МІНІСТЕРСТВООСВІТИ УКРАЇНИ
ПРИАЗОВСЬКИЙДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА: Автоматизація управліннятехнологічними процесами та виробництвом
ЗВІТ ЗА ПРАКТИКУ
Студент______________________________________________БуханцовО.В.
Керівникпрактики_____________________________________ Малій А. О.
Керівникдіплому___________________________________Щербаков С.В.
Консультантз економіки__________________________________ПарлюкМаріуполь 2003 р.
Ъ
введение
Агломерация впервые былаприменена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а такжеруд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развиваласьна основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.
Первыемашины для непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах вПеру и Америке. В дальнейшем былиразработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная, круглаяи ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердилцелесообразность применения последних, в результате чего началось ихусовершенствование и развитие агломерации железных руд.
Современное агломерационноепроизводство представляет собой сложную систему различных аппаратов,действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.
Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к егокачеству, а также поточность технологических процессов создали условия дляширокого внедрения средств автоматического контроля и управления.
Комплексной автоматизации агломерационногопроизводства уделяется большое внимание. Значительное место в технологическойсхеме агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканиемшихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.
Основная задача автоматизации агломерационного производства состоит вобеспечении максимальной производительности агломерационных машин и заданногокачества агломерата. Одновременно автоматизация позволяет решать задачиповышения уровня организации производства, оперативности управ-лениятехнологическими процессами и в целом повышения экономической эффективностипроизводства. Одним из важнейших направлений совер-шенствования управленияявляется создание автоматизированных систем с применением вычислительнойтехники.
Автоматизированная система управления спекательным отделением являетсякачественно новым этапом комплексной автоматизации и призвана обеспечитьсущественное увеличение производительности труда, улучшение качествавыпускаемой продукции и других технико-экономических показате-лейагломерационного производства.
Автоматическое управление в спекательномотделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическомрегулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна,регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.
Особенностью построения АСУявляется системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетическихи управленческих вопросов. Специалист по АСУ ТП должен владеть теориейавтоматического управления, разбираться в конструкции металлургическихагрегатов и основах технологии, достаточно свободно ориентироваться в работе цифровыхвычислительных машин, их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметьправильно применять технические средства информационной и управляющей техники.
ВАСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованногоконтроля, электронной и вычислительной техники. Кроме того, АСУ ТП производятобщую централизованную обработку первичной информации в темпе протеканиятехнологического процесса, после чего информация используется не только дляуправления этим процессом, но и преобразуется в форму, пригодную дляиспользования на выше стоящих уровнях управления для решения оперативных иорганизационно-экономических задач.
Внедрение АСУ ТП, как и любое нововведение,связано с определенными трудностями и затратами. На этапе освоения проявляютсянедостатки отдельных элементов вычислительного комплекса, погрешностипримененных алгоритмов управления, недостаточная адаптация персонала к условиямработы с помощью вычислительной техники и другое.
литературный обзор существующих
систем автоматизации процесса
спекания агломерата
Непрерывный рост производства агломерата,повышение требований к его качеству, а также поточность технологическихпроцессов создали условия для широкого внедрения эффективных средствавтоматического контроля и управления и поставили задачу дальнейшего повышенияуровня автоматизации. Автоматическое управление внедряют практически на всехучастках аглофабрики. Автоматизируются процессытранспортировки, дозирования и загрузки шихтовых материалов, получают развитиеновые, более совершенные способы контроля и управления процессами зажигания испекания агломерационной шихты.
Применение АСУ ТП повышает оперативностьуправления агломерационным процессом [1], обеспечивает рациональное его ведениеи облегчает труд агломератчиков. Благодаря повышению прочности агломератауменьшается выделение пыли и улучшается экологическая обстановка впроизводстве, что немаловажно.
На современном этапе автоматизацииагломерационного процесса применяются стабилизирующие системы управления процессамиагломерации, выполняющие следующие функции: обеспечение непрерывного потокашихты, стабилизации режима возврата, регулирование влажности шихты,стабилизации места окончания процесса спекания, оптимизации процесса спекания,стабилизации химического состава и физических свойств агломерата.
