ЧАСТЬ 2.Автоматизация металлургического производства

Глава 7. Автоматизация спекания и окомкования железных руд

7.1. Особенности процессов агломерации и окомкования как объектов управления

Эффективность выплавки чугуна в доменной печи во многом зависит от содержания железа в рудной части шихты, от величины и прочности кусков сырых материалов, загружаемых в печь. Подготовка руды к плавке заключается в се сортировке, обогащении (повышении концентрации железа) на обогатительных фабриках, усреднении материалов и агломерации пылеватых руд и концентратов, полученных в результате обогащения. Агломерация - это спекание смеси пылеватых руд, концентратов и измельченного топлива (коксика) в прочные и пористые куски - агломерат. На агломерационной фабрике шихту, состоящую из рудной части, флюса, возврата (мелкой фракции агломерата) и коксика, загружают на конвейерную агломерационную машину (аглоленту), зажигают сверху и спекают, просасывая воздух через слой спекаемых материалов. В процессе агломерации из руд удаляются примеси серы и некоторых других элементов. При производстве офлюсованного агломерата происходит ошлакование пустой породы. Применение агломерата в доменных печах способствует улучшению качества чугуна, повышению производительности печей и снижению расхода кокса. Качественная подготовка аглошихты к спеканию является одним из важнейших факторов, определяющих эффективность агломерационного, а следовательно, и доменного производства. Подготовка шихты заключается в обеспечении рациональных значений ее химического, гранулометрического составов и влажности. Конечной задачей процессов подготовки шихты является обеспечение высокого качества агломерата и максимальной производительности агломашин. Производственные операции, осуществляемые на аглофабрике, иллюстрирует схема аглофабрики (рис.32).

Рис.32 – Технологическая схема аглофабрики

В производственный участок аглофабрики входит поточно-транспортная система, выполняющая самостоятельные функции. С помощью согласованно работающего комплекса механизмов и аппаратов на участке осуществляется складирование, транспортировка, дозирование, смешение компонентов, увлажнение и загрузка шихты на агломашину. В комплекс входят дробилки для измельчения топлива и известняка, загрузочные, разгрузочные, дозирующие, взвешивающие, смесительные и увлажняющие устройства. Шихта с рудного двора поступает в приемные бункера 7 , откуда в определенном соотношении по транспортерным конвейерам 2 она подается в первичный смеситель-окомкователь 5, где происходит ее смешивание, увлажнение и окомкование. Из бункера 8 в смеситель поступает возврат. Мелкие увлажненные частицы шихты при перемешивании укрупняются, образуя комочки; шихта становится зернистой и рыхлой, что повышает ее газопроницаемость. Усредненная шихта из смесителя загружается в бункер 6 и транспортером 7 в определенном соотношении с коксиком, поступающим из бункера 8, подается во вторичный смеситель - окомкователь 9.

Дозирование осуществляется установлением необходимых расходов компонентов шихты, выдаваемых на сборный конвейер 2 питателями 26 из соответствующих бункеров. Для выдачи материалов из бункеров применяются в основном тарельчатые и вибрационные питатели.

Подготовленная шихта 15 из промежуточного бункера 13 равномерно и непрерывно подается системой загрузки на агломашину 17 и укладывается на бесконечную движущуюся цепь колосниковых тележек (паллет), предварительно поместив на них постель 16, которая поступает из приемного 10 и промежуточного 12 бункеров по транспортеру 11.

Зажигание слоя шихты, загруженной на аглоленту, производится при прохождении слоя под зажигательным горном 14 в результате сгорания в нем жидкого или газообразного топлива. По мере движения тележек к хвостовой части машины горение кокснка с верхнего слоя распространяется в нижние слои; этому способствует размещение под тележками вакуум-камер 22, в которых при помощи эксгаустера 25 создается разрежение до 10000 Па. Готовый агломерат сбрасывается в конце машины с тележек, дробится с помощью дробилок 18, подвергается отсеиванию на грохотах 19, охлаждается и отправляется по транспортеру 20 в доменный цех. Не спекшаяся мелочь (возврат) помещается в приемные бункера 21 и возвращается для повторного спекания (в бункер 10 в качестве добавки к шихте. Продукты сгорания и воздух из вакуум-камер по коллектору 23 поступают на очистку в циклоны 24 и удаляются эксгаустером 25 через трубу 27 Просасываемый через слой шихты воздух образует зону горения высотой 15-35 мм с температурой 1400 - 1600°С, передвигающуюся вниз с вертикальной скоростью спекания v=0,15-0,7 мм/с. Спекаемая шихта перемещается от головной к хвостовой части машины со скоростью движения аглоленты v=б0-120 мм/с. В таких условиях зона горения приобретает форму наклонного плоского слоя (рис.33)

Рис.33 – Схема спекания шихты на агломашине

В зоне зажигания происходит зажигание сырой шихты 1; в зоне горения 2 осуществляется спекание шихты; готовый агломерат 4 образуется за зоной спекания, в зоне охлаждения агломерат охлаждается просасываемым воздухом. Сырая шихта и агломерат размещаются на постели 3.

