книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

PtK — с1<7со2 + c2?co “■ C3^K + +

/к и /д— температура газа на колошнике и темпе­ ратура дутья. Коэффициенты Ci — с5 и по­ стоянная а зависят от ряда параметров,

практически мало изменяющихся во вре­ мени.

Вычислительное устройство для определения Р«к представ­

ляет собой цепь суммирования электрических напряжений датчи­ ков газоанализаторов и температуры (аналогичную показанной

на рис. 1 или 2). Необходимые коэффициенты пропорционально­ сти устанавливаются вручную, а напряжение, пропорциональное а, снимается со стабильного источника напряжения.

Расход углерода на тонну чугуна определяется по формуле

с_ ЗДсо, + С-Ясо ~ь ,т

-- - —I—. Ц!

ptK

где Сб, су — коэффициенты;

b — количество углерода в углекислых солях;

т— количество углерода в чугуне и колошниковой

пыли.

Вычислительное устройство для определения <?с представ­ ляет собой суммирующее и делительное устройство, выполненное в виде электромеханического автоматического компенсатора,

описанного выше (см. рис. 4).

Минутная производительность доменной печи определяется формулой

^мин

где Уд— объем дутья, подаваемого в печь. Минутная производи­ тельность вычисляется также при помощи множитель­ ного электромеханического компенсатора.

Аналогичным образом устроены и остальные вычислительные устройства, определяющие объем дутья, подаваемого в печь, с учетом температуры и давления холодного дутья, рассчитываю­ щие уравнение рудной нагрузки и др.

На рис. 53 приведена общая схема связи вычислительных

устройств с доменной печью. Это — опытная схема, являющая­ ся первой попыткой применения вычислительной техники для оценки хода доменной печи. Выходные цепи этой схемы не вклю­

чены в систему управления печью, и показания выходных прибо­ ров использует мастер, когда изменяет режим дутья или загруз­ ки, чтобы не допустить намечающегося нарушения хода печи.

Опытная эксплуатация схемы показала, что результаты вы­ числений за длительный период времени достаточно точно ото-

71

лей СУ1 и СУ2, один из которых (СУ2) охвачен обратной связью через блок произведения БП, благодаря чему реализуется опера­ ция деления числителя на знаменатель в выражении для ч. Най­ денное значение ч подается на суммирующий усилитель СУЗ вместе с остальными членами уравнения для т, и с выхода этого

усилителя снимается напряжение, пропорциональное значению г.

Рис. 54. Схема вычислительного устройства для определения

теплового состояния горна доменной печи

Наблюдения за работой мастера, управляющего ходом печи,

показали, что в процесс управления входит много логических опе­ раций. В связи с этим в настоящее время ведутся исследователь­

ские работы по созданию системы логического управления до­ менной печью. В качестве элемента системы применяются устрой­ ства, решающие, как распределять материал на колошнике до­ менной печи. Исходной информацией для такого устройства яв­ ляются данные о характере распределения температур по окруж­ ности колошника. При нормальном ходе печи распределение тем­ ператур должно быть равномерным. Нарушение хода печи, вы­ званное неоднородным по сечению печи сопротивлением материа­

лов газовому потоку, приводит к изменению распределения тем­ ператур газов по окружности печи. Чтобы восстановить нормаль­ ное сопротивление материалов газовому потоку, необходимо из­ менить распределение их по станциям загрузки, уровень засипи и программу загрузки.

На рис. 55 приведена блок-схема вычислительного устройст­ ва, управляющего работой вращающегося распределителя до­ менной печи. По периметру колошника, на равных расстояниях друг от друга, установлено 12 термопар Т\— Тц, соединенных последовательно. С помощью делителя суммарное напряжение этих термопар уменьшается в 12 раз, тем самым реализуется опе-

74

рация нахождения средней температуры по периметру колошни­

ка. С найденной средней температурой поочередно сравниваются показания второй группы из 12 термопар Т\—Т12', установлен­ ных там же. Поочередность подклю­ чения термопар обеспечивается при помощи коммутатора К, выполнен­ ного на базе телефонных реле и ша­ гового искателя. Результаты срав­ нений подаются через усилитель У

в блоки определения максимумов БМК1 и минимумов БММ1. В этих блоках определяются номера тер­ мопар, показания которых макси­ мальны или минимальны по отноше­

нию к средней температуре. Эти но­

мера запоминаются запоминающи­ ми устройствами ЗУ- На показания термопар могут оказывать влияние случайные колебания температуры