Результаты промышленной эксплуатации [2]подтвердили техническую и экономическую целесообразность применениямикропроцессорного вычислительного комплекса для АСУ ТП нижнего и среднегоуровня в агломерационном производстве. В настоящее время в НПО «Днепрчерметавтоматика» ведется работа по созданию АСУ агломашины №4 НЛМК. Предусмотрено значительное расширениеинформационных функций, модернизация технических средств, алгоритмов икритериев управления агломерационным персоналом.
ВАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» [3] была использованаимитационная модель агломерации, которая позволяла совершенствовать технологиюдвухслойного спекания шихты применительно к условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК. На основании анализов на фабрике ЗСМК былразработан усовершенствованный алгоритм регулирования коэффициентараспределения топлива по высоте слоя. В настоящее время разработанный алгоритмрегулирования реализован на 3-х агломашинах ЗСМК.Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при внедренииАСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического дозирования топливапо слоям.
Потехническому заданию института ВНИИМТ и по проекту Казгипромезана агломашине АКМ-312 Карагандинскогометаллургического комбината [4] смонтирована и с января 1995 годаэксплуатируется установка по утилизации тепла, выделяемого в процессеохлаждения агломерата. Установка отбирает горячий воздух из-под укрытияголовной части линейного охладителя ОП-315 и подает воздух двумяиндивидуальными нитками в горн и в слой за горном. Установка снижает выбросыпыли в атмосферу и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Несмотря нанезавершенность теплоизоляции и нестабильность работы аглоцеха,эксплуатация установки с учетом возмещения затрат на её сооружение оказаласьрентабельной, снизился расход газа и твердого топлива.
Длясоздания совершенной системы автоматического управления ходом аглопроцесса [5] необходимо найти надежные методыколичественной оценки связей между основными технологическими параметрамиработы агломерационных машин.
Привыборе входных и выходных параметровнеобходимо иметь в виду многонаправленность связей,однако это не всегда принимается во внимание. Целью исследования былоустановление более надежных количественных связей между входными и выходнымипараметрами работы удлиненных агломашин аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического комбинатаи разработка на их основе рекомендаций по управлению работой зоны охлаждения аглоспека и оперативному изменению содержания углерода ивлаги в шихте.
ВДонецком политехническом институте в 1990 году исследовался вопрос оптимизацииагломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила оценка возможностистатической оптимизации агломерационного процесса на основе выбора наиболееэффективных параметров идентификации объекта, с помощью которых с достаточнойдля практики точностью можно получить управляющую модель оптимизации, а такжетехнической реализации предлагаемой оптимизации.
Непременнымусловием реализации предложенного метода оптимизации аглопроцессаявляется контроль и стабилизация основных технологических параметров.
Реализацияактивных схем поиска экстремальных значений технологических параметров(производительности, состава агломерата и т.д.) агломерационного процесса вполном объеме достаточно сложна.
Предложенныйалгоритм обладает новизной и может быть рекомендован к внедрению на строящихсяили реконструируемых аглофабриках.
Испытаннаячастично практикой эффективность работы локальных систем стабилизации тепловогорежима аглопроцесса на аглофабрикахЕнакиевского металлургического завода и Коммунарского металлургического комбината [7] позволилапредопределить последовательность задач создания структур оперативного контроляи регулирования: система контроля основных технологических показателейагломерационного процесса; система распознания основных причин нарушениянормального хода аглопроцесса; алгоритм управления аглопроцессом с целью получения максимумапроизводительности и стабилизации содержания оксида железа (II) в агломерате и его механической прочности на базестабилизации основных технологических факторов хода аглопроцесса.Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и может бытьрекомендован для вновь строящихся или реконструируемых аглофабрик.
