреждений ведут работы по комплексной автоматизации процесса выплавки чугуна  с применением электронно-вычислительной техники. Несмотря на автоматизацию работы отдельных участков печи, например воздухонагревателей, подачи, взвешивания и дозировки шихты и т. д., работу доменной печи нельзя считать автоматизированной. Обязательным условием автоматизации является автоматическое управление  самим процессом с применением электронно-вычислительных машин. Достижения в области автоматизации и механизации сварочных процессовпозволили осуществить коренные изменения в технологии строительства и изготовления доменных печей и других металлургических агрегатов, мостов, трубопроводов, судов, вагонов, химического оборудования , мощных прессов, гидротурбин и пр. Основные показатели работы доменных печей — их среднесуточная производительность и расход кокса на единицу выплавляемого чугуна. Благодаря все улучшающейся подготовке сырья, форсированию хода доменной плавки, совершенствованию технологии процесса, введению автоматизации и дополнительной механизации операций непрерывно растет производительность печей  и снижается расход кокса. Автоматизация процессов дуговой сварки внесла коренные изменения в технологию строительства мостов, трубопроводов, судов, в технологию изготовления кожухов доменных печей, станин мощных прессов, валов гидротурбин, химического оборудования и других конструкций из черных и цветных металлов  и сплавов. Машины для подачи шихтовых материалов в доменную печь должны иметь высокую производительность, повышенную надежность при эксплуатации и обеспечивать возможность полной автоматизации процесса загрузки печи и форсированный режим подачи материалов к загрузочному устройству  [1]. Применяют два основных способа подачи шихтовых материалов - скиповый и конвейерный. Кроме того, разработка и внедрение непрерывных сталеплавильных процессов позволят создать металлургические заводы непрерывного действия, начиная от восстановления железа из рудного сырья и кончая получением готового проката. Это позволит, во-первых, существенно сократить энергетические затраты ввиду уменьшения тепловых потерь во-вторых, упростить и удешевить металлургический цикл, исключив обжимные и заготовочные станы, громоздкие нагревательные устройства, сложные системы транспорта и другие звенья в-третьих, перейти на полную автоматизацию управления заводом. В этой связи следует заметить, что в современном металлургическом цикле по существу уже являются непрерывными два звена доменное и прокатное производства, по крайней мере, современные прокатные станы  беско- Приведенный удельный рост электроиотребления иоказан с учетом экономии электроэнергии, которая обеспечивается интенсификацией, совершенствованием и автоматизацией производственных процессов. Так, в горнорудной промышленности — это разработка руд открытым способом, централизация и автоматизация уирааления технологическими процессами. В доменном производстве — это повышение средней температуры дутья и давления газа иод колошником и интенсификация производства чугуна с применением кислорода и природного газа. В сталеплавильном производстве — применение кислорода и автоматическое управление процессами выплавки стали. В производстве проката черных металлов, стальных труб  и металлоизделий — улучшение нагрева металла перед прокаткой, сокращение количества пропусков и др. В 1931 г. Харьковский электромеханический завод разработал проект и осуществил при помощи им же построенных машин и приборов автоматизацию самых трудоемких и тяжелых операций доменного процесса— подачи, перемешивания и подготовки сырых материалов (руды, кокса, флюсов) для плавки. Ежесуточно крупная домна поглощает их несколько сотен вагонов. Перемешивание и подготовка к плавке материалов производилась в это время вручную каталями, которые находилх сь на колошнике домны в непосредственной близости к горячим газам, поднимающимся снизу. Была разработана полностью автоматизированная система загрузки доменной печи с многодвигательным приводом, спроектированная для загрузочных работ со скипами емкостью 5,5 м. Эта система обеспечивала загрузку доменных печей производительностью до 1 тыс. т чугуна в сутки. После автоматизации загрузка осуществлялась 17 электродвигателями, оснащенными более чем 400 различными автоматическими приборами и устройствами. Системой управлял  один квалифицированный машинист, который мог выполнять любую программу загрузки доменной иечи. В металлургической промышленности к концу 50-х годов было автоматизировано большинство узлов и элементов в доменном и мартеновском производстве и наметился переход к комплексной автоматизации производственных процессов черной металлургии. Комплексная автоматизация предполагает внедрение сложных систем связанного регулирования, автоматически воздействующих на производственный процесс печи с целью обеспечения наивыгоднейших режимов ее работы и широкое использование управляющих вычислительных устройств в системах управления для формирова ния оптимальных алгоритмов управления  производственными процессами. Необходимость повышения надежности обусловлена непрерьшным ростом численности выпускаемых машин и оборудования, расширением областей их применения, тенденщ1ей к автоматизации технологических процессов, к созданию гибких производств. Отечественное машиностроение в ряде отраслей существенно улучшило показатели надежности. Например, наши атомные и тепловые энергоустановки обладают ресурсом до 40 лет, некоторые авиадвигатели - до 20 тыс. ч, самолеты - до 40 тыс.