Автоматизация технологических процессов колпаковой печи (стр. 1 из 5)
Министерство образования и науки Украины
Приазовский государственный технический университет
Кафедра АТП и П
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине «АСУ ТП в ЧМ»
на тему: «АСУ ТП колпаковой печи»
Мариуполь, 2010
Реферат
Пояснительная записка: 41 с., 4 рис., 1 табл., 2 приложения, 5 источников.
В первой части пояснительной записки описывается процесс термической обработки металла в колпаковых печах, выделяются основные контуры контроля и регулирования, колпаковая печь рассматривается как объект управления.
Во второй части, на основе рассмотренного технологического процесса, создается система автоматизации колпаковой печи. Приводится описание контуров, созданных чертежей и т.д. Разрабатывается структурная и функциональная схемы автоматизации, принципиально-электрическая схема подключения приборов контура контроля и регулирования.
В третьей части пояснительной записки рассмотрена математическая модель процесса регулирования температурой и соотношением «топливо-воздух» в колпаковой печи.
АВТОМАТИЗАЦИЯ, ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА, КОЛЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, МУФЕЛЬ, ЗАЩИТНЫЙ ГАЗ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ.
Содержание
Введение
1. Конструкция агрегата и описание технологического процесса
1.1 Теория термической обработки
1.2 Характеристика металла, подвергаемого термической обработке
1.3 Режим термической обработки листов и полос в рулонах
2. Колпаковая печь как объект автоматизации
3. Разработка структурной схемы АСУ ТП
4. Функциональная схема системы автоматизации, выбор технических средств контроля и управления АСУТП
5. Построение принципиальной электрической схемы
6. Решение поставленных функциональных задач
6.1 Постановка и описание задач
6.2 Алгоритм расчета управляющего воздействия регулятора
6.3 Блок схема расчетной части задач
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
автоматизация колпаковая печь металл
Автоматизация широко внедряется в металлургическое производство. Уже сейчас невозможно представить себе теплотехнический агрегат современного металлургического завода, работающий без необходимых приборов контроля и регулирующей аппаратуры.
Внедрение автоматизации тепловых металлургических агрегатов приводит к сокращению участия рабочей силы в их управлении. Благодаря автоматизации появляется возможность увеличить производительность агрегата и снизить себестоимость продукции. Труд работников, обслуживающих автоматизированные агрегаты, значительно облегчается в результате применения механизмов и регуляторов.
Уменьшение количества ручного труда позволяет работникам значительную часть времени уделять наблюдению и анализам технологического процесса, искать средства для его интенсификации, своевременно предупреждать возможности появления брака производства и возникновения аварий агрегата.
Успешное внедрение автоматики и правильная эксплуатация автоматизированного агрегата во многом зависит от того, насколько обслуживающий персонал знаком с принципом работы, установленной на агрегате системы автоматического контроля и регулирования.
1. Конструкция агрегата и описание технологического процесса
Задача управления процессом нагрева в колпаковых печах заключается в обеспечении режима работы, при котором получается металл заданного качества при работе печи с максимальной производительностью.
Колпаковые печи относят к печам камерного типа с изменяющимся во времени тепловым режимом. В первый период нагрева необходимо получить максимальную скорость нагрева и поэтому подается количество тепла, соответствующее наибольшей тепловой мощности. Это происходит до тех пор, пока наиболее быстро нагревающаяся часть садки или колпака не достигнет заданной температуры. После этого начинается период выравнивания температуры при постепенно понижающемся расходе топлива.
В колпаковых печах верх садки нагревается и остывает быстрее чем низ, так как теплообмен происходит с боковой и верхней частями муфеля. Иногда быстрее нагревается нижний рулон, что происходит благодаря влиянию горелок, расположенных в нижней части колпака. Большая неравномерность наблюдается и по сечению садки - средние витки рулонов греются медленнее. Эта неравномерность может быть уменьшена за счет достаточной длительности выдержки.
Рис. 1.1 Внешний вид колпаковой печи
1. Вход в дымовой боров.
2. Инжектор.
3. Кольцевой канал сжатого воздуха.
4. Конвекторное кольцо.
5. Рулон
6. Нагревательный колпак.