В зоне охлаждения агломерат охлаждается до 400- 600 °С.

Скорость движения поддерживается такой, чтобы процесс спекания заканчивался на заданной длине спекания. Температура продуктов сгорания, выходящих из колосников, составляет 60-70 °С и только при приближении зоны горения к колосникам повышается в районе последних вакуум-камер до 200-400 °С. В зоне горения спекаемый материал сплавляется, образуя пористый агломерат

Основными показателями хода технологического процесса агломерации (выходными величинами) являются производительность агломашины и качество агломерата Производительность агломашины измеряется в тоннах годного агломерата, полученного за час работы. Качество оценивается по химическому составу агломерата, прочности и восстановимости его. Косвенным обобщенным показателем качества агломерата может служить отношение FeO/Fe₂O₃ в готовом продукте, однозначно связанное с технологическими свойствами агломерата.

Процесс производства агломерата протекает в условиях возмущающих воздействий изменения химико-минералогического и зернового состава компонентов спекаемой шихты, условий дозирования, транспортирования, смешения и увлажнения шихты, а также укладки шихты на агломерационную машину. Для устранения влияния возмущений на ход технологического процесса используются следующие основные управляющие воздействия: соотношение (дозирование) компонентов спекаемой шихгы, содержание углерода (коксика) в шихте, влажность шихты, скорость движения аглоленты, разрежение в вакуум-камерах и др.

Процесс снабжения агломашин шихтой состоит из двух основных этапов (участков):

а) транспортирование шихты из шихтового отделения и загрузка ее в приемные бункера;

б) транспортирование шихты от приемных бункеров к агломашинам и загрузка ее на аглоленты.

Главной задачей систем автоматического управления на первом участке является обеспечение бесперебойного снабжения опекательного отделения шихтой в количестве, равном потреблению ее агломашинами, при одновременном обеспечении равномерного гранулометрического состава шихты. Выполнение этих условий исключает простои агломашин из-за отсутствия шихты и аварийные ситуации при переполнении бункеров, а также обеспечивает более ровный ход процесса спекания.

На втором участке автоматические системы загрузки должны обеспечить сохранение структуры окомкованной шихты при ее транспортировке и качественную укладку шихты на аглоленту (равномерно и слоем заданной толщины).

Системы автоматического согласования производительностей шихтового и спекательного отделений предусматривают коррекцию заданий дозаторам компонентов шихты по величине расхода шихты, потребляемой агломашинами. Системы загрузки предусматривают стабилизацию уровня шихты в промежуточном бункере и стабилизацию слоя шихты на аглоленте При обеспечении равенства между количеством подаваемой шихты и расходом ее в спекательном отделении средний уровень шихты в приемных бункерах будет неизменным Однако потребление шихты спекательным отделением является переменной во времени величиной и равенство восстанавливается изменением производительности шихтового отделения. При этом в связи с большим транспортным запаздыванием обеспечить высокое качество управления затруднительно. Временные несоответствия между загрузкой и расходом приводят к колебаниям уровня шихты в приемных бункерах спекательного отделения, что может привести к переполнению бункеров или, наоборот, перебоям в снабжении шихтой агломашин.

В процессе подготовки агломерационная шихта для обеспечения нужной газопроницаемости увлажняется. Заданная влажность и, следовательно, газопроницаемость обеспечивается путем регулирования расхода воды, поступающей в смесительный барабан. При изменениях расхода шихты, исходной ее влажности, а также при произвольных изменениях расхода воды влажность шихты отклоняется от заданной, что приводит к нарушению ее окомкования, а это, в свою очередь, ведет к снижению газопроницаемости и скорости спекания шихты

Качество зажигания шихты существенным образом влияет на ход процесса спекания. При недостаточно интенсивном зажигании верхняя часть слоя может оказаться неспекшейся. Чрезмерно же высокая температура в горне и, следовагсльно, интенсивность зажигания приводт к оплавлению верхнего слоя агломерата, ухудшению газопроницаемости и снижению скорости спекания. Для каждых конкретных условий существует определенное значение интенсивности зажигания, при котором достигается высокая производительность агломашины и удовлетворительное качество агломерата. Количество тепла, вносимого в слой шихты при зажигании, зависит от температуры продуктов сгорания, продолжительности зажигания, расхода топлива на зажигание и др. Весьма важным является выделение тепла за счет горения твердого топлива, содержащегося в самой шихте. Определенные затруднения при автоматизации зажигания шихты связаны с отсутствием точных методов и средств контроля его эффективности. Кроме того, процесс зажигания подвержен влиянию целого ряда возмущающих воздействий (изменения теплоты сгорания топлива зажигания, состава и свойств шихты, скорости аглоленты и др.); значительное влияние оказывает величина разрежения под зажигаемым слоем.