-60 тыс. ч, крупные технологические и доменные комплексы - до 20 лет. Повышению надежности машин и конструкций во многом способствуют научные исследования и разработки, вьшолненные в Академии наук СССР, в отраслевых научно-исследовательских институтах , ОКБ и заводах. В дальнейшем прогресс доменного процесса шел в направлении увеличения объема печей, перехода к более рациональному профилю, совершенствования конструкции доменных печей, механизации и автоматизации процесса. Коренные усовершенствования произошли и в переделе чугуна на железо и сталь. На смену кричному процессу в конце XVIII в. пришло пудлингование. Чугун по этому способу переплавляли в отражательных печах, отапливаемых дровами или углем. Примеси из чугуна удалялись благодаря окислительной атмосфере и высокожелезистому поду печи. Мягкое железо  получалось в тестообразном состоянии. Передвижные миксеры. Увеличение вместимости доменных печей и сталеплавильных ахрегатов, широкое внедрение автоматизации технологических процессов и снижение колебаний химического состава жидкого чугуна привели к тому, чго стационарные миксеры утратили роль усреднителя химического состава и буфера между доменным и сталеплавильным цехами . Этим объясняется широкое внедрение в практику металлургического производства передвижных миксеров вместимостью 100 - 600 т. Большехрузные миксеры (более 200 т) применяют только для внутризаводских перевозок чугуна. С помощью миксеров вместимостью до 200 т можно организовать перевозку чухуна между двумя соседними заводами на расстояние в несколько десятков километров. В 1937 г. Бардин назначается главным инженером Главного управления металлургической промышленности. Год спустя — председателем Технического совета Наркомата тяжелой промышленности СССР, а еще через год утверждается заместителем народного комиссара черной металлургии. Работая на этих руководяш их постах, ученый неустанно заботится о научно-техническом прогрессе металлургической промышленности. Он активно поддерживает новаторов металлургии, обобш ает их производственный опыт, стремится сделать его достоянием всех рабочих-металлургов. Под его руководством на ряде заводов начи-пается автоматизация и комплексная механизация производства, разрабатываются и внедряются высокоэффективные технологические процессы. Особенно большое внимание он уделяет крупнейшим проблемам будуш его металлургии — применению кислорода в доменном и сталеплавильном производствах для интенсификации металлургических процессов, непрерывной разливке стали и многим другим. От его взгляда не ускользают также вопросы использования бедных железом и пылеватых руд, улучшение подготовки сырых  материалов перед плавкой и т. д. С помонтью электроэнергии можно вести большинство технологических процессов, причем часто даже более эффективно, чем при использовании органического топлива. В СССР уже работает большой электрометаллургическ Й завод, на котором нет доменного производства, а сталь получается из специально подготовленной шихты в электропечах. Электропечи разных типов получают все более широкое применение во многих отраслях промьшьтепыости. Всевозможные нагревы обрабатываемых. материалов, в частности нагрев прокатываемого металла или металла, идущего на поковку, и т. п., можно вести при помощи электроэнергии, причем, как отмечают специалисты, большим достоинством применения электроэнергии является возможность самой глубокой автоматизации процессов и установок при хорошей их регулируемости. Все дело в относительной стоимости электроэнергии и органического топлива  (народнохозяйственных затрат на них). Необходимо отметить высокий уровень автоматизации системы загрузки доменной печи. Автоматически двигаются скипы и изменяется скорость- их движения па эстакаде, вращаются и опускаются малый и большой конусы. Скипы опрокидываются только тогда, когда малый конус закрыт. Измеряется и автоматически регистрируется уровень засыпи печи, а также уровень жидкого расплава. Автоматизирована система набора, взвешивания и подачи агломерата и кокса. По выбранной программе осуществляется последовательность и чередование загрузки компонентов шихты, контролируется отправление скипов, открывание уравнительных клапанов. На пульте управления доменной печью сосредоточены все регистрирующие и показывающие контрольные приборы, которые измеряют температуру воды, состав, давление и температуру отходящих газов скорость  подачи, влажность и состав дутья, температуру насадок регенераторов воз духонагревательных аппаратов. Директивами XXIII съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1966— 1970 гг. предусмотрено не только увеличение производства черных металлов и проката, но обращено внимание на увеличение ассортимента прокатной продукции и на улучшение ее качества. За годы новой пятилетки должны быть построены доменные печибольшой емкости порядка 2700 м , крупные электросталеплавильные печи, кислородные конвертеры и мощные механизированные прокатные станы, значительная часть которых уже введена в эксплуатацию. Осуществлен значительный рост уровня механизации и автоматизации процессов, связанных с выплавкой чугуна и стали.

