Данная  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.

     То  есть, по данным системы, оператор определяет решения по регулированию и вручную выполняет, путем открывания и закрывания задвижек 7 и 10.

      Нельзя  не заметить то, что шахтная печь №1 участка сократительной плавки и конвертирования медеплавильного цеха  является  опасным производственным  объектом.  Требования  промышленной  безопасности  к таким  объектам в настоящее время строго  оговаривают  необходимость  ведения  технологического  процесса    автоматизированными  системами  управления,  с  использованием  средств  вычислительной  техники.

      В настоящее время шахтная печь №1 участка сократительной плавки и конвертирования медеплавильного цеха эксплуатируется с устаревшим контрольно измерительным оборудованием. Последние поставки основного оборудования приходятся на начало восьмидесятых годов. Данное оборудование не в состоянии обеспечить высокую степень безаварийного и безотказного ведения технологического процесса, метрологические же характеристики, давно потеряли свою актуальность.

      Таким образом, принято решение модернизировать  системы, заменить устаревшее оборудование, предложить новые технические решения по регулированию температурным режимом шахтной печи. 

 

Рисунок 3 – Функциональная схема существующей системы

 

      1.4 Цель и задачи  

     Целью проекта является модернизация аппаратно-программных  средств управления тепловым режимом  шахтной печи.

     Для достижения цели необходимо выполнить  следующие задачи:

     - изучить конструкцию шахтной  печи;

     - дать характеристику процесса тепловой работы шахтной печи;

     - провести анализ и дать характеристику  существующих аппаратно-программных  средств системы управления тепловым  режимом шахтной печи;

     - разработать структурную и функциональную схемы существующей системы управления тепловым режимом шахтной печи;

     - разработать структурную схему  системы управления тепловым режимом шахтной печи;

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

     - разработать функциональную схему системы управления тепловым режимом шахтной печи.

 

2 Разработка структурной схемы компьютеризированной системы управления тепловым режимом шахтной печи

2.1 Классификация современных систем управления тепловым режимом шахтной печи

 

     Существующие  в настоящее время на рынке автоматизированные системы управления технологическим процессом шахтной печи по их функциональной направленности можно разделить на следующие основные группы:

     – автоматизация процесса загрузки кусковой шихты в шахтную печь;

     – автоматизация управлением ходом  плавки (управление тепловым режимом);  

     – автоматизация процесса разлива  шлака в изложницы.

     Процесс загрузки кусковой шихты в шахтную  печь является важным процессом, так как количество дозируемой шихты должно строго соответствовать фактической производительности шахтной печи. Как избыток, так и недостаток шихты нарушает технологию процесса плавки.

     Система загрузки включает бункер с окном  выдачи шихты, барабанный питатель и загрузочный лоток. Загрузочное устройство обеспечивает выдачу шихты на паллеты равномерным слоем по ширине и во времени. Для равномерной загрузки шахтной печи шихтой в промежуточном бункере поддерживают постоянный запас шихты. Для загрузки шихты на паллеты используется загрузочный лист, угол которого и расстояние от колосников паллет регулируется в зависимости от высоты слоя и свойств шихты таким образом, чтобы происходила сегрегация шихты по крупности. Поверхность шихты, загруженной на паллеты, должна постоянно заглаживаться при помощи специальной гладилки, которая расположена за загрузочным устройством.

     Равномерное распределение шихты является одним  из необходимых условий для нормального протекания процесса плавки.

     Управлением ходом плавки заключается в управлении тепловым режимом за счет регулирования подачи кислорода с воздухом.

     Нормирование  необходимого количества кислорода  осуществляется в зависимости от расхода воздуха, подаваемого в шахтную печь в соответствии с требованиями регламента технологического процесса.

     Процесс разливки стали включает подготовку жидкой стали к разливке, ее транспортировку  от сталеплавильного агрегата до места  разливки и непосредственную заливку стали в формы с целью получения отливок заданных параметров по линейным размерам, форме, весу, механическим свойствам и требуемой структуры.

     Процесс разливки шлака включает подготовку к разливке, ее транспортировку от шахтной печи до места разливки и непосредственную заливку стали в формы с целью получения отливок заданных параметров по линейным размерам, форме, весу, механическим свойствам и требуемой структуры.

     Процесс усадки в чрезвычайно большей  степени затрудняет получение точных и высокоточных отливок. Одна из сложностей состоит в образовании внутри затвердевающей отливки усадочных пороков в виде всякого рода несплошностей (раковин, пористости, трещин). Возникновение этих дефектов связано с неодновременным затвердеванием металла в объеме отливки. Отдавая тепло окружающей среде (материалу формы), отливка начинает охлаждаться и затвердевать с наружной поверхности, в то время как внутренняя ее часть продолжает оставаться жидкой. При дальнейшем охлаждении и затвердевании сердцевина отливки претерпевает большее относительное сжатие, чем ранее затвердевшая наружная поверхность. Вследствие этого сплошность металла нарушается и внутри отливки образуется вакуумная пустота, носящая название «усадочная раковина».

