Материал: Модернизация системы автоматического регулирования нагрева металла в двухзонной методической печи

Модернизация системы автоматического регулирования нагрева металла в двухзонной методической печи

Введение

В данный момент все компании обязаны быть нацелены на удовлетворение запросов потребителя. С ростом производственных мощностей и совершенствования качества выпускаемой продукции возникает надобность в наращивании ресурсов для работы оборудования. В связи с тем, что металлургия считается достаточно энергоёмким производством, появляется потребность в дополнительных энергетических мощностях.

Автоматизация производства на базе микроэлектронной техники для развития и совершенствования имеющихся и создающихся технологических производств - одно из главных направлений модернизации производства. Особенностью современного этапа развития автоматизации производства является появление и массовое применение качественно новых технических средств, изготовление сетей на базе микроэлектроники. Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) получает особенный смысл из-за с роста требований к скорости вычисления, обработки и выдачи информации. Поэтому разработка и исследование структур и режимов функционирования АСУ ТП на базе микроЭВМ считается важной задачей. Использование микроЭВМ дает возможность уменьшить издержки в связи с простоями технологического оборудования и увеличить эффективность. Основной задачей управления оборудованием, технологическими и производственными процессами при помощи АСУ ТП является увеличение производительности труда, повышение качества продукции и использования материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов. Последующая модернизация АСУ ТП связана с ростом экономической эффективности путем индустриального создания автоматизированных технологических комплексов с АСУ ТП.

В данном проекте предлагается модернизация системы автоматического регулирования нагрева металла в двухзонной методической печи. Модернизация САР даст возможность повысить технические и экономические показатели печи, а так же дать нужное качество нагрева металла, улучшить условия труда для обслуживающего персонала, повысить безопасность работы.

Во время модернизации будет произведена замена существующей морально и физически устаревшей системы. Заменены датчики, пульты, шкафы автоматики и другие конструктивы, средства ручного ввода и отображения информации. Замена устаревшего оборудования обусловлена, низким классом точности приборов, их физическим износом, большим временем реакции системы, что приводило к большому количеству брака и простоя оборудования. Замена щитов происходит из-за старения изоляции и электрического износа. АСУ ТП нагрева обычно строятся по двухуровневому принципу. На верхнем уровне происходит расчет уставок температуры, происходит выдача заданий на локальные регуляторы. На нижнем уровне рассчитанные задания отрабатываются локальной автоматикой. Расчет заданий происходит по довольно сложной математической модели. В настоящее время локальные САР реализуются на базе программируемых контроллеров различных типов.

1. Общая часть

.1 Описание технологического процесса объекта

Заготовки квадратного сечения являются исходным материалом для прокатки сортовой стали. Исходными данными для выбора технологии прокатки и определения параметров нагревательных методических печей и их конструкции являются линейные размеры заготовки, масса и химический состав стали.

Методическая печь - агрегат непрерывного действия с распределёнными по длине и постоянными во времени температурным и тепловым режимами. Для подогрева воздуха, подаваемого в печь в системе предусмотрен рекуператор. Задача управления процессом нагрева металла в методической печи состоит в том, чтобы выбрать и поддерживать режим работы, обеспечивающий получение металла необходимого качества с минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменной производительности агрегата. Отличительной особенностью методической печи является высокая производительность, которая может достигнуть 200-250 т/ч, а также легкость загрузки и выгрузки металла.

Методическая печь входит в состав непрерывного проволочного стана, предназначенного для прокатки прокатки катанки и арматурного профиля диаметром от 5,5 до 13,0 мм из заготовок сечением 100х100 мм и длиной от 10500 до 11700 мм из углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Заготовки, которые подготовили для прокатки, принимаются и укладываются в один ряд на загрузочные решетки, установленные в "0", "1" и "2" пролетах склада заготовок при помощи кранов. Шлеппером производится движение заготовок. Перекладывающим устройством заготовки передаются по штучно на восьмисекционный подводящий рольганг (2), по которому поступают к двухзонной методической печи. дефектные заготовки при попадании на рольганг сбрасываются в карман бракосбрасывателя (1).