Таким образом, результаты процесса зажигания определяются рядом факторов, которые в значительной степени взаимозависимы. В связи с этим в качестве основного показателя процесса зажигания часто применяется расход тепла зажигания q_T, приходящегося на единицу поверхности слоя шихты. Расход топлива в горне определяется в данном случае зависимостью

V_T =( q_T ·b·ω_л )/ (η·Q_T ) ,

где V_T -расход топлива на зажигание;

b -ширина слоя шихты;

ω_л -скорость аглоленты;

Q_T -удельная теплота сгорания топлива;

η -тепловой к. п. д. зажигательного горна.

Результаты агломерационного процесса во многом зависят от управления процессом спекания. Сложность процесса спекания как объекта автоматического управления определяется его зависимостью от большого числа технологических факторов, таких как свойства шихты, количесгво топлива, условия зажигания и т. д.

Управление процессом спекания заключается в стабилизации его законченности в определенной точке по длине аглоленты и в подборе входных параметров с целью обеспечения максимальной производительности и высокого качества агломерата. Для оценки и контроля хода процесса спекания используются такие показатели, как температура и состав отходящих газов, освещенность в вакуум-камерах, магнитная проницаемость слоя и др.

Законченность процесса спекания может нарушаться в результате изменений состава шихты, ее влажности, степени уплотнения, высоты слоя шихты и скорости движения аглоленты. Все указанные возмущения в конечном итоге проявляются через изменение скорости спекания шихты, которая, таким образом, является возмущающим воздействием для системы управления законченностью спекания. В качестве показателей законченности спекания шихты обычно используются температурные показатели процесса: температура в одной из последних вакуум-камер, разность или сумма температур в разных вакуум-камерах, температура в общем газовом коллекторе. Применение микропроцессорной техники позволяет использовать некоторые комплексные показатели. Наиболее распространенным управляющим воздействием в системе автоматического управления процессом спекания является изменение скорости аглоленты. Для обеспечения окончания процесса спекания в одном и том же месте по длине аглоленты скорость аглоленты ω_л должна постоянно соответствовать скорости спекания шихты ω_с.

Для реализации указанного соотношения необходимо контролировать скорость спекания шихты. Одним из показателей скорости спекания может служить расход воздуха, просасываемого через спекаемый слой.

Обеспечение высоких показателей агломерационного процесса может быть достигнуто путем его оптимизации, что предполагает выполнение качественного металлургического расчета аглошихты, обеспечение необходимого усреднения материалов, поступающих в шихтовое отделение, повышение точности дозирования компонентов. Весьма перспективными в этой связи являются разработки и применение средств контроля химического состава компонентов. К оптимизации процесса относится также выбор наиболее рациональных режимов окомкования шихты зажигания и спекания ее. В ходе процесса спекания оптимизирующие воздействия обычно направлены на изменение содержания углерода в шихте, влажности шихты и высоты спекаемого слоя Непременным условием обеспечения автоматической оптимизации процесса является наличие на отдельных его участках автоматических систем стабилизации основных параметров

Наряду с агломерацией окускование железорудных материалов производится скатыванием. Этот способ переработки тонкоизмельченных концентратов заключается в скатывании концентрата в смеси со связующими добавками в шарики диаметром 5-25 мм с последующим упрочнением высокотемпературным обжигом. Процесс производства окатышей состоит из двух стадий:

- получения сырых окатышей в результате окомкования железорудного концентрата с добавкой 4-6% извести для получения необходимой основности и 0,5-1% бентонита (связующей добавки) для придания окатышам необходимой прочности в барабанных или чашечных окомкователях;

- последующего обжига их на конвейерных машинах или в трубчатых вращающихся печах.

Окатыши представляют собой плотные хорошо спеченные гранулы диаметром 5-25 мм, которые обладают рядом преимуществ перед бесформенными кусками агломерата: более высокой прочностью столба шихтовых материалов в доменной печи и меньшим выносом колошниковой пыли. Конвейерная машина для обжига окатышей подобна агломерационной, но отличается тем, что горн простирается почти на всю длину ленты. Окатыши обжигаются при температуре 1350-1500 °С за счет тепла просасываемых через слой продуктов сгорания, получаемых при сжигании газообразного или жидкого топлива в горне. По длине машины различают зоны сушки, подогрева, обжига и охлаждения. В зону охлаждения, расположенную за горном по ходу движущейся ленты, нагнетается воздух, который проходит через слой охлаждающихся окатышей, нагревается до 200-300 °С и подается в зоны подогрева и обжига для сжигания топлива. Готовый продукт поступает в бункер-охладитель где охлаждается вентиляторным воздухом.

7.2. Методы автоматического контроля технологических процессов на аглофабрике

Разработка и внедрение любых по сложности систем автоматического управления не мыслимы без надежных средств измерения. Контроль температуры, измерение давления и расходов газа, жидкости, сыпучих материалов, а также другие аналогичные измерения на аглофабрике обычно выполняются с помощью типовых средств измерения. Рассмотрим некоторые специфические методы контроля параметров агломерационного процесса.