7. Крышка
8. Двойной муфель
9. Рабочее колесо вентилятора
10. Газопровод
11. Горелка
12. Песочный затвор.
Продолжительность подачи в печь максимального количества тепла зависит от равномерности нагрева. При большой неравномерности сокращение подачи топлива приходится начинать еще в тот период, когда садка способна воспринимать тепло и характеризуется невысокой средней температурой. Практика работы показывает, что рациональным значением тепловой мощности следует считать такое, при котором температура муфеля достигает 800-850 0С за 2-3ч. Мощность одностопных печей обычно принимают 17.5-23.5 кВт/т садки.
1.1 Теория термической обработки
Отжиг – процесс термической обработки, обуславливающий получение равновесных (устойчивых) структур распада аустенита во время охлаждения, с определённых температур нагрева в интервале превращений или выше. Отжиг осуществляется путём нагрева стальных листов и рулонов до (или выше) температуры в интервале превращений, продолжительной выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. В процессе отжига происходит изменение дисперсных фаз и размера зёрен аустенита; в результате получается равновесная структура феррито–цементной смеси, снижается твёрдость и повышается пластичность и вязкость.
Отжиг применяется с целью снятия напряжений, улучшения пластичных свойств, устранения структурной неоднородности.
Применяемая термообработка может быть классифицирована следующим образом:
а) смягчающий отжиг;
б) рекристаллизационный отжиг;
в) отпуск.
Смягчающий отжиг проводится для разупрочнения горячекатанных листов и заготовок легированных сталей. Сталь после прокатки может иметь различную структуру и различные механические свойства в зависимости от степени деформации, от температуры конца горячей прокатки, от скорости охлаждения и т.п. Поэтому при выборе режима отжига стали после прокатки, кроме химического состава, учитывается также структура и твёрдость стали.
Смягчающим отжигом добиваются коагуляции карбидов стали, увеличения размера зерна, снятия н6апряжений и понижение твёрдости.
Рекресталлизационный отжиг – процесс термической обработки, обуславливающий исправление искажений кристаллической решётки., полученной при холодном деформировании металла.
Рекресталлизационный отжиг осуществляется путём нагрева стали до температуры 150 - 250°С, выше температуры начала роста новых зёрен, образующихся взамен деформированных, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. При рекресталлизационном отжиге происходит рост новых зёрен, образовавшихся взамен легированных, снятие наклёпа и внутренних напряжений при коагуляции цементита и образование зернистого перлита, увеличение пластичности стали, снижение прочностных свойств.
Отпуск процесс термической обработки, обуславливающий превращение неустойчивых структур закалённого (полученного в процессе ускоренного охлаждения) состояние в более устойчивые. Отпуск осуществляется путём нагрева металла до температуры ниже интервала превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения.
В результате отпуска получаются более устойчивые структуры по схеме мартенсит – троостит – сорбит, как следствии этого, получаются требуемые механические свойства как снятие внутренних напряжений.
В термическом отделении имеется 8 газовых колпаковых печей. Каждая печь имеет один нагревательный колпак, три стенда и три муфеля. Есть один резервный стенд на все отделения, используемый при ремонте основных стендов.
Нагревательный колпак состоит из металлического сварного каркаса и футеровки толщиной 230 мм. Из легковесного шамотного кирпича БЛ – 08. Между металлической обшивкой каркаса и кладкой – слой асбестового картона (5мм.) для уплотнения и компенсации расширения кладки в процессе её нагрева.
Масса колпака 45 т., внутренние размеры: длина 7,5 м., ширина 3,0 м., длина 2,3 м. В нижней части нагревательного колпака установлены три мижекционные горелки – по 12 на каждой боковой и по 4 на каждой торцевой стенке колпака, работающие на природном газе, калорийностью 8300 ккал/мм3.
В верхней части нагревательного колпака имеются проёмы для отбора продуктов сгорания, которые отсасываются с помощью двух воздушных эжекторов, укреплённых вместе с дымонаправляемыми патрубками на каркасе печи. Подача газа к печным коллекторам и горелкам, а также воздуха к эжекторам производится с помощью гибких шлангов от стационарных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой.