Технология автоматизация литейных процессов - Металлургия - Скачать бесплатно
рассмотрению исходя из того, что они принимают
непосредственное участие в процессе раскисления и легирования стали.
Поэтому важно знать, каким образом ферросплавы поступают к месту протекания
химических реакций раскисления и легирования.
Система подачи и дозирования сыпучих материалов и ферросплавов
включает систему подачи и дозирования из приемных бункеров приемного
устройства в расходные бункера конвертерного цеха и систему дозирования и
подачи сыпучих материалов и ферросплавов из расходных бункеров
конвертерного цеха в конвертер (для каждого конвертера своя система), в
ковш при сливе металла, в приемные бункера УДМ (рис.1).
Обозначения к рис.1:
РБФ – расходные бункера ферросплавов;
РБС – расходные бункера сыпучих материалов;
УДМ – установка доводки металла;
ВП – воронка приемная;
V1…V18 – вибраторы ИВ-98 расходных бункеров 1…18;
P1V…P6V, P9V, P10V, P13V…P18V – питатели вибрационные расходных бункеров
1…6, 9, 10, 13…18;
P7G, P8G, P11G, P12G – питатели-грохоты расходных бункеров 7, 8, 11, 12;
W1F…W3F, W10F…W12F – бункерные весовые дозаторы 1…3, 10…12 ферросплавов;
W4S…W9S – бункерные весовые дозаторы 4…9 сыпучих материалов;
Рисунок 1 - Система подачи сыпучих материалов и ферросплавов в конвертер,
ковш и на УДМ
PW1F, PW2F, PW10F, PW11F – питатели вибрационных весов W1F, W2F, W10F,
W11F;
ZW3F, ZW4S,ZW6S, ZW8S, ZW9S, ZW12F – затворы весов W3F, W4S, W6S, W8S, W9S,
W12F;
PW5SL, PW7SL – питатели ленточных весов W5SL, W7SL;
HP1…HP8 – шибер перекидной 1…8;
ТК1…ТК4 – течки качающиеся 1…4;
ЕК1…ЕК4 – печи прокаливания 1…4 ферросплавов;
РЕК1, РЕК2 – питатели печей прокаливания ферросплавов;
УР1, УР2 – устройства поворотные 1,2;
N51…N54 – промежуточные бункера 51…54;
Z51, Z53, Z54 – затворы промежуточных бункеров 51, 53, 54;
P52M – питатель промежуточного бункера мелочи 52.
Современная проектируемая технология раскисления и легирования стали
должна предусматривать подачу ферросплавов в несколько этапов (несколькими
порциями), в том числе на различных агрегатах. По заданной технологии
наибольшая порция (основное раскисление и легирование) ферросплавов
подается при сливе металла в ковш, а уточненное ("тонкое") раскисление и
легирование осуществляется на УДМ. В данном дипломном проекте поставлена
задача расчета раскислителей и легирующих для подачи их в ковш при сливе
металла из конвертера. Данный алгоритм пригоден также и для расчета
ферросплавов для следующих этапов раскисления и легирования с
дополнительным уточнением настроек.
Рассмотрим систему подачи и дозирования сыпучих материалов и
ферросплавов более подробно.
1.3.1 Система подачи и дозирования сыпучих материалов из бункеров приемного
устройства в расходные бункера конвертерного цеха
Загрузка сыпучих материалов и ферросплавов в бункера приемного
устройства производится автомобильным транспортом. К сыпучим материалам
относятся известь, кокс и плавиковый шпат. Сыпучие материалы и ферросплавы
из бункеров нечетной линии приемного устройства питателями, а известь –
питателями-грохотами по конвейерам с помощью разгрузочной тележки подаются
в расходные бункера конвертерного цеха нечетной линии, а из бункеров четной
линии приемного устройства сыпучие материалы и ферросплавы подаются в
расходные бункера четной линии. При помощи перекидных шиберов возможна
передача материалов из четных бункеров приемного устройства в нечетные
бункера пролета, а из нечетных бункеров – в четные. Необходимое количество
материалов задается и регулируется двумя электронно-тензометрическими
конвейерными весами, установленными на конвейерах.