Контроль и автоматизация доменного процесса

29.04.2015

Для доменного процесса характерна высокая степень механизации и автоматизация ряда производственных операций. Наиболее автоматизированы участки подачи из бункеров и загрузки шихтовых материалов в печь. Набор, грохочение, взвешивание, загрузка в скипы кокса, а в последнее время и рудной части шихты выполняются автоматически. Автоматизирована работа скиповой лебедки, лебедки для маневрирования конусами, зондовой лебедки, вращающегося распределителя, уравнительных клапанов и др. Применяемая в России схема командоконтроллера программы загрузки по своей универсальности и многообразию функций является весьма совершенной. Современные доменные печи оборудованы контрольной аппаратурой и аппаратурой автоматического регулирования основных параметров, определяющих ход печи (рис. 15). Автоматически поддерживаются та определенном уровне температура и влажность дутья, давление колошникового газа, температура купола воздухонагревателя и др.

Тепловое состояние печи контролируется термопарами, установленными на различных горизонтах шахты и на колошнике. Контролируется также содержание CO2 в колошниковом газе, расход воды для охлаждения, температура лещади и горна. Разрабатывается система комплексного автоматического регулирования хода доменной печи с использованием счетно-решающих и командных устройств. Одной из последних схем предусмотрен контроль и регулирование распределения газов и материалов на колошнике, теплового состояния верхней и нижней зоны печи и соответственно степени развития косвенного и прямого восстановления, теплового состояния горна равномерности работы фурм и схода шихтовых материалов.

Автоматизация доменного производства — одно из главных направлений дальнейшего развития доменного процесса. Они стимулируются высокой оснащенностью доменных печей контрольно-измерительной аппаратурой и наличием устройств автоматической стабилизации параметров процесса. При этом необходимо решение задач по повышению качества выпускаемой продукции, увеличению производительности труда и улучшению его условий (в том числе техники безопасности), а также по повышению общей культуры производства. На современных печах контролируются и автоматически регулируются многие параметры технологического режима доменной плавки, работы оборудования, управляемого системами локального характера. Однако течение самого доменного процесса контролируется недостаточно. Конечные результаты его определяются с опозданием, а промежуточные практически не контролируются из-за отсутствия современных датчиков информации. Отстают в развитии такие системы, как непрерывный анализ материалов в потоке и продуктов плавки на выпуске. Поэтому эффективность доменной плавки во многом остается зависящей от квалификации обслуживающего персонала. В связи с этим имеет большое значение разработка методов и средств контроля доменного процесса на всех горизонтах печи, изучением которых и занимаются научно-исследовательские институты, а также персонал и лаборатории ведущих предприятий отрасли. Решение главных вопросов осуществляется по следующим направлениям: применение компьютерной техники для моделирования доменной плавки с целью разработки математических моделей процесса и алгоритмов управления; сбор, хранение и систематическая обработка информации о ходе процесса; анализ текущего управления плавкой. Описанию закономерностей доменного процесса способствует использование метода структурных схем, позволяющего рассчитать коэффициент передачи по любому каналу «вход-выход» через коэффициенты передачи частных связей между параметрами процесса. Для создания рабочей модели метод обобщен и дополнен численным интегрированием коэффициентов передачи по ряду аргументов, что помогает определить влияние любых изменений внешних факторов на показатели доменной плавки. Условия решения задач по использованию систем автоматизации доменного производства значительно облегчаются по мере улучшения подготовки железорудного сырья, при котором более закономерно изменяются соотношения температуры, состава газа и скорости фильтрации его по сечению печи, создаются газодинамические предпосылки для более равномерного распределения материалов и газов, а следовательно, и стабильности теплового режима. В области механизации доменного производства главное внимание конструкторов направлено на разработку приспособлений и механизмов, облегчающих условия обслуживания горновых работ на литейных дворах, а также выпуска, транспортирования и обработки продуктов доменной плавки. К ним относятся: кольцевые и напольные краны; приспособления для смены воздушных фурм, заправки и очистки желобов; одноносковые разливки чугуна и шлака; различные системы большегрузных чугуновозных ковшей (до 600 т); припечные грануляционные установки; оборудование для механизации ремонтных работ. Внедряются системы сигнализации, предупреждающие о прогарах фурм, контроль уровня расплава в горне, системы автоматического обнаружения сгоревших фурм и холодильников. Все они облегчают горновые работы, предупреждая возникновение аварийных ситуаций, для ликвидации которых требуется трудоемкий ручной труд в тяжелых условиях. Большое внимание уделяется вопросам аспирации, вентиляции и герметизации, загрязненности окружающей водной и воздушной среды, а также социально-бытовым условиям работы обслуживающего персонала.

