Технологическая схема контроля и корректировки показаний газоанализаторов, приведена в [6, с. 227]; схема системы автоматического распределения дутья по формам доменной печи - в [6, с. 228]; схема управления температурой горячего дутья при различных режимах работы воздухонагревателей - в [6, с. 229].
В системе управления доменным процессом, в частности тепловым режимом плавки, целесообразно использовать УВМ. На первом этапе внедрения вычислительной техники в доменное производство в ее функции должны входить: централизованный контроль, обработка и представление в удобном для оператора виде всей необходимой для управления процессом информации. На втором этапе внедряются автоматизированные системы управления, функционирующие в режиме "советчика мастера" с использованием математических моделей и алгоритмов управления доменным производством. В дальнейшем предусматривается возможность замкнутого автоматического управления процессом доменной плавки с применением ЭВМ.
В [6, с.230, 231] изображена функциональная схема АСУТП собственно доменной печи. В схеме основное внимание уделено регулированию теплового режима доменной плавки.
Для воздухонагревателей УВМ обеспечивает максимальный КПД, при этом посадка аккумулирует заданное количество теплоты на заданное время с минимальным расходом топлива. Схема АСУТП воздухонагревателей приведена [6, с. 232, 233].
АСУТП воздухонагревателей решает 3 основные задачи:
- определение оптимальной длительности составляющих цикла работы воздухонагревателей (длительности периода нагрева или дутья);
- выбор оптимальных параметров – температуры купола, расхода газа и закона их изменения в период нагрева воздухонагревателей;
- поиск оптимального режима работы блока – последовательного, попарно-паралельного или смешанного.
6. АСУТП СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Сталеплавильное производство включает в себя миксерное отделение. Автоматизация в миксерном отделении сводится к автоматическому взвешиванию и учету чугуна, поступающего из доменного цеха и подаваемого в мартеновскую печь или в конвертер; определению состава чугуна сливаемого из миксера; измерению температуры чугуна при сливе из миксера.
Функциональная схема автоматизации теплового режима миксера, отапливаемого природным газом, показана [6, с. 89].
При выплавке стали в мартеновских печах происходит выжигание из чугуна кремния, марганца, фосфора, серы и углерода. Крупные современные мартеновские печи работают скрап-рудным процессом, при котором металлическая часть шихты состоит из 50…60% жидкого чугуна и 40…50% железного лома.
Функциональная схема управления тепловым режимом мартеновской печи показана в [6, рис. 90, с.238, 239]. Некоторые динамические характеристики мартеновских печей приведены в [6, приложение, с. 347], перечень основных автоматически контролируемых параметров мартеновской плавки - в [6, табл. 51].
Температура свода рабочего пространства измеряется радиационными пирометрами, установленными в водоохлаждаемой арматуре и свизированными на свод через амбразуры в задней стенке. Более точные значения температуры свода позволяет получить шомпольный термозонд [6. с. 240 ].
Продукты сгорания анализируют с помощью автоматических газоанализаторов или анализатора избыточного кислорода [6, с. 240].
Способы управления тепловой мощностью можно разделить на две группы: статическое программное и динамическое.
При статическом программном управлении на основании предварительных исследований разрабатывают тепловую инструкцию, в которой заданы тепловая мощность и расходы различных видов топлива для каждого периода плавки. На основании инструкции сталевар устанавливает задание отдельным регуляторам расхода топлива, корректируя их на основании собственного опыта. Функцию управления выполняет сталевар, а локальные системы автоматики только поддерживают заданные расходы топлива [6, с. 238, 239].
К динамическим системам управления тепловой мощностью можно отнести системы управления по ограничивающим факторам, в которых тепловая мощность поддерживается на максимальном уровне до тех пор, пока хотя бы один из ограничивающих факторов (температура свода, температура насадок, содержание кислорода в продуктах сгорания и т.д.) не выйдет за допустимые значения.
Из динамических систем управления наибольшее распространение получила система АВТЕР [6, с. 240. рис. 93 ]. В схеме применен принцип раздельного регулирования параметров теплового режима.
Задача регулирования горения в мартеновской печи - полное сжигание топлива всех видов (включая оксид углерода СО из ванны) в пределах рабочего пространства печи.
Регулирование горения по соотношению всех видов топлива и всех видов кислородоносителей применено в схеме автоматизации мартеновской печи [6, рис. 90, с. 238, 239] .
Двухванная печь состоит из двух рабочих пространств (двух ванн), в одном из которых производится продувка металла кислородом, в другом - завалка и прогрев твердой шихты.