на колошнике, поэтому при опреде­ лении положений максимума и ми­ нимума такое обегание повторяет­ ся несколько раз между подачами. Выявление закономерного располо­ жения точек с максимальной и ми­ нимальной температурами осуще7

Для того чтобы определение места неоднородного распреде­ ления потока газов по колошнику было более надежным, рас­ смотренная система может быть дополнена приборами, выяв­ ляющими распределение температур газов в газопроводах, -и приборами газового анализа на СО. При значительных рас­ стройствах хода печи одного изменения распределения материа-

75

ла по станциям может оказаться недостаточно и понадобится

изменение соотношения числа подач программы А (загрузка пе­

риферии) и числа подач программы Б (загрузка центральной части печи). Вопрос о необходимости изменения соотношения числа подач может быть решен автоматически, на основе сопо­ ставления данных о распределении температур по станциям вра­ щающегося распределителя с данными об имевшем место ра­ нее распределении материалов по этим станциям, а также на основе показаний газоанализаторов, определяющих содержание

СО по периферии и в центре печи.

Аналогичным образом может быть построена система для уп­ равления количественным и качественным распределением дутья по фурмам на основании анализа теплового режима по сечению нижней части печи. Проводимые в настоящее время ис­ следования позволят уточнить качественные и количественные зависимости, характеризующие ход доменной печи, и создать систему, которая будет давать команды на регуляторы или ис­ полнительные устройства печи.

4. НЕПРЕРЫВНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ

Наиболее простым случаем применения вычислительных

устройств для регулирования процесса горения в мартеновских печах является использование их для пропорционирования соот­ ношения топливо — воздух в печах, отапливаемых топливом не­

скольких видов.

Чтобы обеспечить желаемую тепловую нагрузку печи, уста­ навливают расход суммарного топлива, для сжигания которого необходимо подавать определенное количество воздуха (с уче­

том расхода кислорода). В общем случае соотношение между

расходами различных видов топлива может изменяться. Напри­

мер, в печах, отапливаемых коксовым газом и мазутом, это со­ отношение может меняться в зависимости от изменения давле­ ния газа в магистрали. При этом общее количество условного топлива должно оставаться неизменным в соответствии с задан­ ной тепловой нагрузкой. Так как для сгорания единицы объема коксового газа и единицы объема мазута требуются различные объемы воздуха, то при изменении соотношения расходов этих топлив или их общего расхода необходимо изменять и количест­

во подаваемого воздуха.

На рис. 56 приведена схема простого вычислительного ус­ тройства для автоматического определения расхода воздуха при данных соотношениях и расходах коксового и доменного газов, мазута и кислорода.

Расход каждого элемента измеряется и преобразуется в про­ порциональное угловое перемещение рамки ферродинамическо-

го датчика. Как было показано выше, напряжение, снимаемое с

76

рамки этого датчика, прямо пропорционально углу ее поворо­ та. Напряжения еь е2 и е3, снимаемые с датчиков преобразо­

вателей расходомеров топлива, суммируются в определенной пропорции в соответствии с данными о количестве кислорода,

необходимом для сгорания единицы объема данного вида топ­

горения. Однако для обеспечения полного сгорания топлива при

Рис. 56. Схема вычислительного устройства системы регулирования горения в мартеновской печи

наличии потерь воздуха в воздушном тракте фактическое коли­ чество воздуха, подаваемого в печь, должно быть несколько вы­ ше теоретического. Коэффициент избытка воздуха а определяет­ ся опытным путем и может изменяться от 1,1 до 1,3. Величина этого коэффициента устанавливается задатчиком, который пред­ ставляет собой ферродинамический датчик ДЗ. Обмотка воз­

буждения этого датчика питается через электронный усилитель мощности ЭУМ суммарным напряжением 61 + 62 + е3.

расходомеров воздуха (65) и кислорода (е4). Результирующее напряжение подается на регулятор соотношения, изменяющий расход воздуха таким образом, что

Хе = а (ех -ф е2 4- е3) — (б5 -ф е4) —> 0.

Очевидно, что обязательным условием возможности сумми­

рования расходов является наличие линейной зависимости меж­

ду расходом и напряжением рамки соответствующего ферро-

77

динамического датчика. Это особенно существенно при измере­ нии расхода по перепадам давлений на диафрагмах в газоили воздухопроводах. Этот перепад давлений h пропорционален квадрату расхода

где с—коэффициент, пропорциональный температуре изме- ар— коэффициент, пропорциональный давлению измеряе­

мого газа;

лт — коэффициент, пропорциональный температуре изме­ ряемого газа.

