330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУ_ОбжигаЭлектродов

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

тилляции связующего происходят хи

выми материалами. Камера печи за

О ТЕХНОЛОГИИ ОБЖИГА

мические процессы, условно именуе

крывается сводом из термопрочного

Обжиг «зелёных» заготовок является

мые как «залечивание» труднодоступ

материала. Далее находящиеся в каме

весьма важной стадией производства

ных пор и образование контактных

ре заготовки и пересыпка подвергают

электродов и решающей, завершаю

мостиков между частицами коксовой

ся температурной обработке в течение

щей стадией в производстве обожжён

шихты. И, наконец, при температурах

400 часового цикла. Нагрев от 120 до

ных анодов. Обжиг и спекание связую

порядка 1050...1100°C в заготовках об

1100 1200°C производится по задан

щего [1] являются на самом деле сино

разуется сплошная структурная ре

ному графику обжига со скоростью,

нимами названия одного и того же тех

шётка углерода. Очевидно, что при

определяемой набором физико хими

нологического процесса, при котором

этом на качество всех реакций в про

ческих свойств изделий, которые не

коксопековая композиция превраща

цессе обжига и на свойства продукции

обходимо получить. Для утилизации

ется в монолитное изделие. Обжиг со

значительное влияние оказывает тем

тепла, получаемого при работе камер с

провождается сложными физико хи

пературный режим, то есть зависи

более высокой температурой, камеры

мическими процессами в заготовках,

мость увеличения температуры загото

объединяются в так называемую сис

происходящими в результате размягче

вок от времени.

тему огня, состоящую из нескольких

ния, дистилляции и коксования свя

В России обжиг электродных заго

камер с постепенно повышающейся

зующего – пека. На начальной стадии

товок осуществляется в многокамер

температурой обжига.

обжига, до температуры в теле заготов

ных кольцевых печах закрытого типа

Начиная с 50 х годов прошлого века,

ки 300…400°C, завершаются процессы

со съёмным сводом. Общий вид такой

схема технологического процесса и

смачивания и пропитки, которые не

печи показан на рис. 1. «Зелёные» за

оборудование для нагрева изделий

нашли полного развития в ходе смеше

готовки загружаются в камеры печи,

практически не изменялись. Две диф

ния и прессования заготовок. В даль

связанные каналами газоходов, и

фузионные горелки, установленные в

нейшем в результате усиленной дис

пересыпаются специальными шихто

своде камеры, при давлении газа

26

Рис. 1. Общий вид печи обжига электродных заготовок

Рис. 2. Рампа обжиговой камеры с органами управления

www.cta.ru

СТА 3/2006

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

3000 Па управлялись обжигальщиком

сыпкой материала. Подача топлива

троллер пересылает эти значения в

вручную и позволяли вести процесс

(природного газа) на сопло горелки

МРРГ 02, в котором генерируется по

обжига по заданному графику с точно

происходит в импульсном режиме с за

следовательность

соответствующих

стью –50…+30°C. Контроль процесса

данными частотой и длительностью

управляющих импульсов.

сводился к замеру температуры под

импульсов. Соотношение газ/воздух

Кроме измерительной и управляю

сводом камеры и записи показаний на

поддерживается автоматически за счёт

щей частей системы управления, на

вторичном приборе (самописце). Оче

инжекции воздуха, необходимого для

рампе также монтируются обязатель

видно, что кроме низкой точности со

оптимального сгорания газа, в момен

ные устройства системы безопасности.

блюдения графика обжига заготовок,

ты импульса газового потока, обеспе

В их состав входят ионизационные

такой способ управления приводил к

чивающего требуемую кратность ин

датчики контроля факела для каждой

неоправданно высокому перерасходу

жекции подсасываемого воздуха и ско

горелки и устройство защиты от пога

топлива и значительному браку на пе

рость вылета газовоздушной смеси из

сания факела (УЗПФ), обрабатываю

ределе из за большого перепада темпе

кратера горелки.

щее сигналы от датчиков контроля фа

ратуры по высоте камеры.

Исполнительными органами в сис

кела и генерирующее сигналы тревоги

В начале 1996 году на Новочеркас

теме управления подачей газа служат

для МРРГ 02. При получении такого

ском электродном заводе совместно с

электромагнитные клапаны, работаю

сигнала МРРГ 02 блокирует на аппа

НПК «Югцветметавтоматика» были

щие с достаточно высокой частотой.

ратном уровне передачу управляющей

начаты работы по переводу обжиговой

Клапаны крепятся на входном патруб

последовательности импульсов на кла

печи на импульсный режим сжигания

ке горелок. Для контроля горения газа

паны подачи газа и активизирует све

газа при нагреве заготовок. Основны

используются ионизационные датчики

товой и звуковой сигналы тревоги на

ми целями разработки и внедрения со

факела. Горелки с клапанами и датчики

мнемосхеме печи. Кроме того, инфор

ответствующей системы управления

факела устанавливаются на специаль

мация о погасании факела передаётся

были следующие:

ной рампе, которая может быть совме

на центральный контроллер и фикси

● значительное повышение точности

щена со сводом камеры или переме

руется в отчёте тревог.