Через боковое окно заготовки при помощи втаскивающего устройства (5) загружаются в нагревательную печь. Продвижение металла осуществляется по наклонному поду печи при помощи рычажного толкателя (6), а выдача через боковое окно выталкивателем заготовок (7) и вытаскивающим устройством (11). Заготовки нагреваются до температуры прокатки, равной от 1100 до 1200 °С. Выдаваемые из методической печи заготовки по очереди распределительным устройством направляются в один из 4 калибров клети N 1 черновой группы стана (13).

1.2 Описание автоматизированного объекта и его технические характеристики - регулируемые величины, управляющие и возмущающие воздействие и характер изменения во времени

Продольный разрез печи представлен в приложении. Свод печи толщиной 230 мм изготовлен из высокоглиноземистого кирпича, а стены толщиной (боковые - 580мм (вместе с изоляцией), торцевые 464 мм.) из шамотного кирпича. Борова печи сделаны из шамотного кирпича. На подине печи со стороны посада до первого окна уложены унифицированные водоохлаждаемые брусья, которые соединены с 15 неохлаждаемыми брусьями. Горелки печи - двухпроводные низкого давления, в сварочной зоне - горелки с воздушной насадкой. 24 горелки, по 12 на зону. Топливом служит природный газ с объемной теплотой сгорания от 33496 до 34322 кДж/м³. Давление газа перед печью не менее 8,83 кПа. При понижении давления газа темп выдачи заготовок следует снизить в связи с условие обеспечения нужного качества нагрева. 7000 м³/ч - максимальный расход газа на печь, а расход воздуха - 72000 м³/ч. Удельный расход условного топлива - 78,6 кг условного топлива на тонну металла.

Тип печи - двухзонная, методическая, рекуперативная с монолитным наклонным подом локального профиля, с боковой загрузкой и боковой выдачей. Углеродистые и легированные стали являются нагреваемым металлом. Нагрев осуществляется продуктами горения. Температурный режим нагрева заготовок должен строго соответствовать операционным картам по нагреву заготовок в методической печи. Тепловой и температурный режимы печи должны регулироваться в соответствии с темпом выдачи металла из печи. Должен быть обеспечен равномерный прогрев заготовок, для того что бы не допустить оплавления окалины, для чего необходимо производить постоянный контроль за правильным соотношением “газ-воздух” и температурой печи.

автоматический регулирование датчик кабель

Таблица 1 - Техническая характеристика печи

Необходимый для сжигания 1 м3 газа расход воздуха при объёмной теплоте сгорания газа 33496 - 33858 кДж/м³ приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Объем воздуха, необходимый для сжигания 1м³ природного газа

Давление в печи под сводом томильной зоны в рабочем режиме должно поддерживаться в пределах от 27,4 до 29,4 Па, а в режиме простоя - не менее 30,4 Па, для обеспечения отсутствия подсосов наружного воздуха. Так же, должно наблюдаться небольшое выбивание продуктов горения из рабочего пространства на уровне порогов рабочих окон томильной и сварочной зон.

Угар металла, неравномерность нагрева заготовок, обезуглероживание, перегрев, пережог - дефекты, которые могут возникнуть при нагреве заготовок.

Во время работы печи нагревальщики должны непрерывно следить за: давлением и горением газа; бесперебойностью работы вентилятора; исправностью измерительных и сигнальных приборов; исправностью арматуры сигнального оборудования; нормальной работой автоматики; рациональной загрузкой стана.

1.3 Технические требования к САР - допустимые ошибки в установившихся режимах, прямые показатели качества переходных режимов

Система должна быть многофункциональной, обслуживаемой, восстанавливаемой, с многократным восстановлением после отказов, и функционировать в непрерывном режиме с остановками на техническое обслуживание. Отказы по любой функции системы не должны приводить к неисправностям и авариям технологического оборудования.

Система должна учитывать все действующие нормы и правила по безопасности на средства вычислительной техники, электротехнические изделия установки, пожарной безопасности и санитарно-технические нормы, выполнение требований по эргономике и технической эстетике (простота, удобство, доступность им наглядность представления информации). Требования к рабочим местам и помещениям САР нагрева металла должны соответствовать действующим стандартам и санитарным нормам.