1.3.2 Система дозирования и подачи сыпучих материалов и ферросплавов в
конвертер, в ковш при сливе металла, в приемные бункера установки УДМ
Подача сыпучих материалов из расходных бункеров цеха в конвертер
осуществляется следующим образом. Известь фракцией более 10 мм из бункеров
7, 8, 11, 12 питателями-грохотами P7G, P8G, P11G, P12G подаются в бункерные
весы-дозаторы W5S, W7S, а из них ленточными питателями PW5SL, PW7SL в
промежуточные бункера БП-1, БП-2. Отсев извести после грохотов по течкам
спускается в бункер мелочи БМ. Кокса и плавиковый шпат из бункеров 5 и 6
соответственно питателями P5V, P6V подается в бункерные весы-дозаторы W4S,
а затем через перекидной шибер НР-3 в промежуточный бункер БП-1 и в
конвертер. Кокс может быть отдан из бункера 13 питателем P13V через W8S в
БП-2 и в конвертер. Руда из расходных бункеров 9, 10 питателями P9V, P10V
подается в бункерные весы-дозаторы W6S, а из них через перекидной шибер НР-
5 в промежуточные бункеры БП-1 или БП-2, из которых через систему затворов
осуществляется двухсторонняя подача сыпучих в конвертер.
Подача отсева извести из бункера мелочи главного корпуса в ковш при
сливе металла происходит согласно рис. 1. Отсев мелочи извести фракцией
менее 10 мм от питателей-грохотов P7G, P8G, P11G, P12G, установленных под
расходными бункерами 7, 8, 11, 12, подается в бункер мелочи БМ, а из него
питателями Р52М в весовой дозатор W9S и далее при открытии его челюстного
затвора ZW9S – в ковш при сливе металла.
Подача ферросплавов и сыпучих материалов из расходных бункеров цеха в
ковш при сливе металла, а также в приемные бункера установки УДМ,
выполняется согласно рис.1. Ферросплавы из расходных бункеров 1…4, 15…18
питателями P1V…P4V, P15V…P18V подаются в бункерные весы-дозаторы W1F, W2F,
W10F, W11F, а из них питателями PW1F, PW2F, PW10F, PW11F через перекидной
шибер НР-1, НР-7 качающимися течками ТК1, ТК4 поступают в одну из печей
прокаливания ферросплавов ЕК1, ЕК4. После прокаливания ферросплавы с
температурой 400(С выдаются в общую на две печи приемную воронку ВП, а из
нее питателями РЕК1, РЕК2 через НР-2, НР-8 в весовые дозаторы W3F, W12F
прокаленных ферросплавов, затем при открытии их челюстных затворов ZW3F,
ZW12F в ковш при сливе металла либо из ВП питателями РЕК1 или РЕК2 через НР
или НР* на поворотные устройства УР1 или УР2, затем в бункера 25…28 и на
УДМ. Кокс и шпат из расходных бункеров 5, 6 соответствующими питателями
P5V, P6V подаются в бункерные весы-дозаторы W4S, а затем через перекидной
шибер НР3 в промежуточный бункер БП-3 и в ковш.
Доменный гранулированный шлак, необходимый для предотвращения
остывания металла, из бункера 14 питателем P14V подается в весовой дозатор
W8S, затем через шибер НР6 в бункер 29 и на УДМ.
Предлагаемая технология позволяет выдерживать временные интервалы
подачи сыпучих материалов и ферросплавов в соответствие с табл.1.
Данная система подачи и дозирования сыпучих материалов и ферросплавов
рассчитана на реальные массы подаваемых материалов и устроена таким
образом, что при необходимости подачи какого-либо материала в течение
процесса выплавки стали позволит быстро и точно выдавать нужный материал в
конвертер, ковш и на УДМ.