     Для фасонных отливок характерно образование  внутренней, скрытой раковины, в отличие от нее в слитках усадка металла вызывает образование воронкообразной впадины, которую называют внешней или открытой усадочной раковиной.

     Величина  температурного интервала кристаллизации также влияет на образование и характер усадочных пороков.

     Таким образом, усадка стали в жидком состоянии, в процессе переходного периода от жидкого состояния к затвердеванию и непосредственно при затвердевании предопределяет величину усадочной раковины.

     Из  выше изложенного можно сделать  вывод, что автоматизация всех этих процессов ведет к безопасному  производству и уменьшения брака готовой продукции. 

     2.2 Основные методы управления тепловым режимом шахтной печи  

     Основные методы управления тепловым режимом шахтной  печи:

     - одноканальное регулирование, где равномерность температур обеспечивается интенсивной циркуляцией газовой среды внутри печи;

     - трехканальное регулирование, где равномерность температур обеспечивается поддержанием заданных температур в каждой зоне печи.

     Для больших распределенных объектов рекомендуется многозонное регулирование. В противном случае можно ограничиться одноканальным регулированием, но равномерность температурного поля тогда должна обеспечиваться конструктивными мерами, например, интенсивным перемешиванием воздуха. 

2.3 Выбор и обоснование  структуры системы  аппаратно-программных  средств для управления  тепловым режимом шахтной 

     Система обеспечивает управление теплового режима шахтной  печи. Обеспечивается контроль следующих параметров: температура в каждой зане печи.

     Система ведет контроль, архивирование информации, формирует  предупредительную сигнализацию отклонений параметров от нормы, формирование и печать отчетных документов.

     В соответствии с  поставленной задачей система организуется в виде двухуровневой иерархической структуры. Система управления тепловым режимом шахтной печи обеспечивает постоянный контроль в реальном масштабе времени.

     Нижний уровень  включает в себя следующие компоненты:

     а) линии датчиков и преобразователей;

     б) шкаф системы управления.

     На нижнем уровне система обеспечивает реализацию следующих  функций:

     - сбор и обработка  информации о параметрах;

     - обмен информации  с верхним уровнем системы.

     Верхний уровень  системы представлен компьютером  с модулем сбора данных, который обеспечивает сбор и архивирование информации на АРМ системы и реализующей следующие функции:

     - визуализация измеряемых параметров;

     - оперативный контроль  за тепловым режимом;

     - определение отклонений  параметров от нормы;

     - сигнализация отклонения  контролируемых параметров от  регламентных норм;

     - вывод сообщений  сигнализации и технологических  сообщений;

     - формирование и  печать отчетных документов;

     - сбор, хранение и  обобщение информации.

     Структурная схема системы представлена на рисунке 4. 

2.4 Электрическая принципиальная схема системы управления тепловым режимом шахтной печи 

      При построении структурной схемы системы  были учтены следующие технические решения:

      - заменить устаревшее оборудование;

      - добавить контроль температуры в подготовительной и окислительной зонах шахтной печи;

      - ввести контроль температуры  отходящих газов;

      - выполнить регулирование автоматизированным.

      Разработанная электрическая принципиальная схема представлена на рисунке 5.

      Датчики расхода кислорода и воздуха  служат для правильного составления пропорции кислорода в воздухе, которая проверяется газоанализатором.

      Термопары в подготовительной и окислительной зоне печи служат для контроля правильной температуры, так как в подготовительной зоне по технологическому регламенту температура должна быть равна 600-700 ⁰С, а в окислительной 1500 ⁰С.

      Термопары до и после термосифона служат для контроля температуры отходящих газов, так как эксгаустеры (Д3 и Д4) не выдерживают температуру более ≈ 500 ⁰С.

      Разреженность в печи поддерживается с помощью задвижек 7 и 10. Для этого установлены датчики положения задвижек. Сами задвижки выступают как исполнительные механизмы.

 

      Рисунок 4 – Структурная схема системы управления режимом шахтной   печи

 

      Рисунок 5 – Электрическая принципиальная схема системы управления режимом шахтной   печи

      Измеритель-регулятор  температуры ТРМ-138 предназначен для  получения токовых сигналов с термопар и передачи их в промышленный компьютер. Данный контроллер выполняет функцию мониторинга.