Наднепровском металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен вэксплуатацию прибор для автоматической и наиболее точной регистрацииосвещённости в вакуум-камерах, над которыми заканчивается процесс спекания.Принцип действия разработанного прибора основан на поглощении приемникамиэнергии инфракрасного излучения раскаленных частиц агломерата.
Нааглофабрике №1 днепровского завода им. Дзержинскогопрошел испытания прибор [8], служащий датчиком для автоматического измерения ирегулирования разрежения по вакуум-камерам. В основу разработанного прибораположен емкостный метод измерения неэлектрических величин.
Нааглофабрике завода «Азовсталь»на основании проведенных исследований и анализа существующих систем автоматическогорегулирования скорости агломерационной машины как функции законченностипроцесса спекания [8] установлено, что эти системы неустойчивы и имеютколебательный характер регулирования.
Предлагаемаяинститутом автоматики система двойного регулирования агломерационной машиныустраняет недостатки, присущие системам регулирования по параметрам,характеризующим законченность процесса спекания. Указанная системапредусматривает регулирование интенсивности спекания и регулирование скорости аглоленты. Институт «Металлургавтоматика»разработал проект и рабочие чертежи системы для аглофабрики№2 днепровского металлургического завода им. Дзержинского. Все основные узлысмонтированы на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.
Изсуществующих систем автоматического дозирования компонентов агломерационнойшихты [8] все большее распространение получают следящие системы, в которыхподдерживается постоянным соотношение концентрат/руда, причем наибольший эффектдостигнут на агломерационных фабриках, снабжающихся тонкоизмельченнымиконцентратами повышенной влажности. Такие системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительногокомбината (НКГОК) и ЮГОК.
Система[8] автоматического управления автоматическим дозированием агломерационнойшихты, разработанная лабораторией автоматизации агломерационного производстваИнститута автоматики, внедрена на мариупольском заводе «Азовсталь»и на НКГОК. Система обеспечивает непрерывность потока шихты, но требуетосуществления автоматического дозирования возврата и автоматизации системраспределения агломерационной шихты по машинам без чего автоматическоеуправление автоматическим дозированием малоэффективно.
В1993 году работниками Центральной лаборатории автоматизации и механизации аглоцехов предложены усовершенствованные автоматическиесистемы подготовки аглошихты и процесса спеканияагломерата с целью улучшения его качества [9]. На комбинате «Запорожсталь» применяются системы управления дозированиемтоплива в аглошихту с коррекцией содержания негорючейчасти, автоматизации дозирования известняка в аглошихту,автоматической стабилизации высоты слоя шихты на паллетах аглоленты.Разработан и внедрен специальный пробоотборник возврата, обеспечивающийполучение данных для усредненного химического состава возврата.
НаНоволипецком металлургическом комбинате [10] в 1987г.внедрена и промышленно освоена автоматизированная система управленияагломерационным процессом на агломашине №3 типаАКМ-312. АСУ ТП выполняет информационные функции и функции непосредственногоцифрового управления технологическими процессами окомкования,загрузки, зажигания и спекания шихты на агломашине иохлаждения агломерата на линейном охладителе.
Вагломерационном производстве [11] осуществлена на ряде аглофабрикавтоматизированная дозировка шихтовых материалов, а также системы увлажненияшихты и ее спекания, позволяющие улучшить качество регулирования по сравнению сприменявшимися ПИ-регуляторами в 1,5-2 раза.
ВДнепропетровском металлургическом институте были проведены исследования позавершенности агломерационного процесса [12]. Использовалась агломашина площадью спекания 62,5 м²,оборудованная 9 пылевыми мешками. Методами химического и рентгеноструктурногоанализа установлено, что изменения состава пыли отражает последовательностьфазовых и химических превращений в зоне формирований спекана завершающей стадии процесса агломерации. Показатели пылевыделения в периодокончания процесса спекания являются представительной характеристикойзавершенности формирования структуры спека.Характеристики пыли могут быть использованы для управления законченностьюпроцесса спекания.