Одним из важных технологических параметров агломерационного процесса являются химический состав и физические свойства исходных компонентов шихты и готового агломерата. На большинстве фабрик операции отбора, разделки и доставки проб в химическую лабораторию и сам экспресс анализ производится вручную, с большой затратой времени. Информация о результатах анализа поступает к агломератчику с опозданием, не позволяющим предпринять оперативное воздействие на процесс. Чтобы ускорить передачу информации, применяются телетайпные аппараты с цифропечатающими устройствами, а для автоматического контроля в потоке- рентгеноспектральный метод анализа. Устройства, применяемые для контроля количества материала в бункерах, выполняют двойную функцию, как датчики наличия материала и как измерители уровня (уровнемеры). Информация об уровне шихты используется преимущественно в системах автоматического весового дозирования. Контроль уровня шихты в бункерах осуществляется обычно электродными датчиками, принцип работы которых основан на изменении электрического сопротивления (или емкости) между электродами и шихтой при изменении ее уровня.

Рис.34 – Схема уровнемеров дискретного (а) и непрерывного действия (б)

На рис.34,а приведена схема автоматического дискретного контроля уровня шихты в промежуточном бункере агломашины. Индикация уровня осуществляется в четырех точках по высоте бункера с помощью стержней электродов 1-4 различной длины. Электроды изолированы друг от друга и последовательно с ними включены реле К1-К4 срабатывающие, когда уровень шихты достигнет стержня электрода. При этом загорается соответствующая индикаторная лампочка. Для непрерывного контроля уровня шихты применяется датчик, в основу работы которого положен электромагнитный принцип. В защитном чехле 1 из нержавеющей стали (рис.34,б) расположен сердечник 2 линейного трансформатора. Длина ферромагнитного сердечника соответствует диапазону измерения уровня. На сердечнике размещены первичная и вторичная обмотки. На первичную обмотку подается напряжение питания переменного тока, во вторичной наводится э.д.с. взаимоиндуктивности. При отсутствии шихты в бункере величина взаимоиндуктивности мала и начальное напряжение на вторичной обмотке невелико. По мере заполнения бункера изменяется магнитное сопротивление пространства вокруг датчика, возрастают взаимоиндуктивность и напряжение на вторичной обмотке. Это напряжение преобразуется с помощью устройства 4 в постоянное и поступает на измерительный прибор 5, шкала которого градуируется в единицах уровня. Положение уровня материалов в бункерах контролируется также с помощью радиоизотопных датчиков, принцип работы которых основан на поглощении лучей при их прохождении через слой материала. На рис.35,а показана схема радиоизотопного уровнемера. Излучатели 1 и счетчики 2 устанавливаются с противоположных сторон бункера. Ионизационный ток через электронный блок 3 поступает на измерительный прибор 4. Интенсивность облучения блока счетчиков 2 и, следовательно, величина ионизационного тока зависит от уровня шихты. Чем выше уровень, тем меньше ионизационный ток. Измерительный прибор может быть проградуирован в единицах уровня.

Рис.35 – Схема радиационного уровнемера (а) и датчиков высоты откоса шихты (б)

Для контроля высоты откоса шихты на загрузочном лотке агломашины применяют датчик, схема которого приведена на рис.35,б. Датчик включает в себя рычаг 2 из изолирующего материала, на котором укреплен щуп 1 в виде контактной металлической пластины. Рычаг соединен с валом двигателя 3. Электронный преобразователь содержит мостовую измерительную схему, составленную из резисторов Rl-R3, и электронный усилитель 4. При изменении высоты откоса h шихты меняется степень погружения в шихту измерительного щупа 1 и, следовательно, сопротивление перехода электрод- шихта Rx.. Это сопротивление включено в одно из плеч измерительного моста и при изменении его величины па выходе моста появляется сигнал, подаваемый после усиления на электродвигатель. Электродвигатель поворачивает рычаг 2 в таком направлении, чтобы привести к балансу измерительную схему моста, т. е. до получения на выходе моста нулевого сигнала, что имеет место, когда щуп находится на поверхности шихты. Сигнал, пропорциональный высоте откоса шихты, снимается с встроенного в электродвигатель специального преобразователя и поступает на измерительный прибор, шкала которого градуирована в миллиметрах высоты откоса.

Контроль увлажнения аглошихты основывается на непосредственном измерении влажности и контроле косвенных параметров, определяющих качество шихты при ее увлажнении. В системах автоматического контроля увлажнения шихты получили распространения нейтронный и электрический методы.

Нейтронный метод основан на измерении замедления быстрых нейтронов атомами водорода. Если облучать влажный материал быстрыми нейтронами и сосчитать количество медленных нейтронов, полученных в результате рассеяния нейтронного потока в материале, можно определить количество атомов водорода и косвенно -влагосодержание материала. Чем больше количество медленных нейтронов, тем выше влагосодержание. Для получения быстрых нейтронов во влагомерах используют плутоний-бериллиевый источник 3, представляющий собой запаянную в металлическую гильзу 2 (рис. 37,а) смесь порошков плутония и бериллия.

