13.2 Локальные системы автоматического управления доменным процессом

В зависимости от конкретных условий работы доменной печи и постав­ленных технологических задач цели управления могут быть различными. Для реализации поставленной цели необходимо ее количественное вы­ражение или, иначе говоря, определение критерия управления. При управлении доменной плавкой может быть поставлена цель стабилиза­ции теплового режима. В качестве критерия теплового режима иногда выбирают содержание кремния в чугуне или температуру продуктов плавки. Поставленная цель достигается путем таких воздействий на теп­ловой режим плавки, в результате которых величины текущих откло­нений содержания кремния в чугуне и температуры чугуна от заданных значений стремятся к минимуму. В других случаях стремятся обеспечить максимальную производительность печи при ограничениях, положенных на себестоимость и качество получаемого чугуна, или минимизируют себестоимость чугуна при ограничениях, наложенных на его качество и производительность печи.

При управлении доменным процессом основная задача может быть представлена в виде ряда локальных задач, решение которых позволяет обеспечить требуемый режим работы печи. К этим задачам относятся управление: шихтоподачей, тепловым режимом печи, распределением газовых потоков в столбе шихтовых материалов и сходом шихты. От­дельные контуры управления доменным процессом взаимосвязаны между собой в том смысле, что изменение какого-либо управляющего воздействия в определенном контуре вызывает изменение выходной ве­личины не только этого контура, но и других контуров управления.

Системы автоматического управления отдельными режимами работы доменной печи называются локальными системами убавления, или подсистемами комплексного управления. На вход локальных систем управления поступает информация, характеризующая соответствующий режим, а выходом системы является управление задатчиками систем стабилизации, обслуживающих данный комплекс параметров. Можно выделить следующие локальные системы управления: шихтовки и шихтоподачи; теплового режима; распределения газового потока; хода доменной печи.

Автоматический контроль уровня поверхности засыпи шихты.

Автоматический контроль уровня поверхности засыпи шихты является важным фактором для разработки сис­тем стабилизации шихтового режима. Уровень поверх­ности шихты в промежутках между загрузкой очередных подач опускается примерно на один метр. Уровень за­сыпи автоматически измеряется механическими или ра­диометрическими уровнемерами. Механическими уровне­мерами (зондами) уровень измеряется в двух точках по сечению колошника. Зонд представляет собой трос и цепь с чугунным грузом на конце, который опирается на поверхность шихты. Зонды с помощью лебедок опу­щены в рабочее пространство печи через отверстия в воронке большого конуса. Поворот барабана лебедки фиксируется датчиком угла поворота и измерительным прибором, записывающим на диаграмме положение уров­ня шихты.

Рисунок 13.2.1 - Контроль уровня засыпи

Зондовые уровнемеры не дают точных измерений уровня вследствие погружения их в шихту и затягивания вниз. В этом отношении радиометрический уровне­мер (рисунок 5.2.1) имеет пре­имущества. Принцип дей­ствий уровнемера основан на поглощении гамма-из­лучения шихтой. Излуче­ние от двух диаметраль­но противоположных ис­точников 3 направлено на стенки колошника, где установлены трубы 2 с подвешенными на кабель-тросах четырьмя прием­никами излучения 1. При опускании шихты увели­чивается интенсивность облучения приемников, выходной ток которых воз­растает и вызывает (через блок управления 7) включе­ние двигателя 4 в сторону опускания приемника 1. При повышении уровня облучение приемников уменьшается и двигатель вращается в обратном направлении. С ва­лом двигателя связан преобразователь 5, сигнал с кото­рого, пропорциональный уровню засыпи, передается на измерительный прибор 6.

Контроль профиля поверхности засыпи необходим для определения расположения впадины и гребня ших­ты по диаметру колошника, перекосов поверхности и одностороннего схода шихты. Наличие такой информа­ции позволяет усовершенствовать управление распреде­лением шихтовых материалов и газового потока по диа­метру колошника и сечению печи. Для замера профиля засыпи используются радиометрические (гамма-локато­ры) или электромагнитные профилемеры.

О характере распределения газового потока по сече­нию печи можно судить по составу газа, отобранного по радиусам с определенного горизонта печи, или по его температуре. При правильно выбранном горизонте наблюдается полное соответствие между содержанием диоксида углерода в газе и его температурой; более высокой температуре соответствует низкое содержание СО₂ и наоборот.

Для отбора проб газа и измерения температуры по радиусу печи используется установка, которая стацио­нарно монтируется на кожухе печи ниже уровня мате­риалов. Установка состоит из двух консольных балок, в которых размещаются водоохлаждаемые газоотборные трубки и термопары для измерения температуры. Химический состав газов непрерывно измеряется газоанали­заторами, а температура регистрируется вторичным из­мерительным прибором.

К примеру, на одной из доменных печей внедрен способ контроля параметров газового потока по сечению с ис­пользованием топограмм, которые представляют собой круговую карту границ распределения отклонений ана­лизируемых компонентов газа от их средневзвешенных значений. Расчет топограмм осуществляется на ЭВМ по результатам полного анализа колошникового газа по четырем радиусам колошника. Технический персонал обращается к топограммам для оценки характера газо­вого потока при нарушениях равномерности схода ших­товых материалов.

Применяется и прямой метод контроля распределе­ния материалов по радиусу колошника радиометриче­скими зондовыми устройствами. Контроль расположения железорудных компонентов и кокса основан на различ­ном поглощении ими радиактивного гамма-излучения.

Управление набором, взвешиванием и доставкой шихты к скиповому подъемнику.

