Выбор и обоснование комплекса технических средств системы управления тепловым режимом шахтной

Аннотация

     Пояснительная записка содержит 43 страниц, в том числе 7 рисунков, 7 таблиц, 1 приложение, 29 источника.

     В курсовом проекте модернизирована система автоматизированного управления тепловым режимом шахтной печи №1 участка сократительной плавки и конвертирования медеплавильного цеха ООО «Медногорский медно-серный комбинат».

     При разработке курсового проекта выполнены  следующие задачи:

     - изучена конструкция шахтной  печи;

     - дана характеристика процесса тепловой работы шахтной печи;

     - проведен анализ и дана характеристика существующих аппаратно-программных средств системы управления тепловым режимом шахтной печи;

     - разработаны структурная и функциональная схемы существующей системы управления тепловым режимом шахтной печи;

     - разработана структурная схема системы управления тепловым режимом шахтной печи;

     - выбраны аппаратно-программные средства для повышения безаварийной и производительной работы системы управления тепловым режимом шахтной печи;

     - разработана функциональная схема системы управления тепловым режимом шахтной печи.

     Существующая  система служит лишь для вывода показаний  с датчиков на экран и не имеет  возможности контролировать температурный  режим шахтной печи. Также, недостатком является то, что на печи не установлен ни один датчик температуры, который позволил бы вести контроль температуры в подготовительной и окислительной зонах.

     Результатом курсового  проектирования является модернизация системы автоматизированного управления тепловым режимом шахтной печи, позволяющая выполнять не только мониторинг параметров регулирования, но и управлять тепловым режимом шахтной печи. 
 

     

 
Содержание 

 

Введение

 

     Задачей автоматического регулирования  и управления является автоматическое выполнение в определённой последовательности различных операций и поддержанию величин, характеризующих производственный процесс, на выполнение определённых, заданных значений или принудительное изменение этих величин по заранее описанному закону.

     Металлургическими печами называют промышленные агрегаты, в которых, используя тепловую энергию, производят необходимые физико-химические превращения металлосодержащих материалов с целью извлечения, рафинирования или тепловой обработки металлов и сплавов. Большинство физических и химических превращений веществ протекает с поглощением тепловой энергии, а скорость этих превращений возрастает с повышением температуры. Кроме того, большое значение в металлургии имеет агрегатное состояние вещества и подвижность его элементарных частиц, так как все процессы совершаются легче и быстрее в жидких или газообразных фазах, то есть при расплавлении или испарении вещества.

     Источником  тепловой энергии в печах служит разнообразное углеродистое топливо, электрическая энергия или технологические  процессы, идущие с выделением тепла. Действующие металлургические печи потребляют значительную долю добываемого углеродистого топлива и вырабатываемой электроэнергии.

     Современная металлургическая печь – это крупный  механизированный и автоматизированный агрегат. В течении суток металлургическая печь перерабатывает от нескольких сотен до нескольких тысяч тонн исходного сырья и потребляет сотни тысяч КВт/часов электроэнергии. Для обслуживания печей приходится сооружать большие склады, устройства по подготовке шихты, транспортное хозяйство, газоотводящую систему с устройствами для очистки газов и дымовыми трубами, воздуходувные и кислородные станции и так далее.

     Представление о металлургических печах только как о чисто теплотехнических агрегатах совершенно неправильно и мешает развитию рациональных взглядов на теорию и практику работы печей. Металлургическую печь следует рассматривать как сложный физико-химический агрегат, в котором наряду с теплотехническими процессами развиваются и другие важнейшие процессы: физико-химические превращения материалов, горение топлива, превращение электрической энергии в тепловую, движение твердых, жидких и газообразных сред.

     Работа  современных печей цветной металлургии  слагается из следующих основных процессов, протекающих в рабочем  пространстве печей в тесной взаимосвязи и взаимной обусловленности:

     - физико – химических превращений материалов и продуктов (технологический процесс);

     - горение топлива или преобразование электрической энергии в тепловую (энергетический процесс);

     - движение газов и жидкостей (гидроаэромеханический процесс);

     - движение твердых материалов (механический процесс);

     - теплообмена – внутреннего и внешнего, происходящего в газовой, жидкой и твердой фазах (теплообменный процесс).

     Из  простого перечисления этих процессов  видно, что работа металлургических печей – очень сложный комплекс разнообразных процессов, каждый из которых имеет свои собственные закономерности, изучаемые в соответствующих самостоятельных крупных отраслях науки.

       Одна из разновидности металлургических  печей – печь для плавки  руд, концентратов и полупродуктов,  шахтная печь. Шахтная печь состоит  из вертикальной шахты шириной 1 – м, длиной 5 – 15 м, собранной из водоохлаждаемых коробок (кессонов). Кусковую шихту и топливо загружают сверху, а воздух подают через фурменные отверстия, расположенные в нижней части печи. Продукты плавки непрерывно выпускают в отстойники или передние горны. Если рассмотреть распределение основных процессов в шахтной печи, станет видно, что эти процессы не имеет четкого разделения по зонам, а протекают в очень тесном переплетении, по существу почти в одной зоне.

     Процесс плавления и преобразования шихты в шахтной печи также зависит от количества тепла, получаемого от процесса горения топлива. Процесс же горения зависит от количества воздуха, вдуваемого в печь в единицу времени, и от его распределения в печи, т.е. от механики газовых потоков.