Выделяющийся при продувке металла СО из первой ванны поступает во вторую, дожигается там и отдает теплоту холодной шихте. Двухванная печь - кислородная печь, и поэтому дожигание СО и сжигание дополнительного топлива производится в техническом кислороде. Дополнительным топливом служит природный газ, который подается на стационарные горелки, а иногда на подвижные фурмы. Двухванные печи не имеют регенераторов.
Функциональная схема управления тепловым режимом двухванной печи приведена в [6, рис. 94, с. 243]; на ней показаны локальные системы регулирования для правой ванны; аналогичные системы существуют и для левой ванны.
Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) предназначены для выплавки легированных сталей, но в ряде случаев крупные печи сверхвысокой мощности могут применяться и для выплавки стали рядовых марок. Теплота, необходимая для протекания процесса, поступает от электрических дуг, возникающих между ванной и тремя графитовыми электродами, опущенными через свод печи.
Основные параметры, автоматически контролируемые при плавке в ДСП приведены в [6, табл. 52, с. 244].
Одна из основных задач управления в ДСП - регулирование электрической мощности. Обычно мощность регулируют в каждой фазе, используя электромашинные усилители [7, рис. 131 ].
В связи с широким применением кислорода для продувки ванны ДCП разработаны и применяются схемы автоматического управления продувкой [6, риc. 96, c . 245] . В схеме может быть использован сумматор, который будет давать команду на прекращение продувки и подъем фурмы после подачи в ванну заданного количества кислорода.
Для управления всей работой ДCП создаются АСУТП, обеспечивающие оптимальное ведение электрического и технологического режимов. В том числе применяется принцип программного управления мощностью.
Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой заключается в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым к металлу сверху через сопла водоохлаждаемой фурмы.
В [6, табл. 53. с. 246] приведены основные параметры, контролируемые в кислородном процессе, а в [6, рис. 97 ] - локальные системы управления.
Полная автоматизация конвертерного процесса невозможна без применения ЭВМ, т.е. вне пределов АСУТП. В АСУТП конвертерного производства стали можно рассматривать два основных принципа управления: статическое и динамическое.
Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) вертикального, радиального или криволинейного типов предназначены для получения заготовок (блюмов, слябов) без обжимных станков при разливке стали, выплавленной в конвертере, мартеновской или электросталаплавильной печи.
Функциональная схема системы управления МНЛЗ представлена в [6, рис. 98, с. 250].
АСУТП создаются во всех сталеплавильных производствах, особенно в электросталеплавильных и ковертерных. АСУТП в кислородно-конвертерном цехе состоит из двух подсистем управления процессом: выплавки стали и непрерывной ее разливки.
Основные функции АСУТП выплавки и непрерывной разливки стали могут быть сформулированы следующим образом.
I. Информационные и информационно-вычислительные функции.
II. Управляющие функции.
В целом АСУТП обеспечивает:
- слежение за технологическими процессами, положением и состоянием оборудования;
- автоматизированный и централизованный контроль и учет;
- выдачу управляющих сигналов в локальные системы автоматического управления;
- выдачу текущей технологической информации оператору;
- печатание паспортов плавки и других документов.
Общая структурная схема вычислительного комплекса АСУ конвертерным цехом показана в [6, рис. 99, с. 252 ].
7. АCУТП НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ
Для нагрева слитков перед прокаткой на обжимных станах применяют регенеративные и рекуперативные нагревательные колодцы. Топливом обычно служит смешанный (теплота сгорания Q = 5500...8500 кДж/м3) либо природный газ. Воздух подогревают в керамических рекуператорах до 800...900 OC, смешанный газ - в металли-ческих рекуператорах до 250...300 °С. На колодцах с одной верхней горелкой отсутствуют дутьевые вентиляторы, а воздух для горения просасывается через рекуператор с помощью инжектирующего сжатого воздуха, который подогревают в металлических рекуператорах до 150…300 °С.
Сортовые заготовки обычно нагревают в методических нагревательных печах, отапливаемых природным газом, мазутом или смесью газов. Воздух для горения нагревают до 500...600 0С в керамических рекуператорах. Рабочее пространство печей разбито на зоны с автономным отоплением: первой со стороны выдачи расположена томильная зона, затем 2-3 сварочные зоны (верхние и нижние) и, наконец, неотапливаемая методическая зона.
Для нагрева круглых заготовок, а также различных фигурных изделий применяют многозонные кольцевые печи.