Таблица 1 - Показатели подачи сыпучих материалов и ферросплавов
|Вид |Максимальное |Вес одной |Время набора,|Температура |
|материала |количество, |порции, т |выдачи одной |ферросплавов|
| |подаваемое на | |порции, мин |, (С |
| |плавку, т | | | |
|Кокс, |2 |0.5-2 |1 |- |
|плавиковый | | | | |
|шпат | | | | |
|Известь |5 |1-5 |1 |- |
1.4 Проектируемая технология, ее критический анализ и направление
совершенствования
1.4.1 Особенности раскисления и легирования конвертерной стали
В кислородно-конвертерном процессе применяют два метода раскисления и
легирования стали: с предварительным раскислением в конвертере и
окончательным в ковше; с раскислением только в ковше.
Применение предварительного раскисления в кислородном конвертере
оправдано, так как в агрегате после конца продувки не происходит окисление
металла вследствие поступления кислорода из атмосферы, а наблюдается лишь
некоторое окисление за счет шлака, причем при малой поверхности контакта
его с металлом. Это уменьшает угар раскислителей, исключает повторное
кипение ванны и облегчает получение заданного содержания углерода. Кроме
того, предварительное раскисление в конвертере не повышает содержание
водорода в металле, однако вызывает восстановление фосфора, что требует
хорошей дефосфорации перед раскислением. Этот метод раскисления стали
применяется при выплавке конструкционной марки стали с хромом. Для
предупреждения значительного восстановления фосфора осуществляется глубокая
дефосфорация металла и удаление части шлака с наводкой нового. После
скачивания первого шлака в конвертер вводят ферромарганец и ферросилиций.
Затем наводят второй шлак и продолжают продувку. Предварительное
раскисление в конвертер обычно производят силикомарганцем или
ферросилицием, затем присаживают феррохром и производят покачивание в
течение 15-17 мин. Окончательное раскисление производят в ковше
ферросилицием и алюминием.
При выплавке сталей в ККЦ-1 раскисление и легирование происходит
только в ковше. Раскислители и легирующие присаживают в ковш во время слива
металла. В случае присадки большого количества ферросплавов часть их
загружают в ковш до слива. Ферросплавы должны быть сухими, в кусках не
более 50 мм. Алюминий употребляется в кусках не более 4 кг. Ферромарганец,
силикомарганец, феррохром перед присадкой прокаливают в печах для подогрева
и сушки ферросплавов. Остальные ферросплавы присаживаются в холодном
состоянии, но сухими. Присадку ферросплавов начинают после заполнения
металлом 1/5 ковша и заканчивают до наполнения его на 2/3 высоты.
Ферросплавы через шлак не присаживаются. Порядок присадки следующий: после
наполнения металлом 1/5 ковша присаживают ферромарганец (силикомарганец),
затем ферросилиций и после него алюминий. Ферротитан, ферробор,
ферросиликоцирконий при их использовании задаются в ковш в последнюю
очередь после присадки всех раскислителей. Медь и никель присаживают в ковш
в исключительных случаях для корректировки химического состава в кусках
весом не более 20 кг до наполнения металлом 1/2 ковша. Обычно раскисление
медью и никелем производится в конвертере. Наряду с раскислением
осуществляется науглероживание коксовым порошком, который присаживают в
ковш с начала выпуска плавки до наполнения ковша на 1/2 высоты. После
подачи раскислителей, легирующих и шлакообразующих отбирается проба
металла, и осуществляется окончательная доводка металла.
1.4.2 Технология раскисления и легирования стали, применяемая в ККЦ-1 ОАО
"ЗСМК"
Процесс раскисления и легирования стали в ККЦ-1 производится в ковше
при выпуске плавки из конвертера и на установке доводки металла.
Расчет задания на дозирование масс раскислителей и легирующих
элементов при выпуске металла из конвертера выполняется незадолго до начала
текущей плавки при получении всей исходной информации и в зависимости от
марки выпускаемой стали. Возможные ограничения при расчете масс формируются
мастером выплавки также незадолго до начала текущей плавки. Возможны
ограничения на виды используемых ферросплавов, на количества используемых
ферросплавов.