На предприятиях используют две системы набора, взвешивания и доставки материалов к скипам: а) с помощью вагон-весов, дозирую­щих и транспортирующих рудно-флюсовую часть подачи, и грохотов с весовыми воронками, дозирующих массу кокса; б) ленточными транс­портерами с весовыми воронками. Современные мощные печи оснащены транспортными системами загрузки материалов в скипы, на большинст­ве доменных печей используют вагон-весы.

На рисунке 13.2.2 представлена упрощенная структурная схема управления шихтоподачей, учитывающая изменение физических свойств и химиче­ского состава шихтовых материалов. При этом в значительной мере устраняются возмущения, обусловленные этими факторами, так как УВМ автоматически корректирует шихтовку в соответствии с информа­цией о свойствах, загружаемых в печь материалов. Управление осуществ­ляется УВМ-1 с тремя подсистемами: подсистема 9 осуществляет выбор бункера, из которого будет отобран материал; при этом учитывается уровень шихты в данном бункере. Из бункеров агломерата 4, добавок 6 и кокса 8 материалы поступают в дозирующие весовые устройства 12 с задатчиками массы II. Задание соответствующим дозаторам уста­навливается подсистемой 10 по командам УВМ-1. Далее материалы по транспортерам 13 направляются в промежуточные емкости 14, установ­ленные у скипового подъемника 15. Порядок загрузки материалов в скипы и очередность их отправки на колошник 1 определяются подсис­темой 2. Алгоритм расчета шихты в УВМ-1 предусматривает учет хими­ческого состава шихты, зольности кокса по данным рабочей инфор­мации, получаемой от датчиков — анализаторов состава агломерата 3, добавок 5 и кокса 7. Кроме того, в УВМ-1 вводится информация о сос­таве чугуна 16 и шлака 17 на выпусках, что позволяет учитывать результаты управления шихтоподачей. Реальная система шихтоподачи содержит ряд блокировок, обеспечивающих надежность и безопасность работы всех механизмов, участвующих в дозировании и загрузке материалов в печь. Предусмотрено также мнемоническое светящееся табло, на кото­ром отражается работа всех элементов системы.

Рисунок 13.2.2 - Упрощенная структурная схема управления шихтоподачей

Автоматическое управление распределением газового потока по сечению колошника доменной печи.

Тепло- и массообмен между шихтовыми материалами и встречным пото­ком газов в значительной мере определяется распределением газового потока по сечению шахты доменной печи. Для каждой доменной печи существует оптимальное распределение газового потока, обеспечиваю­щее максимальную производительность и экономичность процесса.

О распределении газового потока судят по ряду косвенных показа­телей, к которым относится, например, характер распределения содер­жания СО₂ в колошниковом газе по двум взаимно перпендикулярным диаметрам шахты печи под уровнем засыпки. Газ для анализа отбирает­ся с помощью специальных зондов в шести — восьми точках по каж­дому радиусу. Чем больше содержание 002 в данной точке, тем эффек­тивнее была использована здесь химическая и тепловая энергия горно­вых газов.

Рисунок 13.2.3 - Структурная схема управ­ления газодинамическим режимом работы

доменной печи

Задачей управления является поддержание оптимального для дан­ных условий распределения газов по сечению шахты. Структурная схе­ма системы управления газодинамическим режимом доменной печи показана на рисунке 5.2.3. УВМ-III получает информацию о распределении двуокиси углерода (или температуры) по диаметру колошника, опре­деленного специальным зондом 1, периодически вводимым в печь, и о распределении температур по окружности колошника и в газоотводах 2, а также данные о распределении дутья и природного газа по фурмам доменной печи (датчики 7 и 6). По этой информации УВМ-III корректи­рует порядок загрузки материала в печь 3, угол поворота вращающего распределителя 4 и уровень засыпки 5. В случае необходимости коррек­тируется также распределение дутья и природного газа по фурмам до­менной печи.

Регулирование влажности горячего дутья.

Влажность атмосферного воздуха зависит от времени года, состояния по­годы и географического положения завода. Влажность воздуха 0% - 0,1 г/м3, 100% - 28 г/м3. Изменение содержания влаги в дутье доменных печей нарушает постоянство условий производства, так как на диссоциацию водяного пара расходуется значительное количество тепла. Расчеты показывают, что изменение влажности дутья на 0,001 кг/м3 вызывает изменение темпе­ратуры в фурменной зоне на 9°С. Кроме того, диссоциация влага на кис­лород и водород изменяет восстановительную способность горновых га­зов и условия горения кокса у фурм. Дли поддержания влажности дутья на уровне максимально возможной влажности атмосферы, т.е. 0,025-0,03 кг/м3, в трубопровод холодного дутья подается пар через клапан на паропроводе.

Рисунок 13.3.1 - Схема регулирования влажности горячего дутья

В качестве привода клапана используют исполнительный механизм ти­па МЭО-10/250-68 (рисунок 13.3.1) (поз. 2ж). Схема обеспечивает автомати­ческое и дистанционное управление клапаном с помощью блока управле­ния 2д типа БУ-21. При включении схемы в автоматический режим регу­лирования клапаном управляют через бесконтактный пускатель 2е типа ПБР-2М от соответствующего канала комплекса автоматического регу­лирования 2в, на вход которого подаются сигналы с преобразователя 2б, встроенного в шкаф датчика влажности 2а, а также с задатчика 2г. Поло­жение клапана фиксируется дистанционным указателем положения 2н типа ДУП-М.