Рис.37 – Схема нейтронного датчика влажности (а) и индукционного датчика положения зоны спекания

Методы контроля законченности процесса спекания довольно различны:

Источник отделяется от γ-счетчиков 5 свинцовой перегородкой 4. Датчик с помощью трубы 6 вводится в объект измерения 1 (шихту). Импульсы от счетчиков по кабелю 7 передаются на радиометр 8, а с него в виде напряжения на измерительный прибор 9 Кондуктометрический метод измерения влажности основан на зависимости электрического сопротивления увлажненного материала от количества в нем влаги. Датчик влагомера представляет собой два электрода, конструктивно выполненных в форме плоских пластин или цилиндрических трубок. Сопротивление между электродами, введенными в материал, изменяется с изменением влажности материала и контролируется измерительными мостами, шкалы которых градуируются в единицах влажности.

Методы контроля законченности процесса спекания довольно различны:

- по разности температур отходящих газов в двух последних вакуум- камерах;

- по освещенности в последней вакуум-камере;

- по разнице в величинах поглощения излучения сырой шихтой и готовым агломератом соответственно в головной и хвостовой частях агломашины;

- по концентрации СО₂ в отходящих газах;

- по магнитному сопротивлению шихты и агломерата.

Суть последнего метода. Индукционный датчик (рис.37,б) представляет собой два П-образных магнитопровода 1, разомкнутые концы которых имеют контакт с поверхностью агломерационного пирога. Вследствие различной магнитной проницаемости спеченного 2 и неспеченного 3 слоев пирога, а также наличия между ними немагнитной прослойки (зона горения топлива). сопротивление магнитопроводов изменяется в соответствии с ростом толщины спекающейся части шихты по длине аглоленты. Магнитопроводы расположены в головной. (после зажигательного горна) и хвостовой частях агломашины и включены в мостовую измерительною схему (резисторы R1 и R2). С увеличением толщины слоя агломерата увеличивается его магнитная проницаемость, рост которой изменяет соотношение индуктивностей в катушках 4 и 5, что приводит к разбалансу мостовой схемы и на ее выходе появляется сигнал ΔU, пропорциональный толщине спеченного слоя. После усиления в устройстве 6 сигнал поступает на измерительный прибор 7, шкала которого проградуирована в сантиметрах высоты слоя спеченного агломерата.

7.3 Локальные системы автоматического регулирования агломерационного процесса

Агломерационный процесс можно подразделить на следующие операции (участки): поточно-транспортные операции; весовое дозирование компонентов шихты; увлажнение и окомкование шихты; загрузка шихты на аглоленту; зажигание шихты; спекание шихты. В соответствии с этими участками строятся локальные системы автоматического регулирования и управления.

7.3.1 Поточно-транспортные операции

Основной задачей участка транспортирования и загрузки шихтовых материалов является бесперебойное снабжение отделения спекания шихтой в количестве, равном потреблению ее агломашинами.

Рис.39- Структурная схема автоматического управления поточно-транспортными операциями

Система автоматического регулирования конвейерного тракта и загрузки материалов состоит из отдельных функциональных блоков (рис.39: блока запусков механизмов 2; датчиков уровня материалов (нижнего ДНУ и верхнего ДВУ) в бункерах и положения загрузочного агрегата ДПА 1; блока логического управления 3; блока управления механизмами транспортировки 4 и блока управления движением загрузочных механизмов 5. В качестве блока логического управления может использоваться регулирующий микроконтроллер (ремиконт) или микро-ЭВМ. Ремиконт на основе поступающей в него информации от блоков 1, 4 и 5 и в соответствии с заданной программой управления выполняет следующие функции: прием и обработку информации о положении механизмов трактов подачи материалов и наличия материалов в бункерах; решение логических задач по выбору бункеров для загрузки, направления движения загрузочных агрегатов и последовательности запуска механизмов; автоматический пуск механизмов трактов; заполнение соответствующих бункеров и программное перемещение загрузочного агрегата к незаполненные бункерам; автоматическую остановку работающих механизмов в заданной последовательности и возвращение их в исходное положение после окончания загрузки; выдачу информации персоналу о состоянии механизмов конвейерного тракта и наличии материалов в емкостях (информация выдается на цифровое табло, дисплей или цифровое печатающее устройство ЦПУ).

7.3.2 Дозирование компонентов шихты

Подготовка шихты -одна из важнейших операций получения качественного агломерата. Наиболее постоянный состав шихты достигается при дозировании компонентов по массе. Поэтому основной задачей автоматизации шихтовых отделений является точное автоматическое весовое дозирование и поддержание заданного постоянного соотношения компонентов шихты в соответствии с расчетом шихты. Измерение расхода компонентов осуществляется весоизмерительными устройствами, а дозирование по массе - тарельчатыми, барабанными или вибрационными питателями, производительность которых меняется путем изменения сечения потока шихты, регулированием частоты вращения тарели (для тарельчатых питателей), изменением угла наклона или амплитуды и частоты колебаний лотка (для вибрационных питателей).