НПО«Энергосталь» (г. Харьков) разработалиэкспоненциально-степенную аналитическую аппроксимацию эмпирически приближенноизвестного начального распределения локальных температур в слое агломерата, изготовленногона подвижной ленте агломашины [13], удобна дляиспользования в соответствующих теплотехнических расчетах, в частности, причисленном расчете температур в последующей зоне активного воздушного охлажденияагломерата.
Длясоздания совершенной системы управления ходом агломерационного процессанеобходим поиск надежных методов количественной оценки связей между основнымитехнологическими параметрами работы агломашины [14].Целью исследования Магнитогорского горно-металлургического института в 1991году была разработка методики подготовки технологических данных работы агломашин для последующей их математической обработки.Разработанные на основе полученных тесных связей между технологическимипараметрами рекомендации включены в технологическую инструкцию по управлению аглопроцессом на аглофабрике №4Магнитогорского металлургического комбината.
В результатевнедрения АСУ ТП на агломашине №3 типа АКМ-312 НЛМК[15], обеспечены увеличение производительности по агломерату на 1,4%, экономиятвердого топлива на 1,0%, металлосодержащего сырья на 0,22%, снижениесодержания мелкой фракции (5-0 мм) вагломерате на 1,0% и достигнут годовой экономический эффект 270,4 тыс. руб.
Внедрение системы автоматической стабилизациивысоты слоя шихты на паллетах аглоленты на шести агломашинах [16] позволило стабилизировать процессспекания, улучшить качество агломерата при экономии твердого топлива на агломерацию.
Характеристика и конструкция агломашины
Самым распространенным способом агломерации являетсяспекание на ленточных агломерационных машинах непрерывного действия, прикотором через слой спекаемых материалов просасывается воздух.
Схема ленточной агломерационной машины показана нарисунке 2.2.
Рисунок 1 – Ленточная агломерационная машина непрерывного действия:
1, 2 – бункеры, 3 – барабанный смеситель, 4 –промежуточный бункер, 5 – ведущийбарабан, приводиться в движение двигателем постоянного тока, 6 – зажигательный горн, 7- вакуум-камеры,8 – ведомый барабан машины, 9 –эксгаустер.
Характеристика агломерационной машины аглофабрики «ММК им. Ильича», подробная конструкция которойпредставлена в графической части дипломного проекта на листе 1:
Тип – АКМ-1,2,3-85/160
Количество – 12 шт
Площадь просасывания общая – 160 м2
Длина площади просасывания – 65 м2
Ширина рабочей поверхности – 2,7 м
Производительность – 170 т/час, годного 125 т/час
Скорость движения палет –1,5-6,0 м/мин
Максимальная толщина спекаемого слоя – 350 мм
Тип электродвигателя – ДП-52
Мощность – 32 квт
Обороты – 730 об/мин
Тахогенератор – ЭТ-7/110
Обороты тахогенератора –1950 об/мин
Колосники – по ТУ 14-12-44-84
Техническая характеристика эксгаустера:
Тип — 9000-11-2
Производительность – 2000 м3/мин
Начальное давление при входе во всасывающий патрубок– 0,9 атм.
Начальная температура газа – 70ºС
Создаваемый напор (повышение давления) – 1600 мм.вод.ст.
Техническая характеристика дымососа:
Тип — Д-21, 5х2
Производительность отнесенная к 0ºС и 760 мм.рт.ст. – 4500 м3/мин
Начальная температура газа – 200ºС
Создаваемый напор (повышение давления) – 470 мм.вод.ст.
Техническая характеристика газового горна:
Площадь горна – 6,8 м2
Объем топочного пространства – 5,2 м2
Тип горелок – ГПН
Количество горелок – 4 шт
Расход газа на горн – 500-700 м3/час
Расход воздуха – 5000-8400 м3/час
Тепловая мощность горна – 3,6-4,2·106Процесс спекания агломерата на агломашине
Подпроцессом спекания понимают совокупность превращений при которых сжигаемоепросасываемое воздухом твердое топливо в слое шихты обеспечивает развитиевысоких температур в зоне горения и оплавлениематериалов. В результате получается спек, обладающий необходимымифизико-химическими свойствами. Основными параметрами, характеризующими процессспекания являются температура поверхности зажженной шихты, высота слоя,скорость спекания, температура в зоне горения, время пребывания шихты на ленте(скорость ленты) и степень законченности спекания.