соблюдения режима нагрева загото

щается отдельно при помощи цехового

вок;

мостового крана. Рампы расположены

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ

● обеспечение равномерного разогрева

непосредственно над огневыми колод

УПРАВЛЕНИЯ

камер печи;

цами. Общий вид рампы показан на

Система управления обжиговой пе

● сокращение расхода дорогостоящего

рис. 2. Кроме рампы с исполнительны

чью имеет трёхуровневую иерархиче

топлива;

ми механизмами, на своде камеры

скую структуру, графически представ

● уменьшение влияния «человеческого

монтируются термопары для контроля

ленную на рис. 3.

фактора» на результаты технологиче

температуры газовой фазы в подсводо

Нижний уровень системы представ

ского процесса.

вом пространстве. Значения заданного

лен устройствами полевой автоматики

Более подробно проблемы создания

температурного режима и измеренной

и МРРГ 02. К устройствам полевой ав

системы управления обжиговой печью

температуры являются основой алго

томатики для каждой из тридцати ка

обсуждаются в [2]. В результате выпол

ритма подачи топлива.

мер печи относятся термопары и пре

ненной работы впервые в отечествен

Управление клапанами ведётся при

образователи сигнала температуры,

ной практике на реконструированной

помощи микроконтроллерных регуля

клапаны импульсной подачи газа на

обжиговой печи была внедрена АСУ

торов расхода газа типа МРРГ 02, раз

горелки, ионизационные датчики и

ТП, позволившая исключить ручное

работанных в НПК «Югцветметавто

УЗПФ. Кроме перечисленных, в состав

управление пробковыми кранами пода

матика» на базе PIC контроллера

устройств полевой автоматики входят

чи топлива и резко (почти в два раза) со

16C74. Для контроля температуры под

приборы контроля

технологических

кратить расход топлива на обжиг. Точ

сводом камеры используется термопа

параметров для печи в целом:

ное поддержание температурного режи

ра в чехле из бескислородной керами

● температуры отходящих газов в пер

ма и уменьшение перепада температуры

ки. Контролируемое напряжение тер

вом и втором боровах печи,

по высоте камеры привели к снижению

мопары при помощи преобразователей

● температуры отходящих газов до и

выхода бракованной продукции.

DSCA37S 06 производства компании

после фильтра,

Dataforth трансформируются в норми

● температуры отходящих газов перед

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

рованный токовый сигнал 4...20 мА.

дымососом и перед дымовой трубой,

И ОСНАЩЕНИЕ ПЕЧИ

Этот сигнал передаётся в МРРГ 02, где

● разрежения на хвостовой камере в

Что же позволило получить такие ре

он оцифровывается и по шине RS 485

системе огня,

зультаты? Прежде всего, изменение

(протокол ModBus RTU) поступает в

● давления природного газа на входе

схемы подачи топлива: вместо двух

центральный контроллер. Использова

печи.

диффузионных горелок, используемых

ние выделенного преобразователя

Все эти сигналы преобразуются при

по традиционной схеме, она осуществ

DSCA37S 06 обусловлено, во первых,

помощи соответствующих преобразо

ляется при помощи пяти инжекцион

высокими температурами в зоне голов

вателей в токовые сигналы и передают

ных импульсных горелок, установлен

ки термопары и, во вторых, высокими

ся на средний уровень.

ных на передвижных рампах, каждая

эксплуатационными характеристика

Территориально приборы нижнего

напротив своей кассеты. Сжигание

ми изделий такого рода компании

уровня расположены как непосредст

топлива, в отличие от печей старой

Dataforth. После вычисления новых

венно на камерах печи, в газоходах, на

конструкции, производится в огневых

значений частоты и длительности им

газорегулирующем устройстве, так и в

27

шахтах, а не непосредственно над за

пульсов подачи газа центральный кон

операторском помещении. В частно

СТА 3/2006

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

Industrial Ethernet

Центральный

контроллер АСУ ТП

IPC 510

RS 485 (ModBus RTU)

АРМ начальника

АРМ контролёра

Щит управления

цеха

ОТК

МРРГ 02

МРРГ 02

МРРГ 02

АРМ оператора обжиговой печи

ГВС

Клапаны

Датчики

Токовая петля (4…20 мА)

контроля

факела

УЗПФ

Термопары

0 1300°C

4…20 мА

4…20 мА

4…20 мА

4…20 мА

Разрежение

Давление газа

Температура

в борове

на входе

отходящих газов

Преобразователь

Приборы контроля общих

DSCA37S 06

технологических параметров печи

Камера обжиговой печи

Условные обозначения:

МРРГ — микроконтроллерный регулятор расхода газа; ГВС — газовоздушная смесь;

УЗПФ — устройство защиты от погасания факела.