Расчет задания на довешивание масс раскислителей и легирующих
элементов для отдачи в ковш на УДМ выполняется до слива стали в
сталеразливочный ковш после получения всей необходимой для расчета
информации.
Расчет масс раскислителей и легирующих предназначен для расчета масс
раскислителей и легирующих с учетом последующей обработки на УДМ, при этом
результаты расчета должны обеспечить выход по содержанию элементов в
готовой стали на нижнюю границу заданного химического состава для заданной
марки стали; для формирования заданий на дозирование и довешивание масс
раскислителей и легирующих, предназначенных для отдачи в ковш при выпуске
из конвертера, локальной системе управления подачей ферросплавов и сыпучих
и на УДМ. При этом производится учет влияния времени додувки и времени
слива на эквивалентную окисленность и угоревшие массы элементов;
корректировка значений окисленности, полученной при расчете масс
раскислителей и легирующих, по фактическим значениям окисленности стали,
полученным при замере на УДМ на предыдущих плавках. Расчет предназначен для
получения готовой стали, удовлетворяющей требованиям по содержанию
элементов для данной марки стали; для обеспечения выполнения задания по
сортаменту выплавляемой стали; для экономии расхода масс раскислителей и
легирующих; для оптимизации стоимости расходуемых материалов; для повышения
технологической дисциплины. Критериями эффективного расчета являются
процент получения заказного металла, удельные расходы материалов, стоимость
расходуемых материалов.
Управление раскислением и легированием при сливе стали в ковш имеет
три стадии: расчет задания на загрузку масс раскислителей и легирующих в
печи прокаливания (ПП); загрузка ПП; отдача прокаленных масс раскислителей
и легирующих в ковш. Расчет задания на загрузку масс раскислителей и
легирующих в ПП производится с помощью адаптивного алгоритма. Загрузка ПП
осуществляется следующим образом. В начале смены мастер выплавки получает
информацию на смену о марках стали, количествах и видах масс ферросплавов
на прокаливание, раскисление и легирование стали при сливе в ковш. При этом
алгоритм расчета запускается многократно для расчета количества
ферросплавов по всем маркам стали, приведенным в сменном задании.
Рекомендации по массам ферросплавов могут храниться в виде таблицы.
Поскольку цикл прокаливания в ПП составляет приблизительно 45 мин и цикл
плавки приблизительно 45 мин, то загрузка масс раскислителей и легирующих
элементов в ПП должна производиться незадолго до начала текущей плавки.
Загрузка масс раскислителей и легирующих в ПП может производиться в ручном
и автоматизированном режимах. В ручном режиме загрузки масс раскислителей и
легирующих в ПП назначаемые количества и виды раскислителей и легирующих на
прокаливание задаются мастером выплавки оператору ПП по телефону. После
этого оператор ПП вводит эту информацию с клавиатуры своей локальной
системы управления подачей ферросплавов и сыпучих в виде задания на
загрузку конкретных ПП. В автоматизированном режиме загрузки масс
раскислителей и легирующих в ПП назначаемые количества и виды раскислителей
и легирующих на прокаливание задаются мастером выплавки в локальную систему
управления подачей ферросплавов и сыпучих (минуя оператора ПП)
самостоятельно с клавиатуры либо с использованием адаптивного алгоритма
автоматически. Отдачу прокаленных масс ферросплавов из ПП можно представить
в следующем виде. Из одной ПП (либо из двух печей) ферросплавы выдаются в
приемную воронку, а из нее в весовой дозатор и в ковш порциями (либо сразу
всей массой). Отдачу прокаленных масс ферросплавов производит мастер
выплавки. Учет массы ферросплавов производится по массе, поступившей на
прокаливание в ПП, и по массе прокаленных ферросплавов, отданных в ковш.