Начальнойстадией спекания является зажигание шихты, при котором необходимо воспламенитьчастицы содержащегося в ней топлива и внести в слой количество тепла,обеспечивающее дальнейшее развитие горения. Наряду с обеспечением необходимыхтемпературы и количества тепла следует иметь в зажигательном горнесоответствующий состав продуктов сгорания с тем, чтобы в них содержалосьдостаточное количество кислорода, идущего на сжигание топлива в слое.
Чтобыв горн не подсасывался со стороны холодный воздух или не выбивалось из негопламя, особенно со стороны бортов тележек, необходимо поддерживать определенноедавление, а для обеспечения перемещения зоны горения и просасывания газов черезслой создавать в вакуум-камерах под горном соответствующее разрежение.
Призажигании шихты основными факторами являются температура поверхности иколичество тепла, аккумулируемое в верхнем слое шихты.
Определенноевлияние на процесс зажигания оказывает величина разрежения под зажигаемымслоем. При слишком малом разрежении продукты горения просасываются медленно,что приводит к замедлению процесса зажигания, особенно скорости теплопередачи внижние горизонты слоя, а также снижению скорости перемещения фронта горениятвердого топлива. При повышенном разрежении теплопередача осуществляетсяслишком быстро, фронт горения отстает, концентрация тепла в зажигаемом слое снижается,в результате чего спек получается непрочным.
Спеканиешихты ведется на колосниковой решетке паллет агломерационной машины методомпросасывания воздуха. Просасываемый через слой шихты воздух образует зонугорения высотой 15-35 мм с температурой 1400-1600°С, передвигающуюся вниз свертикальной скоростью спекания аглоленты происходит зажиганиесырой шихты 1; в зоне горения 2
Рисунок2 – Схема спекания шихты на агломашине
осуществляетсяспекание шихты на участке длиной агломерат охлаждаетсяпросасываемым воздухом. Сырая шихта и агломерат размещается на постели 3.
Основныепараметры агломерационного процесса при установившемся режиме связанысоотношением:
(2.1)
где h– высота слоя шихты; — время спекания
Скоростьдвижения поддерживается такой,чтобы процесс спекания заканчивался на заданной длине спекания
Температурарегулируется в ходе всего процесса спекания, т.к. от этого зависит качествоспекаемой шихты. При нормальном ходе процесса спекания агломерат равномерноспечен и при выдаче с ленты раскален не более чем на 1/3 высоты «пирога». Нанезаконченность процесса спекания указывает низкая температура отходящих газовв последних вакуум-камерах и наличие не спекшейся шихты в изломе «пирога» уколосников паллет. Повышение температуры отходящих газов в коллекторепроисходит вследствие замедления скорости движения паллет или кратковременнойостановки агломерационной машины; повышения газопроницаемости шихты. Понижениетемпературы отходящих газов в коллекторе имеет место при: уменьшении содержаниятоплива в шихте по сравнению с оптимальным; переоплавлениеповерхности слоя шихты из-за высокой температуры зажигания; наличие большогоколичества вредных прососов воздуха; завышение скорости движения паллет.
Наданный момент на аглофабрике ОАО им. Ильича не стоитсистем автоматического управления процессом спекания. Из прошлых системостались только системы автоматических отсечек газа, воздуха и воды.Экономические показатели
В сутки производство по всем 12 агломашинамсоставляет 34181 тонну, что дает 2848.41 тонну на каждую агломашину.Себестоимость составляет 102.97 гривны за тонну. Заключение
Внедрение системы автоматического управленияспеканием аглошихты на ОАО им. Ильича стало насущнойнеобходимостью. Поэтому я и попытаюсь разработать такую систему при разработкедипломного проекта.