сти, в операторском помещении распо

рудования фирмы Advantech. Он состо

лагается шкаф управления, на перед

ит из 4U промышленного шасси IPC

ней панели которого расположены ре

510 с полноформатной PICMG про

гуляторы МРРГ 02 для каждой камеры

цессорной платой PCA 6004. Для связи

печи и устройства световой и звуковой

с МРРГ 02 использована интерфейс

сигнализации; управление сигнализа

ная плата PCL 740, а для оцифровки

цией производится по сигналам, посту

общетехнологических параметров пе

пающим от УЗПФ и приборов контро

чи – плата АЦП PCL 813 в комплекте

ля общих технологических параметров

с клеммной платой PCLD 8115D, на

печи. Такое расположение оборудова

которой установлены необходимые

ния упрощает контроль параметров и

пассивные фильтры. Использование

управление печью как в ручном, так и в

здесь оборудования фирмы Advantech

автоматическом режиме, позволяет со

обусловлено тем, что оно показало вы

средоточить органы управления не

сокие эксплуатационные качества в со

сколькими печами в одном помещении

ставе нескольких систем управления,

и тем самым облегчить работу обслужи

уже использующихся на ОАО «Ново

вающего персонала.

черкасский электродный завод», а так

Рис. 4. Стойка управления обжиговой печи

Средний уровень системы управле

же хорошим соотношением «цена/ка

ния предназначен для преобразования

чество» и широкой номенклатурой раз

управляющей и измерительной ин

сигналов в цифровую форму, сбора

нообразных средств автоматизации.

формации, хранения истории прове

данных с устройств МРРГ 02 и выра

Внешний вид стойки управления об

дения цикла обжига и протоколирова

ботки управляющих воздействий для

жиговой печи показан на рис. 4, стойка

ния его результатов. В состав оборудо

камер печи. Аппаратно средний уро

обеспечивает степень защиты IP54.

вания верхнего уровня входит АРМ

28

вень представлен промышленным кон

Верхний уровень системы управле

оператора печи на базе офисного ком

троллером, построенным на базе обо

ния предназначен для представления

пьютера, а также АРМ начальника це

www.cta.ru

СТА 3/2006

Рис. 5. Мнемосхема печи на экране АРМ оператора

Рис. 6. Экран ввода технологических параметров процесса обжига

ха и контролёра ОТК. Эти компьюте

50 80% по сравнению с печами, рабо

ре, температура отходящих газов,

ры и контроллер системы управления

тающими по старой технологии. Кроме

давление в магистрали подачи при

объединены в сеть Industrial Ethernet

того, внедрение АСУ ТП обжига элек

родного газа на рампу;

(100 Мбит/с).

тродной продукции позволило:

● установка на каждой камере прибо

АРМ оператора печи является основ

● соблюдать график подъёма темпера

ров измерения разрежения и расхода

ным в составе верхнего уровня систе

туры при обжиге заготовок с точно

газа для управления подаваемой теп

мы управления. При помощи мнемо

стью ±2°C;

ловой мощностью. ●

схемы,

отображаемой

на

мониторе

● вести электронную паспортизацию

(рис. 5), оператор может контролиро

электродной продукции на этапе об

ЛИТЕРАТУРА

вать состояние печи. При помощи эк

жига;

1. Янко Э. А. Аноды алюминиевых электро

рана ввода технологических парамет

● повысить общую производственную

лизёров. — М. : Издательский дом «Руда

ров процесса обжига (рис. 6) можно

и технологическую дисциплину.

и металлы», 2001. — 670 с.

изменять график обжига, время вклю

Однако

любая автоматизирован

2. Сошкин С. В. Разработка и внедрение

чения камер, контролировать общий

ная система является «живым», по

АСУ ТП обжига электродных изделий в

темп огня. Для формирования и печати

стоянно

развивающимся организ

камерных печах // Цветные металлы.

итоговой карты обжига электродных

мом. В перспективе развития пред

2005. № 10.

заготовок использован процессор таб

ставленной в данной статье АСУ ТП

лиц Excel.

можно выделить следующие направ

Авторы — сотрудники

РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ления:

НПК «Югцветметавтоматика»,

● использование при управлении по

телефон: (8672) 74!6334,

Внедрение

принципиально нового

дачей газа таких технологических па

и ОАО «Новочеркасский

способа сжигания газа позволило по

раметров, как разрежение в хвосто

электродный завод»,

лучить

его

экономию

в

пределах

вой (последней в системе огня) каме

телефон: (86352) 94!444, 94!184

www.cta.ru

СТА 3/2006