На рис. 57 приведен вариант схемы вычислительного устрой­ ства, непрерывно решающего приведенное выше алгебраическоеуравнение. Давление газа измеряется манометром с ферродина-

ческое вычислительное устройство (см. рис. 4).

Напряжение, снимаемое с диагонали мостовой схемы термо­

ние, пропорциональное перепаду давления h и снимаемое с дат­

чика Дй, подается через усилитель мощности на реохорд Д2Выходноенапряжение, пропорциональное h выпрямляет­

ся и подается на вход второго вычислительного устройства, в.

котором осуществляется операция извлечения квадратного кор­

напряжение и подается в схему суммирования, приведенную на

рис. 56. Следует заметить, что рассмотренная' схема регулиро­ вания горения является разомкнутой, поскольку изменение фи­ зических свойств топлива не вызывает изменения расхода воз; Духа.

В реальных условиях потери воздуха на тракте подачи в печь не могут быть оценены точно. Кроме того, в ванне печи протека­ ют химические реакции, требующие присутствия кислорода, поэ­ тому по ходу плавки сталевар вынужден изменять на глаз поло­ жение задатчика коэффициента избытка воздуха, что значитель­ но усложняет управление процессом горения и не обеспечивает

78

максимального использования тепловой мощности печи по перио­ дам плавки.

Правильность выбора коэффициента избытка воздуха можно

оценить по показаниям газоанализатора на кислород в отходя-

Рис. 57. Схема вычислительного устройства для определения расхода газа и воздуха по перепаду давлений на диафрагме

щих газах. Обычно полагают, что для нормального процесса го­ рения необходимо присутствие в отходящих газах около 4—3% кислорода. Превышение установленного содержания кислорода

означает подачу в печь избыточного количества воздуха, что ве­ дет к охлаждению печи; уменьшение содержания — недостаток

воздуха для горения. Данные об отклонении содержания кисло­

рода от заданного могут подаваться на корректирующий регуля-

79

тор, изменяющий положение задатчика регулятора соотношения. Поскольку в существующей системе измерения содержания кис­ лорода имеется запаздывание (в импульсных трассах, устройст­ ве очистки газа и самом газоанализаторе), то система коррекции должны быть импульсного типа со временем цикла, равным обще­ му времени запаздывания.

В последне время большое внимание уделяется вопросу авто­ матического регулирования тепловой нагрузки печи, определяе­ мой по уравнению энергетического баланса.

В Московском институте стали разработана принципиальная

схема регулирования, в которой регулируемой величиной являет­

ся теплоусвоение металлом ванны по ходу плавки. Теплоусвое-

ние — комплексный показатель процесса плавки, оно определя­

ется вычислительным устройством по разности между мгновен­

ными значениями тепловой нагрузки и количеством тепла, уносимого с продуктами горения и расходуемого на покрытие тепло­ вых потерь. В схеме предусматривается периодическая проверка работы вычислительных устройств на основании показаний кон­ трольно-измерительных приборов, что обеспечивает коррекцию по реальным условиям процесса.

Сибирским металлургическим институтом предложена систе­ ма, в которой вычислительное устройство рассчитывает темпера­

туру факела в рабочем пространстве печи и теплообмен между рабочим пространством и ванной, а также между газами и реге­ нераторами. Однако практическая реализация этих схем требует

уточнения ряда зависимостей и создания специальных приборов

для достаточно достоверного измерения некоторых параметров

процесса.

Более простой задачей является вычисление одного из основ­ ных технологических параметров процесса мартеновской плав­ ки — скорости выгорания углерода в ванне печи. При работе пе­ чи с заливкой жидкого чугуна в ванне содержится значительное количество углерода, в процессе выгорания которого выделяется тепло, примерно равное количеству тепла, вводимого в печь в ви­

де топлива (коксовый и доменный газы и мазут) после заливки.

Общее количество углерода в ванне можно установить, исходя из данных химического анализа веса плавки. Поэтому оказы­ вается возможным определить дополнительное количество кислородоносителя, необходимое для сжигания этого углерода. Од­ нако скорость процесса выгорания зависит от теплового состоя­ ния печи и ряда других факторов, которые нельзя учесть заранее.

Мгновенные количества топлива Qc, выделяемого из ванны

в виде СО, могут быть определены по газовому и топливному

балансам печи. Для простоты рассмотрения основных уравнений баланса примем, что печь отапливается лишь одншм видом топ­ лива, количество которого измеряется и равно QT. Пусть для

80