Применяются два типа систем автоматического дозирования: системы, в которых задается расход каждого компонента; следящие системы, в которых задается соотношение расхода «ведомого» и «ведущего» компонентов. Так, если в шихту дозируется концентрат с массовым расходом Gк, руда Gp, известняк Gи, топливо Gт и возврат Gb, то расход каждого компонента определяется соотношениями:

Gк =k_к ·G_ш; Gр =k_р ·G_ш; Gи =k_и ·G_ш; Gт =k_т ·G_ш; Gв =k_в ·G_ш;

где G_ш -общий расход шихты;

k_к, k_р, k_и, k_т, k_в -соответствующие коэффициенты пропорциональности (соотношения).

Приняв во внимание, что G_ш = Gк + Gр + Gи + Gт + G_b,

получим k_к + k_р + k_и + k_т + k_в =1.

Рис.40-Схема весового дозирования

Расход компонентов из бункеров 1 (рис.40) контролируется датчиками 1а, 2а и За, установленными на транспортерах 3, и измерительными приборами 16, 26 и 36. Сигналы с приборов, пропорциональные расходам соответствующих компонентов, поступают на регуляторы расхода 1г, 2г и Зг. Заданное (расчетное) значение расхода каждого компонента поступает с задатчиков 1в, 2в и Зв.. При отклонении текущего значения расхода от заданного, регуляторы вырабатывают управляющее воздействие и исполнительные механизмы 1д, 2д и Зд через вибропитатели 2 приводят расход в соответствие с заданием. В рассматриваемой системе необходимое соотношение между компонентами, поступающими на сборный транспортер 4, устанавливается с помощью задат-чиков. Это значит, что в случае необходимости изменить расход одного из компонентов для обеспечения постоянства соотношения всех компонентов следует изменить положения задатчиков и остальных компонентов.

7.3.3 Увлажнение шихты

В ходе агломерационного процесса заданная влажность шихты стабилизируется путем регулирования расхода воды, поступающей в смесительный барабан. Влажность шихты, поступающей из барабана 1 (рис.41)

Рис.41 – Схема автоматического регулирования влажности шихты

в промежуточный бункер 4, измеряется радиоизотопным влагомером. Излучение от источника 3, пройдя через течку барабана, воспринимается счетчиком 1а и преобразуется в устройстве 16 в электрический сигнал. Измерительный прибор 1в регистрирует этот сигнал и в свою очередь, посылает его на регулятор влажности 1д. При отклонении текущего значения влажности от заданного с помощью задатчика 1г регулятор вырабатывает управляющее воздействие и через исполнительный механизм 1е изменяет положение регулирующего клапана 1ж. Расход воды на душирующее устройство 2 изменяется до тех пор, пока текущее значение влажности не сравняется с заданным.

Возможно также регулирование влажности путем поддержания определенного соотношения расход шихты- расход воды с коррекцией этого соотношения по действительной влажности шихты, измеряемой одним из перечисленных выше способов или по некоторым косвенным параметрам, определяющим газопроницаемость. шихты.

7.3.4 Высота слоя шихты на агломашине

Укладка шихты на аглоленту является последним этапом ее транспортировки. Загрузка шихты на аглоленту из промежуточного бункера обычно производится барабанным питателем, производительность которого

регулируется изменением скорости его вращения. С барабанного питателя шихта поступает в загрузочный лоток агломашипы и затем укладывается на колосники аглоленты.

Рис.42 –Схема автоматического регулирования высоты слоя шихты

Система автоматического регулирования высоты слоя шихты обеспечивает постоянную высоту слоя при изменении скорости движения аглоленты. Информация о высоте слоя шихты (рис.42) поступает от датчика высоты слоя шихты 1а. Сигнал датчика поступает на измерительный прибор 16 и с него на регулятор 1г, где он сравнивается с сгналом 1в. В случае неравенства этих сигналов регулятор с помощью двигателя 1д изменяет скорость вращения барабанного питателя 1 промежуточного бункера 2.

7.3.5 Зажигание шихты

В большинстве случаев системы автоматического регулирования процесса зажигания выполняются как системы стабилизации температуры в горне зажигания. Для обеспечения устойчивого режима зажигания шихты система дополняется схемой автоматического регулирования соотношения топливо - воздух. Вместе с тем может быть применена и более сложная система, учитывающая и скорость аглоленты. Схема такой системы приведена на рис. 43.

