АСУ ТП процессом спікання агломераційної шихти в умовах аглофабрики ВАТ ММК ім. Ілліча

В АО «Западно-Сибирский  металлургический комбинат» [3] была использована имитационная модель агломерации, которая позволяла совершенствовать технологию двухслойного спекания шихты применительно к условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК. На основании анализов на фабрике ЗСМК был разработан усовершенствованный алгоритм регулирования коэффициента распределения топлива по высоте слоя. В настоящее время разработанный алгоритм регулирования реализован на 3-х агломашинах ЗСМК. Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при внедрении АСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического дозирования топлива по слоям.

По техническому заданию  института ВНИИМТ и по проекту  Казгипромеза на агломашине АКМ-312 Карагандинского металлургического комбината [4] смонтирована и с января 1995 года эксплуатируется установка по утилизации тепла, выделяемого в процессе охлаждения агломерата. Установка отбирает горячий воздух из-под укрытия головной части линейного охладителя ОП-315 и подает воздух двумя индивидуальными нитками в горн и в слой за горном. Установка снижает выбросы пыли в атмосферу и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Несмотря на незавершенность теплоизоляции и нестабильность работы аглоцеха, эксплуатация установки с учетом возмещения затрат на её сооружение оказалась рентабельной, снизился расход газа и твердого топлива.

Для создания совершенной  системы автоматического управления ходом аглопроцесса [5] необходимо найти  надежные методы количественной оценки связей между основными технологическими параметрами работы агломерационных машин.

При выборе входных  и  выходных параметров необходимо иметь  в виду многонаправленность связей, однако это не всегда принимается  во внимание. Целью исследования было установление более надежных количественных связей между входными и выходными параметрами работы удлиненных агломашин аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического комбината и разработка на их основе рекомендаций по управлению работой зоны охлаждения аглоспека и оперативному изменению содержания углерода и влаги в шихте.

В Донецком политехническом  институте в 1990 году исследовался вопрос оптимизации агломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила  оценка возможности статической  оптимизации агломерационного процесса на основе выбора наиболее эффективных параметров идентификации объекта, с помощью которых с достаточной для практики точностью можно получить управляющую модель оптимизации, а также технической реализации предлагаемой оптимизации.

Непременным условием реализации предложенного метода оптимизации  аглопроцесса является контроль и стабилизация основных технологических параметров.

Реализация активных схем поиска экстремальных значений технологических параметров (производительности, состава агломерата и т.д.) агломерационного процесса в полном объеме достаточно сложна.

Предложенный алгоритм обладает новизной и может быть рекомендован к внедрению на строящихся или  реконструируемых аглофабриках.

Испытанная частично практикой эффективность работы локальных систем стабилизации теплового режима аглопроцесса на аглофабриках Енакиевского металлургического завода и Коммунарского металлургического комбината [7] позволила предопределить последовательность задач создания структур оперативного контроля и регулирования: система контроля основных технологических показателей агломерационного процесса; система распознания основных причин нарушения нормального хода аглопроцесса; алгоритм управления аглопроцессом с целью получения максимума производительности и стабилизации содержания оксида железа (II) в агломерате и его механической прочности на базе стабилизации основных технологических факторов хода аглопроцесса. Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и может быть рекомендован для вновь строящихся или реконструируемых аглофабрик.

На днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен в эксплуатацию прибор для автоматической и наиболее точной регистрации освещённости в вакуум-камерах, над которыми заканчивается процесс спекания. Принцип действия разработанного прибора основан на поглощении приемниками энергии инфракрасного излучения раскаленных частиц агломерата.

На аглофабрике №1 днепровского завода им. Дзержинского прошел испытания прибор [8], служащий датчиком для автоматического измерения и регулирования разрежения по вакуум-камерам. В основу разработанного прибора положен емкостный метод измерения неэлектрических величин.

На аглофабрике завода «Азовсталь» на основании проведенных  исследований и анализа существующих систем автоматического регулирования скорости агломерационной машины как функции законченности процесса спекания [8] установлено, что эти системы неустойчивы и имеют колебательный характер регулирования.

Предлагаемая институтом автоматики система двойного регулирования агломерационной машины устраняет недостатки, присущие системам регулирования по параметрам, характеризующим законченность процесса спекания. Указанная система предусматривает 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 узлы смонтированы на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.

