Глава АВТОМАТИЗАЦИЯ

VI ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

1. ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Восстановление железа в процессе доменной плавки решаю­щим образом зависит от теплового состояния печи. В свя­зи с этим основная задача автоматического управления до­менным процессом заключается в создании наиболее благо­приятных условий для протекания восстановительных процессов, что выражается в стабилизации теплового со­стояния печи. При этом доменная печь работает с макси­мальной производительностью и экономичностью при огра­ничениях, обусловленных качеством сырья, мощностью воз­духодувных машин, ресурсами кислорода, природного газа, юстоянием печи, вспомогательного оборудования и др.

Главными причинами колебаний теплового состояния шляются изменения качества шихты, отклонения темпера- уры и состава дутья от заданных значений, нарушения распределении материалов по сечению печи. Сильное воз-

Действие на тепловое состояние оказывает влажность кокса (так как кокс дозируют по массе),.содержание и сте­пень окислениости железа в шихте. Так, при изменении влажности кокса на 1,5—2,0 % содержание кремния в чу­гуне изменяется на 0,1—0,15 %• Поэтому именно эти воз­мущения должны быть в первую очередь скомпенсированы при ручном и автоматическом управлении ходом доменной печи,.

Для работы печи существенное значение имеет соотно­шение скоростей потоков материалов и газов. Это соотно­шение может изменяться довольно быстро, и при амплиту­де колебания соотношения 15—20 % отклонения в концен­трации кремния в составе чугуна могут достигать 1—1,6 %. Из-за инерционности процесса колебания состава чугуна на печи не достигают таких размеров. Для повышения точ­ности контроля теплового состояния печи и прогноза содер­жания кремния в чугуне необходим контроль расхода дутья, выхода колошникового газа и расхода загружаемых ших­товых материалов. С помощью этих параметров расчетным путем можно получить соотношение интенсивностей движе­ния потоков материалов и газов.

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 за 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.

25*

В частности, показатели прямого восстановления мож­но контролировать по измерениям количеств дутья и газов. Прогноз содержания кремния уточняется, если рассчиты­вать действительный и расчетный выход чугуна. Темпера­туру колошникового газа можно использовать в качестве контрольного сигнала при прогнозировании колебаний теплового состояния, вызванных временными отклонения­ми отношений интенсивностей потоков шихты и газа от установившихся величии. Существенную информацию о теп­ловом состоянии печи могут дать общий (фурмы—колош­ник) и частные '(фурмы — середина шихты, середина ших­ты — колошник) перепады давления газа в печи, интенсив­ность излучения из фурменных очагов и т. д. 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 печи. Управление «сверху»

осуществляется на ко­лошнике путем измене­ния условий загрузки, а «снизу» — из фурмен­ной зоны изменением параметров дутья (рис134

Доменная печь как объект автоматического управления обладает большой инерционно­стью. Поэтому 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 запаздыванием управляющих воздействий. Так, на­пример, изменение рудной нагрузки на кокс сказывается на тепловом состоянии горна доменной печи только через 5—6 ч.

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 флуктуаций входных параметров процесса, которые сравнительно невелики. Дру­гим благоприятным фактором является большая аккуму­лирующая способность печи. Огромная масса материалов, участвующих в процессах массо-и теплообмена, способству- ет сглаживанию возмущающих воздействий. В этом смыс­ле инерционность процесса позволяет иметь некоторый ре­зерв времени для выбора рационального управления,

2. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА

В табл. 4 представлены основные технологические парамет­ры доменного процесса, определяющие работу доменной печи и подлежащие автоматическому контролю (рис. 135).

Система контроля основных параметров доменного про­цесса представляет сложный комплекс датчиков, преобра­зователей и вторичных приборов. Количество щитов, пуль­тов и стендов, на которых размещается эта аппаратура, не­прерывно растет. Информация становится трудно воспри­нимаемой и обслуживающий печь персонал не в состоянии полностью использовать ее для оперативного управления процессом.

401

Поэтому в настоящее время на доменных печах устанав­ливают системы централизованного контроля и управления (СЦКУ), основанные на использовании микро- и мини- ЭВМ, а показатели основных параметров процесса, кроме регистрации на диаграммах вторичных приборов, перфоно- сителях и магнитных носителях информации, выносятся также на дисплей и мнемонические схемы в виде цифровой индикации, причем индикаторы расположены в точках мне­мосхемы, соответствующих положению датчика на объекте. Применение СЦКУ дает возможность более рационально использовать всю .информацию, поступающую от системы контроля доменного процесса, и выдавать ее в форме, удоб­ной для ввода в управляющие вычислительные машины, В системе СЦКУ может быть предусмотрена предваритель­ная обработка данных, сглаживание, усреднение, расчет комплексных показателей, что облегчает анализ инфор­мации.