В системе должна предусматривать зашиту информации от воздействия следующих факторов: аварий в системе электропитания и кратковременных резких изменений напряжения питания с помощью источников бесперебойного питания; несанкционированных действий пользователя путем программной защиты, хранения эталона программного обеспечения и нормативно-справочной информации на резервных носителях, периодического копирования информации на резервных носителях и сверке её с эталоном, своевременной замене эталона и его защите от несанкционированного доступа организационными мерами.

Комплекс технических средств должен состоять из типовых и унифицированных узлов и стандартных устройств, датчики и преобразователи информации должны иметь унифицированные выходные сигналы.

В системе необходимо предусмотреть возможность ручного ввода данных, характеризующих процесс, но не вырабатываемых самой системой управления.

Система должна реализовать такие функции как: стабилизацию теплового режима печи; автоматическое управление температурным режимом нагрева заготовок; общий контроль, учет и визуализация параметров технологического процесса.

САР должна реагировать на изменения регулируемой величины, превышающий на значение больше чем статическая ошибка, которая равна - Х ст = 10о С. Максимальное динамическое отклонение равно - Х дин= 25о С. Время переходного процесса (время регулирования tрег = 900 с), коэффициент передачи объекта управления. Ко=2.40С/%ХодаРО. Величина максимального возмущения по нагрузке равна Ув = 15%.

1.4 Анализ известных вариантов САР

Для рассмотрения данного вопроса были найдены следующие патенты:

Патент № 723340 - Устройство управления нагревательной печью мелкосортного стана. Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано, например, для управления режимом нагрева заготовок в нагревательной печи непрерывного мелкосортного стана многониточной прокатки.

Патент № 1322057 - Способы управления нагревом металла. Изобретение относится к области металлургии, в частности к управлению нагревом металла, и может быть использовано в процессе нагрева заготовок в печах непрерывного действия. Цель изобретения повышение качества нагрева и снижение окалинообразования

Патент № 1455198 - Способы управления температурным режимом многозонной нагревательной печи. Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам управления тепловым режимом проходных многозонных печей, и может использоваться при их автоматизации. Цель изобретения - снижение удельного расхода топлива и повышение равномерности нагрева металла

Патент № 1236284 - Самонастраивающееся устройство стандартизации для поддержания заданной температуры нагрева проката на выходе проходной печи. Изобретение относится к устройствам управления и контроля температуры нагреваемого материала, механически перемещаемого в печах, и ориентировано на технологию поштучного нагрева подкатов в печи. Цель изобретения - повышение точности нагрева.

Патент № 1789045 - Способ управления нагревом заготовок в многозонной пламенной печи. Изобретение относится к автоматизации производственных процессов в черной и цветной металлургии, в частности для автоматизации многозонных пламенных нагревательных печей с торцовым отоплением.

В текущий момент управление тепловым режимом методической печи осуществляется с помощью систем автоматического контроля и регулирования, расположенных на тепловом щите. Для измерения температуры в печи используются следующие датчики: термоэлектрические преобразователи платинородий - платиновые; термоэлектрические преобразователи хромель - алюменевые.

Температура в зонах печи автоматически поддерживается на заданном уровне при помощи регулирующих приборов типа РП2П3 (ПИ-регулятор), которые работают в комплексе с регулирующими потенциометрами КСП-3, платинородий - платиновыми термопарами ТПП-П и исполнительными механизмами МЭО-100. При неисправности регулятора необходимо перейти на дистанционное управление температурой в зонах печи. Температура в каждой зоне автоматически контролируется по ширине печи при помощи электронного потенциометра ЭПП-09, работающего в комплекте с платинородий - платиновыми термопарами ТПП-П. Глубина погружения в печь всех термопар 100 мм от внутренней поверхности кладки. Регулирующими приборами типа РП2П3 (ПИ-регулятор), работающих в комплексе с приборами ДМИ, ВФС и исполнительными механизмами МЭО осуществляется соотношение расходов газа и воздуха на зоны печи. При неисправности регулятора соотношение расходов задается вручную.