1.4.3 Описание организации взаимодействия постов ККЦ-1 при раскислении и
легировании стали
Описание организации взаимодействия поста "Приемное устройство" с
другими постами можно представит в следующем виде. С целью выполнения
контактного графика работы ККЦ-1 оператор приемного устройства по приходу
транспортного средства должен обеспечить с помощью базовой автоматизации
заполнение соответствующих расходных бункеров, а также выполнить функции
корректировки информации о материалах в бункерах с учетом пришедших
материалов; корректировки информации о материалах в бункерах с учетом
отсыпанных материалов в весовые дозаторы; архивирования данных по неувязкам
между поступившими и израсходованными материалами из расходных бункеров;
определения нулевого уровня в расходных бункерах по сигналам датчиков
нижнего уровня. Информация, вводимая вручную: номер загружаемого расходного
бункера, вид загружаемого материала, сведения о качественных показателях и
химическом составе загружаемого материала, расходный бункер, необходимая
информация о принципиальном обнулении веса материала в расходных бункерах.
Информация, вводимая автоматически: вес отгружаемого материала из
расходного бункера в весовые дозаторы. Вывод необходимой информации на
средства отображения в другие смежные системы и на магнитные носители
производится автоматически.
Описание организации взаимодействия "Поста прокаливания ферросплавов
для отдачи в ковш при сливе металла из конвертера" с другими постами
выглядит следующим образом. С целью обеспечения скоординированности
процессов выплавки стали в конвертере, подготовки ферросплавов для
раскисления и легирования, выпуска плавки, раскисления и легирования при
выпуске и с целью обеспечения непрерывности процесса производства стали
необходимо осуществлять прокаливание масс ферросплавов для раскисления и
легирования, начинаемое приблизительно за 40 мин до отдачи в ковш, а также
необходимо начинать просушивание масс ферросплавов приблизительно за 15 мин
до отдачи в ковш. Следовательно, загрузку масс ферросплавов на прокаливание
на следующую плавку необходимо производить по ходу текущей плавки в
соответствие с контактным графиком после получения задания от
дистрибуторщика на плавку. После чего оператор ПП на конвертере производит
загрузку ПП в соответствие с заданными минимальными стандартными ее
количествами для данной марки и технологии, а также производит загрузку
масс ферросплавов на просушивание на текущую плавку по получении задания о
мастера выплавки. В процессе выплавки могут возникнуть ситуации, связанные
с коррекцией количеств раскислителей и легирующих. В этом случае
дополнительная отдача ферросплавов производится на УДМ либо осуществляется
просушивание и отдача дополнительных ферросплавов в ПП на конвертере. В
процессе работы у оператора ПП на конвертере отображается состояние
оборудования, виды имеющихся материалов. В случае отсутствия указанного в
задании вида материала оператор ПП формирует задание на загрузку расходного
бункера указанными видами материалов оператору приемного устройства. При
невозможности загрузки указанными материалами формируется предложение
мастеру выплавки о пересчете задания на материалы, имеющиеся в наличии.
После чего производится пересчет и выдача задания для указанных материалов.
Описание организации взаимодействия "Поста прокаливания ферросплавов
для отдачи в ковш на УДМ" с другими постами выглядит следующим образом. С
целью обеспечения своевременности загрузки приемных бункеров УДМ
ферросплавами, предварительно прокаленных или просушенных, необходимо
обеспечить возможность оперативного взаимодействия оператора ПП с
оператором пульта управления и оператором УДМ, представление информации о
состоянии оборудования и процессов на ПП УДМ. Оператору ПП на УДМ
необходима информация о загруженных и свободных для прокаливания или
просушивания ПП. После получения указанной информации оператор ПП выбирает
вариант дальнейших действий. Если необходимо загрузить ПП в соответствие с
выбранным вариантом и указанием режима прокаливания, то производится
контроль параметров режима прокаливания. В случае необходимости
осуществляется обмен информацией между оператором ПП на УДМ и оператором
УДМ при выдаче прокаленных масс ферросплавов в приемный бункер УДМ и между
оператором ПП на УДМ и оператором пульта управления при загрузке материалов
в расходный бункер УДМ. В свободное от указанных выше операции время
осуществляется анализ состояния расходных бункеров на УДМ, обмен
информацией оператора ПП на УДМ и оператора пульта управления о состоянии
расходных бункеров, отображение состояния происходящих процессов и
оборудования.