Рис.43 – Схема автоматического регулирования процесса зажигания шихты

Основной контур регулирования включает датчик скорости аглоленты 1а, датчик расхода газа 4а с измерительным прибором 46, регулятор соотношения скорость аглоленты -расход газа 16, задатчик соотношения 1в и исполнительный механизм 1г с регулирующим клапаном 1д. Этот контур изменяет расход газа на горн в зависимости от скорости движения аглоленты. Задатчиком 1в изменяются соотношение между скоростью аглоленты и расходом газа при изменении влажности и химического состава шихты. Контур автоматического регулирования соотношения топливо-воздух включает датчики расхода газа 4а и воздуха За с измерительными приборами 46 и 36, регулятор соотношения 4г, задатчик соотношения 4в и исполнительный механизм 4д с регулирующим клапаном 4е. Этот контур поддерживает заданное со-отношение между расходами газа и воздуха. Коррекция по температуре в горне вводится в систему соотношения топливо-воздух (в регулятор 4г} с помощью пирометра 2а, вторичного измерительного прибора 26 и корректирующего регулятора температуры 2г. При отклонении температуры в горне от заданной задатчиком 2в регулятор 2г выдает сигнал коррекции задания регулятору 4г, который с помощью исполнительного механизма 4д и клапана 4е изменяет расход воздуха до устранения указанного отклонения. При развитии средств управления в современных условиях целесообразно построение системы управления процессом зажигания с использованием микропроцессорных регулирующих устройств. В качестве примера на рис.44 приведена схема системы автоматического управления процессом зажигания, реализующая алгоритм программы.

Рис.44 –Схема управления процессом зажигания с помощь микропроцессора

Информация о текущих значениях скорости аглоленты и расхода газа поступает в микропроцессор МП от соответствующих датчиков 1а и 2а; текущее значение расхода газа регистрируется прибором 26. Значения параметров а, в, с вводятся в МП вручную. Также вручную вводится значение заданного удельного расхода тепла q. Микропроцессор в соответствии с введенной в него программой и на основании алгоритма рассчитывает необходимое (заданное) значение расхода газа и сравнивает его с текущим, поступающим с прибора 26. В случае неравенства этих расходов МП выдает управляющее воздействие на исполнительный механизм 2в, который с помощью регулирующего клапана 2г приводит расход газа в соответствие с заданным. Одновременно МП может выдавать информацию на дисплей или цифропечатающее устройство ЦПУ. В реальных системах схема содержит узел автоматического регулирования соотношения топливо-воздух.

7.3.6 Процесс спекания

Качество готового агломерата и производительность агломашины во многом определяются характером процесса спекания. Максимальная производительность при прочих равных условиях получается в том случае, если спекание всего слоя агломерата закончится в конце рабочей (активной) длины аглоленты. При раннем окончании спекания часть длины аглоленты не используется. Если спекание не завершится, то нижний неспеченный слой уйдет в возврат. В обоих случаях производительность агломашины уменьшается. Таким образом основной целью управления спекания является автоматическое согласование скорости аглоленты с вертикальной скоростью спекания, чтобы обеспечить окончание процесса спекания над последними камерами зоны спекания и полностью использовать активную длину аглоленты. Для управления этим процессом автоматически изменяют скорость движения аглоленты или разрежение в вакуум-камерах (вертикальную скорость спекания). Наиболее простым показателем закон-ченности процесса спекания является температура продуктов сгорания в общем коллекторе или в двух-трех последних вакуум-камерах. Установлено, что процесс спекания заканчивается над (n-1)-ой камерой при t_n-1 - t_n =20º C ÷ 40º C.

Рис.45 –Структурная схема автоматического регулирования процесса спекания агломерата

На рис. 45 приведена схема одной из систем регулирования процесса спекания, разработанная Киевским институтом автоматики. Устройством для контроля газопроницаемости шихты служит «нулевая» вакуум-камера, установленная перед зажигательным горном и оборудованная отдельным эксгаустером. Вакуум-камера снабжена системой стабилизации заданного значения вакуума и датчиком Д1 со вторичным прибором ИП1 расхода воздуха, просасываемого через слой шихты. Сигналы с датчиков газопроницаемости Д1, скорости аглоленты Д2 и высоты слоя шихты ДЗ поступают на корректирующий регулятор РК, который суммирует поступившие сигналы и рассчитывают высоту слоя готового агломерата. Регуляторы скорости аглоленты PC, скорости вращения барабанного питателя РБП и законченности спекания (разности температур в последних вакуум-камерах) РЗС стабилизируют соответствующие величины, заданные соответственно задатчиками Зд2, ЗдЗ и Зд4. При неравенстве рассчитанной высоты слоя готового агломерата, заданной задатчиком Зд1, регулятор РК вырабатывает воздействия, корректирующие задание регулятором PC, РБП и РЗС. Указанные регуляторы с помощью соответствующих исполнительных устройств Дв1, Дв2 и ИМ приводят скорость аглоленты, высоту слоя шихты и разность температур в последних вакуум-камерах к новым (скорректированным) заданным значениям; РО-регулирующие органы (заслонки) в двух последних вакуум-камерах.

7.3.7. АСУ ТП агломерационного производства

Стремление получить максимальную производительность агломерационных машин при высоком качестве агломерата и минимальных затратах обусловили разработку автоматизированных систем управления с применением ЭВМ - АСУ ТП. Для функционирования АСУ ТП используются математические модели.

