Дипломная работа

по теме

«Автоматическое управление соотношением компонентов защитного газа газосмесительной станции в условии

ЛПЦ-8 ОАО ММК»

Выполнил:

Проверил:

Введение

Основной задачей ОАО «ММК» является повышение конкурентоспособности своей продукции на рынке металлопроката. Решением этой задачи является снижение затрат на производство, улучшение качества выпускаемой продукции и освоение новых видов продукции.

Качество холоднокатаного листа в большей степени зависит от его термической обработки. Термическая обработка зависит не только от температурного режима, но и от состава и качества защитной атмосферы.

Защитные атмосферы широко применяются на ОАО «ММК» для обеспечения безокислительной обработки металла в колпаковых печах. Качество защитной атмосферы часто является определяющим фактором получении продукции без брака и в значительной степени влияет на производительность агрегатов.

Внедрение газоанализатора ДИСК-ТК в технологический режим газосмесительной станции позволит значительно улучшить качество регулирования соотношения защитной атмосферы. Это новшество позволяет снизить количество брака при обработки металла в колпаковых печах и в значительной степени влияет на производительность агрегатов. Система автоматического регулирования осуществляется на базе комплекса технических средств Ремиконт Р-130 с коррекцией по газовому анализу.

1 Автоматизация газосмесительной станции ЛПЦ-8 ОАО «ММК»

1. Технологические особенности термической обработки проката

Для всей продукции цехов холодной прокатки обязательной является термическая обработка после прокатки, которая в большинстве случаев состоит в светлом низкотемпературном рекристаллизационном отжиге. Изменяя режимы прокатки (степень обжатия) и степень рекристаллизации при отжиге, у холоднокатаных листов можно изменять прочностные и пластические свойства в весьма широком диапазоне.

Низкотемпературный рекристаллизационный отжиг холоднокатаной ленты толщиной менее 1 мм из малоуглеродистой стали можно проводить в колпаковых печах.

При рекристаллизационном отжиге листов и рулонов холоднокатаной малоуглеродистой стали в колпаковой печи конечные температуры всех точек отжигаемой садки должны лежать в интервале температур рекристаллизации примерно от 580-590 ^оС до точки Ас₁ (А_с1=830 ^оС). При этом чем ближе температура металла к точке Ас₁, тем полнее проходит рекристаллизация и тем лучше пластические свойства будут у отожженного металла. Однако повышение температуры выше точки Ас₁ приводит к чрезмерному росту зерна, обезуглероживанию и ухудшению прочностных свойств металла. Кроме того, из-за крупнозернистой структуры ухудшается качество поверхности готовых листов и изделий из них.

Понижение температуры нагрева металла приводит к получению более мелкозернистой структуры, увеличению его твердости и к снижению пластических свойств. Чрезмерное снижение температур (до или ниже нижнего предела рекристаллизации), может привести к тому, что структура отожженного металла будет характеризоваться остаточными явлениями наклепа, низкой пластичностью и низкими механическими свойствами.

Качество холоднокатаного листа в значительной мере зависит не только от температурного режима, но и от состава защитного газа и режима питания печи этим газом.

Отжиг холоднокатаной ленты из малоуглеродистой и низкоуглеродистой стали проводят в атмосфере азотного защитного газа, а термическую обработку ленты из легированных и специальных сталей – в атмосфере водородного защитного газа.

После установки муфеля на стенд начинают продувать его защитным газом. Чтобы вытеснить из под него воздух. Продувка должна быть закончена до того, как максимальная температура в садке достигнет 450-500 ^оС. Защитный газ подают под муфель в течении всего цикла отжига, вплоть до снятия муфеля.

Определяя режим термической обработки рулонов холоднокатаной ленты следует иметь в виду, что для получении поверхностного наклепа, обеспечивающего хорошую штамповку, в качестве завершающей операции процесса часто проводят дрессировку.

1.2 Технология приготовления защитных атмосфер на газосмесительных станциях

В качестве защитных атмосфер при светлом отжиге холоднокатаных листов малоуглеродистой стали применяют нейтральные газы, основным компонентом которых является азот.

Защитный Nx-газ является продуктом неполного (с коэффициентом избытка воздуха равным ноль целых девять десятых) сжигания природного газа, бутана, коксового газа и смеси коксового и доменного газов с последующим удалением СО₂ и глубокой осушки до точки росы минус 40 - 50 ^оС. Теоретический состав Nx-газа при изготовлении его из природного газа 1,5% СО, 1,7% Н₂, остальное N₂; из смешанного коксодоменного газа 0,5% СО₂, 2-4% СО, 3-4% Н₂, остальное N₂.

Газ такого состава надежно предохраняет металл от окисления и обезуглероживания, но при увеличении содержания СО в газе свыше 4% происходит значительное выделение сажи, что приводит к браку металла. В этом случае для устранения сажевыделения следует повысить содержание СО₂ в газе до соотношения СО/СО2 = 2.

На некоторых заводах применяют Dx-газ, который получают из тех же исходных газов при неполном их сжигании с коэффициентом избытка воздуха равным от ноль целых шести десятых до ноль целых шестидесяти пяти десятых. Состав Dx-газа: 9,5% СО₂; 11-12% СО; 5-6,5% Н₂, остальное N₂. Однако эта атмосфера пригодна только для светлого отжига спокойной и кипящей стали с содержанием углерода не более 0,25%. При отжиге высокоуглеродистых сталей в атмосфере Dx-газа возможно обезуглероживание.