Из существующих систем автоматического дозирования компонентов агломерационной шихты [8] все большее распространение получают следящие системы, в которых поддерживается постоянным соотношение концентрат/руда, причем наибольший эффект достигнут на агломерационных фабриках, снабжающихся тонкоизмельченными концентратами повышенной влажности. Такие системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительного комбината (НКГОК) и ЮГОК.

Система [8] автоматического  управления автоматическим дозированием агломерационной шихты, разработанная лабораторией автоматизации агломерационного производства Института автоматики, внедрена на мариупольском заводе «Азовсталь» и на НКГОК. Система обеспечивает непрерывность потока шихты, но требует осуществления автоматического дозирования возврата и автоматизации систем распределения агломерационной шихты по машинам без чего автоматическое управление автоматическим дозированием малоэффективно.

В 1993 году работниками  Центральной лаборатории автоматизации  и механизации аглоцехов предложены усовершенствованные автоматические системы подготовки аглошихты и процесса спекания агломерата с целью улучшения его качества [9]. На комбинате «Запорожсталь» применяются системы управления дозированием топлива в аглошихту с коррекцией содержания негорючей части, автоматизации дозирования известняка в аглошихту, автоматической стабилизации высоты слоя шихты на паллетах аглоленты. Разработан и внедрен специальный пробоотборник возврата, обеспечивающий получение данных для усредненного химического состава возврата.

На Новолипецком металлургическом комбинате [10] в 1987г. внедрена и промышленно  освоена автоматизированная система  управления агломерационным процессом на агломашине №3 типа АКМ-312. АСУ ТП выполняет информационные функции и функции непосредственного цифрового управления технологическими процессами окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты на агломашине и охлаждения агломерата на линейном охладителе.

В агломерационном производстве [11] осуществлена на ряде аглофабрик автоматизированная дозировка шихтовых материалов, а также системы увлажнения шихты и ее спекания, позволяющие улучшить качество регулирования по сравнению с применявшимися ПИ-регуляторами в 1,5-2 раза.

В Днепропетровском металлургическом институте были проведены исследования по завершенности агломерационного процесса [12]. Использовалась агломашина площадью спекания 62,5 м², оборудованная 9 пылевыми мешками. Методами химического и рентгеноструктурного анализа установлено, что изменения состава пыли отражает последовательность фазовых и химических превращений в зоне формирований спека на завершающей стадии процесса агломерации. Показатели пылевыделения в период окончания процесса спекания являются представительной характеристикой завершенности формирования структуры спека. Характеристики пыли могут быть использованы для управления законченностью процесса спекания.

НПО «Энергосталь» (г. Харьков) разработали экспоненциально-степенную  аналитическую аппроксимацию эмпирически  приближенно известного начального распределения локальных температур в слое агломерата, изготовленного на подвижной ленте агломашины [13], удобна для использования в соответствующих теплотехнических расчетах, в частности, при численном расчете температур в последующей зоне активного воздушного охлаждения агломерата.

Для создания совершенной системы управления ходом агломерационного процесса необходим поиск надежных методов количественной оценки связей между основными технологическими параметрами работы агломашины [14]. Целью исследования Магнитогорского горно-металлургического института в 1991 году была разработка методики подготовки технологических данных работы агломашин для последующей их математической обработки. Разработанные на основе полученных тесных связей между технологическими параметрами рекомендации включены в технологическую инструкцию по управлению аглопроцессом на аглофабрике №4 Магнитогорского металлургического комбината.

В результате внедрения АСУ ТП на агломашине №3 типа АКМ-312 НЛМК [15], обеспечены увеличение производительности по агломерату на 1,4%, экономия твердого топлива на 1,0%, металлосодержащего сырья на 0,22%, снижение содержания мелкой фракции (5-0 мм)  в агломерате на 1,0% и достигнут годовой экономический эффект 270,4 тыс. руб.

Внедрение системы автоматической стабилизации высоты слоя шихты на паллетах аглоленты на шести агломашинах [16] позволило стабилизировать процесс спекания, улучшить качество агломерата при экономии твердого топлива на агломерацию.

 

 

 

 

 

 

 

2 Описание ТЕХНОЛОГИческого ПРОцесса

 

2.1 Производственные  операции, осуществляемые на аглофабрике

 

Слово «агломерат»  происходит от латинского слова agglomerаtus [24], что дословно означает присоединенный, прибавленный. Агломерация – процесс получения кусков (агломерата) путем спекания мелкой руды с топливом при высокой температуре горения.