В качестве примера рассмотрим математическую модель агломерационного процесса, учитывающую режим использования возврата. Возврат (неспекшийся и мелкий агломерат) представляет собой оборотный продукт агломерационного процесса и, следовательно, не входит в состав товарного агломерата. В то же время возврат, поступающий на повторное спекание, оказывает положительное воздействие на процесс. С одной стороны, увеличение доли возврата повышает скорость спекания шихты, с другой—приводит к снижению выхода годного агломерата. В целом зависимость производительности агломашины по годному агломерату от содержания в шихте возврата определяется сочетанием указанных факторов.

Рис.46 – Структурная схема АСУ ТП спекания

На рис.46 приведен один из вариантов АСУ ТП агломерационного процесса. Система предусматривает стабилизацию основных параметров процесса спекания и его оптимизацию по производительности и качеству готового агломерата. Локальные системы I, II и III служат для стабилизации расходов соответственно топлива, воды и шихты, заданные значения которых определяются регулятором скорости агломашины IV. Скорость машины при этом регулируется так, чтобы процесс спекания заканчивался над последней вакуум-камерой. Координата точки окончания спекания определяется при помощи ЭВМ по показаниям датчиков температуры газов 4а и освещенности в вакуум-камерах 5а. Газопроницаемость шихты измеряется при помощи «нулевой» вакуум-камеры V, датчиком 6а и стабилизируется регулятором VI за счет коррекции задания регулятору расхода воды. Температура зоны спекания в слое шихты контролируется пирометром За, установленным после горна и свизированным на зону. Стабилизация температуры зоны спекания производится регулятором VI за счет коррекции задания регулятору расхода топлива.

Оптимизация процесса спекания осуществляется двумя отдельными подсистемами. Первая из них использует показания прибора 7а для измерения качества агломерата и обеспечивает поиск и установление оптимального значения температуры зоны спекания. Вторая подсистема использует данные измерителя массы готового агломерата 8а и устанавливает оптимальное значение газопроницаемости, реализуемое регуляторами VI и II.

Качество агломерата оценивается по степени окисленности, т. е. по отношению FеО/Fе₂Оз, определяемому по его магнитным свойствам. Производительность агломашины определяется путем взвешивания вагонов с готовым агломератом или с помощью ленточного весоизмерителя.

АСУ ТП агломерационного производства включает подсистемы, реализующие рассмотренные выше и некоторые другие функции:

— автоматического контроля запасов материалов в бункерах шихтового отделения;

— автоматической стабилизации заданного соотношения компонентов в шихте;

— автоматического управления подачей возврата в. шихту;

— автоматического согласования работы агломашин и тракта дозирования и подачи шихты;

— автоматического управления увлажнением шихты;

— автоматического управления загрузкой шихты на агломашину;

— автоматического управления зажиганием шихты;

— автоматического управления процессом спекания шихты;

— автоматического управления охлаждением спека;

—автоматического контроля и анализа результатов технологического процесса.

7.4 Автоматизация процесса обжига окатышей

На фабрике окомкования основными являются две системы автоматического управления: гранулятором и обжиговой машиной. Системы управления дозированием материалов аналогичны таким же системам как на аглофабриках.

На рис.47 приведена схема системы управления гранулятором. Работа гранулятора зависит от угла наклона

Рис.47 –Структурная схема автоматического регулирования гранулятора

к горизонту и скорости его вращения. Комбинируя эти два параметра, можно получать окатыши заданного размера. Регулятор Р1 поддерживает постоянный расход воды к форсункам, измеряемый сужающим устройством и измерительным прибором ИП1. с помощью исполнительного механизма Дв1 и регулирующего клапана РО1. Окончательно влажность шихты в процессе грануляции поддерживается на постоянном заданном уровне регулятором Р2, получающим информацию о расходе воды к форсункам, расходе воды к брызгалам (прибор ИП2), влажности исходной шихты (датчики ДВл и вторичный прибор ИПВ), расходе шихты (датчик ДР и измерительный прибор ИП4) и воздействующим на регулирующий орган Р02 с помощью исполнительного механизма Дв2.

Производительность гранулятора поддерживается регулятором Р4, который работает в комплекте с весоизмерителем ДР и прибором ИП4 и управляет двигателем Дв4 транспорта. Регулятор РЗ, получая сигнал от датчиков расхода шихты ДР, крупности окатышей ДК и производительности гранулятора ДП с соответствующими измерительными приборами ИП4, ИП-3 и ИПП, управляет скоростью вращения гранулятора и углом его наклона с помощью двигателей Дв1 и Дв2.

Системы управления тепловым и технологическим режимами обжиговой машины включают узлы автоматического контроля и регулирования температуры в горне, распределения тепла по зонам, вакуумно-дутьевого режима и высоты слоя окатышей на паллетах. Эти системы во многом аналогичны таким же системам на аглолентах.

Контрольные вопросы

1.Что такое агломерат?
2.Приведите схему агломерационной машины.
3. Назовите локальные системы регулирования агломерационного процесса.
4.Объясните сущность АСУ ТП агломерационного процесса.
5. Приведите технологическую схему автоматизации производства окатышей .

Вернуться к началу главы

Вернуться к началу учебника