В первоначальном варианте проектируемой технологии раскисления и
легирования стали предусматривается "жесткое" регламентирование количества
подаваемых ферросплавов при сливе металла в ковш с учетом дальнейших
корректировки химического состава при обработке металла на УДМ. Однако при
более глубоком анализе технологии целесообразным является уточнение
первоначальных порций ферросплавов, так как существенно может поменяться
масса жидкой стали, ее окисленность и другие факторы. С учетом высокой
стоимости ферросплавов необходимо считать их начальные порции, так как не
весь металла может проходить полную обработку.
1.5 Анализ проектируемой системы управления технологическим процессом и
постановка задачи
1.5.1 АСУ ТП выплавки стали в конвертере
В основу функциональной структуры АСУ ТП положен принцип
децентрализации функциональных элементов, образующих единую вычислительную
систему, в которой имеются два уровня, каждый из которых делится на два
подуровня. Первый уровень включает в себя системы, осуществляющие
непосредственную связь с объектом управления и обеспечивающие измерение
параметров процесса, состояния оборудования, определение параметров
исходных материалов и отработку установок исполнительными механизмами и
системы сбора и подготовки информации для реализации функций второго
уровня, реализации диалога технологического и эксплуатационно-ремонтного
персонала с техническими средствами АСУ ТП в процессе управления. Ко
второму уровню относятся системы, обеспечивающие динамическое оценивание и
прогнозирование значений важнейших неконтролируемых параметров плавки
(оценка состояния ванны), и системы, обеспечивающие расчет статических и
программных управлений на предстоящую плавку, а также расчет текущих
значений управления, включая программы подачи раскислителей и легирующих.
Системы, обеспечивающие непосредственную связь с объектом управления,
делятся на информационные и информационно-управляющие. К первому типу
относятся системы, обеспечивающие только выполнение измерительных и
регистрирующих функций с последующей передачей информации на другие уровни
и на индикацию. Ко второму типу относятся системы, обеспечивающие наряду с
измерительными и регистрирующими функциями обработку уставок. Их работа
возможна в четырех режимах: дистанционном (ручном), полуавтоматическом,
автоматическом и от ЭВМ.
Системы, осуществляющие непосредственную связь с объектом управления,
представлены комплексами задач (системами определения), реализуемыми на
отдельных программно-технических комплексах (микропроцессорных системах).
Комплекс задач "Кислород" (система управления трактом подачи
кислорода) обеспечивает измерение мгновенного нормального расхода
кислорода, подаваемого в конвертер верху, отработку уставки по расходу
кислорода, интегрирование расхода кислорода, отсчет времени от начала
продувки и прекращения подачи кислорода после обработки заданных значений
интегрального расхода или времени от начала продувки. Установки по расходу
и времени, то есть программа, задаются вторым уровнем вычислительной сети
или машинистом дистрибутора.
Комплекс задач "Фурма" (система управления положением кислородной
фурмы) осуществляет измерение и регулирование положения кислородной фурмы в
соответствие с уставкой по положению фурмы над уровнем спокойной ванны с
автоматической коррекцией на разгар футеровки и выдачей команды на отсечной
клапан. Уставки формируются подсистемой статического управления (в виде
программы изменения во времени) и подсистемой динамического управления в
режиме работы от ЭВМ либо, как и в предыдущем случае, программа выбирается
машинистом дистрибутора в автоматическом режиме. Необходимые данные для
корректировки на разгар футеровки конвертера передаются из второго уровня
системы.
Комплекс задач "Технологические газы" (системы управления трактом
подачи технологических газов) обеспечивает измерение мгновенного
нормального расхода технологических газов, подаваемых в конвертер через
данные фурмы (кислорода, природного газа, азота, аргона), переключение в
тракте подачи газов и обработки уставок по расходам подаваемых газов,
интегрирование расходов газов. Задания по виду газа и его мгновенному
расходу по каждой фурме формируются вторым уровнем (подсистемами
статического и динамического управления) либо машинистом дистрибутора в
автоматическом режиме.
Комплекс задач "Температура
|