Задачей агломерационного процесса является подготовка высококачественного сырья для доменного производства из концентратов обогащения руд, рудной мелочи колошниковой пыли окалины, шламов, отсева агломерата и других железосодержащих материалов путем спекания их с соответствующим количеством топлива в прочные и пористые куски (агломерат). 

Производственные  операции, осуществляемые на аглофабрике  ОАО «ММК им. Ильича», иллюстрирует схема на рисунке 2.1.

Для приемки  и переработки всего поступающего сырья аглофабрика имеет:

• рудный двор (открытый склад) с полезной площадью 8640 м² служит для складирования и усреднения аглоруд и отходов применяемых при производстве агломерата;
• приемную траншею роторного передвижного вагоноопрокидывателя (ПРВО) имеет длину 170 м с полезным объемом 8400 м³ для разгрузки прибывающих на аглофабрику аглоруд и аглодобавок;
• приемную траншею башенного вагоноопрокидывателя (БВО) имеет длину 60 м с полезным объемом 3000 м³;
• тупиковую эстакаду для разгрузки отсева и бракованного агломерата длиной 220 м;
• склад руды и концентрата имеет два пролета длиной 420 м каждый, предназначен для складирования, усреднения и забора в производство концентрата, ракушечника и марганецсодержащих отходов;
• склад флюсов и топлива имеет общую длину 312 м и предназначен для складирования и усреднения пребывающих на аглофабрику флюсов и топлива;
• площадку промежуточного складирования и подсушки шламов.

В производстве агломерата необходимо использование  извести. Известь, получаемая путем  обжига смеси известняков, является интенсификатором агломерационного процесса. За счет извести происходит подсушка концентрата, что улучшает его дозирование в дозировочном отделении, кроме того, известь создает дополнительные условия для окомкования концентрата, тем самым  

Рисунок 2.1 –  Технологическая схема аглофабрики

 

 

улучшая газопроницаемость  шихты, обеспечивая высокую производительность агломашин. Крупность смеси известняков, входящих в состав шихты для обжига, должна находиться в пределах 3-10 мм, крупность коксовой мелочи – 0-6 мм.

Шихта с рудного  двора поступает в приемные бункера 1, откуда в определенном соотношении по транспортным конвейерам 2 и 4 она подается  в первичные барабаны-смесители 5 (скорость вращения 8-12 об/мин), где происходит ее смешивание, увлажнение и окомкование. Назначение смешивания, окомкования и увлажнения шихты – получение химически однородной смеси всех компонентов шихты, обладающих высокой газопроницаемостью в процессе спекания.

Из бункера 3 в смеситель поступает возврат. Возвратом или оборотным продуктом называется отсев агломерата и неспекшаяся шихта фракции 0-8 мм, полученные при грохочении готового агломерата. Возврат является интенсификатором процесса спекания, т.к. улучшает газопроницаемость шихты. Заданное количество возврата в шихте должно выдерживаться строго постоянным и составлять 20-25% от общей массы шихты.

Мелкие увлажненные  частицы шихты при перемешивании  укрупняются, образуя комочки; шихта  становится зернистой и рыхлой, что  повышает ее газопроницаемость. Усредненная шихта из смесителя загружается в бункер 6 и транспортером 7 в определенном соотношении с коксиком, поступающим из бункера 8, подается во вторичный барабаны-окомкователи 9 (скорость вращения 6-7 об/мин). В барабанах-окомкователях установлено автоматическое устройство по отсечке воды во время остановки агломашины.

Дозирование компонентов  шихты для обжига осуществляется на конвейерах ПШ-11 и ПШ-25 (малая дозировка) в режиме автоматического регулирования соотношения известняк - топливо. Дозирование осуществляется установлением необходимых расходов компонентов шихты, выдаваемых на сборный транспортер 2 питателями 26 из соответствующих бункеров. Для выдачи материалов из бункеров применяют в основном тарельчатые и вибрационные питатели.

Со складов  флюсов и топлива смесь известняков системой конвейеров подается в бункера дробильного отделения. Из бункеров смесь известняка подается электровибрационными трубоконвейерами производительностью 150 т/час, или инерционными питателями производительностью 200 т/час в молотковые дробилки ДМР 1450х1300х1000. Измельченный продукт из дробилок поступает на вибрационный грохот ГИСТ-72, который выделяет 3 фракции, которые распределяются по разным  конвейерам.