3. Локальные системы

Локальные системы решают следующие задачи: стабилиза­ция параметров комбинированного горячего дутья, посту­пающего в доменную печь; стабилизация давления колош-

никового газа; управление нагревом воздухонагревателей печи.

Основным условием ровной, высокопроизводительной ра­боты доменной печи является постоянство материального и энергетического режимов плавки. Комбинированное горя­чее дутье, поступающее в печь, состоит из воздуха, кисло­рода, природного газа и водяного пара. Случайные измене­ния количества, состава или температуры горячего дутья вызывают нарушения материальных и энергетических ус­ловий доменной плавки и приводят к нежелательным по­следствиям. В то же время сознательные воздействия на параметры комбинированного дутья могут быть использо­ваны для управления «снизу» ходом доменной плавки. По­этому выбор заданного значения того или иного параметра комбинированного дутья является функцией управления, а стабилизация этого параметра на заданном уровне — функцией локальных, стабилизирующих систем.

Турбовоздуходувка подает смесь воздуха и кислорода, поступающего с кислородной станции, в воздухонагревате­ли — теплообменники периодического действия регенера­тивного типа. Нагретая до высокой температуры кислород­но-воздушная смесь поступает в смесительный трубопро­вод, куда поступает также часть холодной смеси для полу­чения необходимой температуры дутья перед подачей его в печь, В трубопровод холодного дутья подается водяной пар. Воздух, кислород и пар, нагретые до заданной темпе­ратуры, сначала поступают в кольцевой трубопровод, опоя­сывающий доменную печь, а из него через фурмы непосред­ственно вдуваются в домну. Природный газ поступает в кольцевой коллектор, а из него через распределительные клапаны подводится к фурмам.

Основными параметрами дутья, стабилизируемыми ло­кальными системами автоматического регулирования, яв­ляются: расход кислородно-воздушной смеси; расход кис­лорода (или концентрация кислорода в дутье); соотноше­ние расходов природного газа и воздуха с учетом концентрации кислорода в дутье; распределение горячего дутья и природного газа по фурмам печи; температура го­рячего дутья; влажность дутья.

3.1. Автоматическая стабилизация расхода кислородно-воздушного дутья

26*

Турбовоздуходувные машины, снабжающие доменные печи воздухом повышенного давления, устанавливаются в отдель­ном здании — паровоздуходувной станции (ПВС). Связь

между доменной печью и ПВС осуществляется по телефо­ну (телетайпу) и с помощью дистанционной передачи. При этом мастер доменной печи по телефону (телетайпу) выда­ет заказ на расход дутья дежурному по турбовоздуходув- ной машине. Давление и расход дутья на печь контролиру­ются и регистрируются приборами, установленными на главном пульте.

Особенности управления турбовоздуходувной машиной обусловлены ее рабочими характеристиками. Производи­тельность машины и развиваемое ею давление зависят от числа оборотов турбины и степени дросселирования воз­душного потока на всасывании или на стороне нагнетания. При уменьшении расхода воздуха развиваемое машиной давление вначале повышается, достигает экстремального значения, а затем начинает снижаться. В этом случае дав­ление в сети (т. е. в системе трубопроводов и шахте печи, обладающей определенной инерцией) становится больше, чем давление на выходе машины, и образуется обратный поток воздуха — из сети в машину. Через некоторое время давление в сети снижается, и воздуходувка вновь нагнетает воздух в сеть до тех пор, пока давление в ней опять не пре­высит давления на выходе машины. Возникает режим не­устойчивой работы (режим «помпажа»), который сопро­вождается сильными вибрациями ротора турбины и может привести к аварии. Для предупреждения возникновения этого режима работы на турбовоздуходувках устанавлива­ют противопомпажные регуляторы, которые при подходе расхода дутья к критическому значению искусственно уве­личивают расход воздуха, сообщая сеть с атмосферой.

Расход дутья в доменных печах остается постоянным при всех возможных колебаниях сопротивления столба ших­товых материалов. При этом турбовоздуходувная машина должна обеспечить постоянство расхода дутья независимо от сопротивления сети. Это может быть достигнуто либо из­менением числа оборотов машины, либо дросселированием воздушного потока на входе или выходе машины. Стабили­зация расхода путем изменения числа оборотов турбины более экономична, но если диапазон изменения расхода до­статочно велик, то скорость машины может недопустимо возрасти. В этом случае приходится дросселировать воз­душный поток.

Отечественные заводы выпускают турбовоздуходувные машины с комбинированным управлением, что позволяет управлять расходом дутья в широких пределах. Для мак­симальной скорости вращения ротора машины предусмат-

ривается предохранительное устройство, выключающее по­дачу пара при достижении ротором максимально допусти­мых оборотов. Система безопасности предусматривает также отключение пара при появлении осевого сдвига, пре­кращении подачи масла и при других аварийных ситуациях.