Источник: http://emchezgia.ru/domennye_pechi/51_Avtomatizatsiya_domennogo_proizvodstva.php МЧ-ЗГИА.РУ ©

1.1 Анализ доменного процесса, как объекта автоматизации

Производство чугуна является непрерывным, процессом, протекающим во всем объеме доменной печи. Получение рабочей информации о ходе технологического процесса из внутренних областей доменной печи практически невозможно. Поэтому для контроля над ходом процесса и управления используются косвенные показатели, в известной мере отражающие состояние отдельных участков (зон) доменной печи. К таким показателям относятся, например, состав колошникового газа, перепады статического давления по высоте шахты печи и т.д. Получаемая информация является далеко не полной и не может отразить влияния на процесс множества факторов (число которых достигает 700). Поэтому многие явления, происходящие в доменных печах, проявляются как случайные функции времени. Часть рабочей информации получается нерегулярно и со значительным опозданием (анализ химического состава сырья и продуктов плавки), часть информации отражает прошлое состояние процесса (температура чугуна и шлака, содержание кремния в чугуне).

Недостаточность и запаздывание информации затрудняют управление процессом плавки.

Следует отметить еще одну особенность доменной печи как объекта автоматического управления: технологический процесс проходит во всем объеме печи, а управления сосредоточены на границах шахты

Управление «сверху» осуществляется на колошнике путем изменения условий загрузки, а «снизу» из фурменной зоны изменением параметров дутья (рисунок 1).

При каждом возмущении необходимо выбрать такое управляющее воздействие, которое повлияло бы на состояние некоторой области печи, далеко отстоящей от места приложения этого управления. Естественно, что это приводит к существенным запаздываниям управляющих воздействий; так, например изменение рудной нагрузки на кокс сказывается на тепловом состоянии горна доменной печи только через 5-6 ч.

Рисунок 1 - схема управляющих воздействий доменной плавки

Вместе с тем можно указать некоторые обстоятельства, благоприятствующие работе управляющих систем. Доменные печи, как правило, длительное время работают в стационарных производственных условиях, выплавляют чугун одной и той же марки, работают на идентичном сырье, что позволяет выбрать оптимальный для этих условий режим работы. Задача систем управления заключается в выборе этого режима и затем в компенсации флуктуации входных параметров процесса, которые сравнительно невелики. Другим благоприятным фактором является большая аккумулирующая способность печи. Огромная масса материалов, участвующих в процессах массо- и теплообмена, способствует сглаживанию возмущающих воздействий. В этом смысле печь как бы является фильтром для возмущающих воздействий. Инерционность процесса позволяет иметь некоторый резерв времени для выбора рационального управления.

Сложность и случайный характер явлений, протекающих в доменной печи, затрудняют аналитическое детерминированное описание процесса, поэтому для его идентификации часто используются методы математической статистики и статистической динамики. Уравнения множественной регрессии позволяют с известной погрешностью прогнозировать некоторые явления, а методы планируемого эксперимента и статистической динамики дают возможность оценить усредненные динамические характеристики доменной печи по различным каналам. Оценивая трудности получения информации, сложность процесса, ограниченность возможностей управления, следует отметить, что доменный процесс достаточно управляем. Это доказывается практикой работы технологов - доменщиков России, добивающихся высоких показателей работы мощных доменных печей.