В последнее время все более широкое применение находит азотный защитный газ, получаемый из технического азота – побочного продукта кислородных станций металлургических заводов. Кислород, содержащийся в техническом азоте дожигают при помощи аммиака и получают нейтральный газ следующего состава: 4-5% Н₂, остальное N₂. Такой газ наиболее целесообразно применять при отжиге жести, так как в этом случае исключена опасность сажеобразования [1].

Наряду с перечисленными атмосферами часто используют эндотермический газ с регулируемым углеродистым потенциалом. Получаемым при сжигании газов с высокой температурой сгорания (природный газ, бутан и др.) с большим недостатком воздуха в присутствии специальных катализаторов, обеспечивающих протекание эндотермических реакций. Изменяя соотношение газ-воздух, можно регулировать и контролировать точку росы и состав эндотермического газа и тем самым управлять процессом науглероживания стали или получать нейтральную атмосферу.

При светлой термической обработке высоколегированных сталей, например нержавеющих, применяют восстановительную сухую (точка росы минус 50 ^оС) водородную атмосферу, получаемую методом диссоциации аммиака, с составом

25% N₂, 75% Н₂. Используя специальные установки дожигания, содержание N₂ и Н₂ можно регулировать в широком диапазоне [2].

Влажную водородную атмосферу (с добавками водяных паров в водородный газ) используют, при обезуглероживающем отжиге трансформаторной стали.

В колпаковых печах ЛПЦ-8 ОАО «ММК» при термической обработке используют азотно-водородную защитную атмосферу. На газосмесительной станции производят атмосферу следующего состава: 7% Н₂ и 93% N₂.

Защитная азотоводородная атмосфера для термических печей отжига ЛПЦ-8 ОАО «ММК» состоит из 7% водорода, не более 0,003% кислорода, остальное азот и по­лучается путём раздельного производства азота и водорода высокой чистоты и последующего смешивания их в требуемом соотношении.

Приготовление защитной атмосферы путем автоматического смешивания исходных компонен­тов производится на газосмесительной станции.

Азот для приготовления защитной атмосферы вырабатывается на воздухоразделительных уста­новках КАР-30 на кислородной станции №5 кислородно-компрессорного цеха №2.

Азотопроводы с указанных установок закольцованы в единый коллектор, пи­тающий азотом газосмесительную станцию.

Водород на газосмесительную станцию подается с водородной станции. Газосмесительная станция расположена на одной территории с водородной станцией и включает в себя помещение КИП и А и открытую площадку на отметке плюс три.

На открытой площадке размещен комплекс трубопроводов азота, водорода и готовой защитной атмосферы, оснащенный запорной арматурой, продувочными и сбросными све­чами, регуляторами давления с пневматическим управлением. Все регуляторы давления имеют исполнение «нормально закрыт».

На трубопроводах водорода и азота установлены сужающие устройства для определения расходов газов, поступающих на смешивание.

В помещении КИП и А газосмесительной станции расположены приборы автоматического контроля и регулирования параметров технологического процесса получения защитной атмосферы и транс­портирования ее в термический участок ЛПЦ-8 ОАО «ММК».

Технический азот газосмесительная станция получает с кислородной станции №5 КЦ УГЭ, где азот производят путем глубокого охлаждения воздуха, чистота азота при этом составляет 99,99 – 99,999%. За счет глубокого охлаждения воздуха азот имеет точку росы минус 70 ^оС. Давление азота на подходе к газосмесительной станции равно 2,8 кПа.

Водород получают с водородной станции ЛПЦ-8 ОАО «ММК». Водород на водородной станции производят путем гидролиза воды. Методом дополнительной осушки водорода доводят его до точки росы минус 50 ^оС. Давление водорода на подходе составляет 5,6 кПа.

Получение водорода производится методом электролитического разложения воды в электролизере.

При прохождении электрического тока через раствор электролита на элек­тродах электролизера происходит разряд ионов и протекают связанные с этим химические реакции.

Образующиеся при электролизе воды, газы раздельно поднимаются в верх­нюю часть ячейки и через штуцеры в раме вместе с электролитом отводятся в со­ответствующие газовые каналы в электролизере, где происходит первоначальное разделение газожидкостной эмульсии.

Основная масса электролита отдельно охлаждается в средней камере, и после очистки в фильтре смешивается с конденсатом и распределяется по всей длине электролизера.

Газы выходят из электролизера и поступают в коллекторы водорода и кисло­рода. Для поддержания равенства давлений в водородной и кислородной сторо­нах электролизера, на коллекторах установлены регулирующие гидрозатворы.

Электролитический водород по коллектору через гидрозатвор и сепаратор направляется на всас компрессора и затем поступает на очистку и осушку.

Между гидрозатвором и сепаратором в технологическую схему включен газ­гольдер водорода, работающий в режиме «на тупик».

Сжатый водород после компрессора проходит холодильник, сепаратор и на­правляется в один из контактных аппаратов для очистки от кислорода. Очистка водорода производится методом гидрирования на никель-хромовом катализаторе. Очищенный от кислорода водород из контактного аппарата поступает в хо­лодильник, сепаратор и направляется сверху вниз в один из алюмогелевых осушителей, работающих в режиме осушки [3].

После осушки готовый водород выдается на смешение с азотом на газосмесительную станцию и после поступает потребителю в термическое отделение колпаковых печей ЛПЦ-8 ОАО «ММК».

Добавление водорода обеспечивает гидрирование кислорода, но главным фактором добавления водорода в защитную атмосферу является увеличение теплопроводности газа, что позволяет значительно сократить среднюю продолжительность нагрева и увеличению производительности агрегатов.

Структурная схема производства, смешивания и потребления водорода в ЛПЦ-8 ОАО «ММК» показана на чертеже З.220301.28.ДП.07.С1.01.