     Автоматизация производства позволяет осуществлять технологические процессы без непосредственного  участия обслуживающего персонала. Первоначально осуществлялась лишь частичная автоматизация отдельных операций. В дальнейшем сфера применения автоматизации расширилась как на основные, так и на вспомогательные операции. При полной автоматизации роль обслуживающего персонала ограничивается общим наблюдением за работой оборудования, настройкой и наладкой аппаратуры.

     В настоящее время различают четыре основные особенности автоматизации, которые обусловливают задачи и цели ее осуществления.

     Первой  особенностью автоматизации является возможность повышения производительности труда. Наряду с этим все чаще ставится вопрос о повышении качества и надежности производимой продукции.

     Вторая  особенность автоматизации обусловлена  возможностью управления установкой или  производственным процессом в опасных, труднодоступных или вообще недоступных  для человека сферах (забои горных предприятий, химические реакторы, ядерные двигатели, атомные электростанции, космические приборы и аппараты и др.).

     Третья  особенность состоит в возможности  замены человека машиной при решении  задач, требующих трудоемких и длительных вычислений, а также сопоставления полученных результатов и оперативного логического реагирования.

     К четвертой особенности относится  повышение культурного и профессионального уровня обслуживающего персонала, в результате чего изменяется характер самого труда. Это имеет большое социальное значение и способствует стиранию граней между умственным и физическим трудом.

     Различают следующие основные этапы автоматизации.

     1 Частичная автоматизация, когда  автоматизируются отдельные, не  связанные друг с другом, механизмы или установки.

     2 Комплексная автоматизация, при  которой все операции технологического процесса согласованы друг с другом и выполняются автоматически по определенной заданной программе.

     3 Полная автоматизация, когда автоматизируются  как основные, так и вспомогательные операции. При этом предусматривается автоматический выбор оптимальных режимов работы машин и оборудования. На данном этапе широко применяется вычислительная техника, используются принципы кибернетики и оптимального управления.

     Современный период технического развития характеризуется  созданием и внедрением в промышленность автоматизированных систем управления (АСУ), промышленных роботов, а также гибких производственных систем, объединяющих производственные центры, роботы и манипуляторы, ЭВМ в единую систему, обеспечивающую резкое повышение технико-экономических показателей за счет возможности автоматической перенастройки оборудования в процессе работы для решения изменяющихся производственных задач, роста производительности труда и качества продукции.

 

     1 Анализ состояния вопроса и задачи исследования 

     1.1 Конструкция шахтной печи 

     1.1.1 Общие сведения

     Шахтная печь представляет собой металлургический агрегат, состоящий из: вертикальной шахты, в которую загружаются твердые продукты плавки; колошника, через который отводятся газы; внутреннего горна для сбора жидких продуктов плавки. Необходимый для процесса окисления воздух подводится через специальные фурмы, расположенные в нижней части шахты.

     Шахтные печи предназначены для переработки  твердой медьсодержащей шихты с  целью получения медного штейна и отвального шлака. Шахтная печь представляет собой металлургический агрегат с вертикально расположенным рабочим пространством. Работа шахтной печи основана на принципе противотока опускающейся шихты и движущихся ей навстречу печных  газов. Этим обуславливаются конструктивные особенности печи и работа ее элементов.

     Шахтная печь монтируется на специальном  бутобетонном фундаменте; на фундамент  устанавливаются чугунные домкраты. На домкраты устанавливаются лещадные плиты, изготовленные из чугуна. На краях этих плит имеются специальные приливы, образующие пазы, в которые вставляются кессоны.

     Шахта печи собирается из отдельных водоохлаждаемых  кессонов, скрепленных один с другим болтами и удерживаемых на месте специальным креплением. В нижней части кессонов располагаются фурменные отверстия для подачи в печь воздуха.

       Верхняя часть шахты и свод  футерованы бронеплитами. Выпускное  устройство печи представляет собой медную водоохлаждаемую шпуровую плиту с отверстием под вставку водоохлаждаемого вкладыша с отверстием для выпуска расплава. К шпуровой плите пристыковывается изготовленный из секций водоохлаждаемый выпускной желоб. Основной  выпускной  кессон  отливается  из  черновой меди, высота его намного меньше высоты основных кессонов.        

       На медном желобе образуется  порог, который выполняет роль гидравлического затвора, и расплав сливается через порог в передний горн.  К шпуровой плите монтируется изготовленный из секций водоохлаждаемый выпускной желоб, футерованный магнезитовым кирпичом, предназначенный для слива расплава в передний горн.

     Передний  горн состоит  из металлического  кожуха и футеровки, выполненной из магнезитового кирпича. Фундаментом для горна служит бутобетонное основание. Между металлическим кожухом и кирпичной кладкой стены оставляется зазор 100 мм, который засыпается огнеупорным порошком.

     По  верху горна кожух стягивается  тягами. В передней верхней части  горна оставляется отверстие  для стока из печи расплавленной  массы; в противоположной части горна делается отверстие для выпуска отвального шлака. С боковых сторон устанавливаются сифоны для выпуска штейна.

 

      Таблица 1 – Характеристики печей шахтной плавки