105277 (Сау нагревом возухонагревателя доменной печи)

Курсовая работа:

«САУ нагревом воздухонагревателя доменной печи»

Содержание:

Введение. Доменное производство.

Описание технологии.

Описание системы регулирования.

Схема системы автоматического регулирования.

Выбор используемых приборов (датчиков, преобразователей).

Выбор регулятора и параметров его настройки.

Выбор исполнительного механизма (технические характеристики, принцип действия, его возможности).

Выбор регулирующего органа.

Заключение о проделанной работе (вывод).

Список литературы.

ЗАДАНИЕ:

1). Разработать систему автоматического управления (САУ) нагревом воздухонагревателя доменной печи.

2). Сделать выбор элементов САУ:

а) выбор исполнительных приборов;

б) выбор регулятора;

в) выбор исполнительного механизма;

г) выбор регулирующего органа.

.

Введение

1 Доменное производство.

Чугун выплавляют в шахтных печах. Процесс доменной плавки непрерывный. Сверху в печь загружают сырые материалы (офлюсованный агломерат, кокс), а в нижнюю часть через фурмы подают нагретый воздух и жидкое, газообразное или пылевидное топливо. Полученные от сжигания топлива газы проходят через столб шихты и отдают ей свою химическую и тепловую энергию. Опускающаяся рудная шихта нагревается, восстанавливается и плавится. Часть кокса расходуется в печи на восстановление железа и других элементов, а также на науглероживание железа, но большее его количество достигает фурм, где и сгорает.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество шихты и дутья. Современная доменная печь ежесуточно расходует около 23000 т. шихты, 18000 т. дутья, 1700 т. природного газа и выдаёт 12000 т. чугуна, 4000 т. шлака и 27000 т. колошникового газа. Таким образом, в большой доменной печи ежеминутно выплавляется около 9 т. чугуна. Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска столь большого количества материалов необходимо, чтобы конструкции печи были просты, надёжны и позволяли работать без простоев печи в течение длительного времени.

Устройство печи.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют её профилем, в котором различают колошник, шахту, распар, заплечики и горн. При конструировании диаметр и высоту этих элементов выбирают главным образом на основании анализа данных работы фактических печей. Для примера приведены размера для доменной печи N 5 ОАО "Северсталь" объёмом 5500 м³. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух толщиной 20-25 мм в верхней части и 35-40 мм в нижней, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Во многих случаях верхняя часть печи от распара до колошника опирается на так называемое мараторное кольцо, которое лежит на колоннах, а нижняя часть опирается на фундамент. Материал на колошник подают при помощи двух скипов, движущихся сверху вниз по наклонному мосту, либо же при помощи транспортёра.

Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат. Он, как правило, бывает двух типов. Первый состоит из большого и малого конусов с приёмной воронкой. Для обеспечения равномерного распределения шихты в межконусном пространстве малый конус и его воронка вращаются вокруг своей оси при помощи специального устройства. Скип опрокидывается на колошнике, и шихта сначала выгружается в приёмную воронку, затем при опускании малого конуса - в межконусное пространство и при опускании большого конуса - в доменную печь. Наличие двух поочерёдно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошника при загрузке шихты.

Засыпной аппарат другого типа имеет приёмные воронки, снабжённые герметическими затворами, в результате чего отпадает необходимость в герметизации с помощью распределительного устройства. Вместо большого конуса применено более сложное устройство. В нижней части печи находятся фурменные устройства, через которые подаётся нагретое дутьё и добавки газообразного, жидкого или пылеугольного топлива. Жидкие продукты плавки непрерывно стекают в горн печи, в котором расположены летки для выпуска чугуна и для выпуска доменного шлака. Через эти летки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи и подача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака - периодически.

Футеровка печи.

Для футеровки применяют шамотный кирпич, высокоглинозёмистый кирпич и углеродистые блоки.

Шамотный кирпич получают из смеси обожжённой огнеупорной глины (шамота) и сырой огнеупорной глины. Он содержит 30-40 % Al₂O₃ и не более 1,6 % Fe₂O₃. Кирпич с более низким содержанием глинозёма применяют для кладки верхней части печи, его огнеупорность должна быть не ниже 1580 ˚С, а кирпич с более низким содержанием глинозёма - для кладки нижней части печи, его огнеупорность должна быть не ниже 1700-1730 ˚С. Лучше для низа печи применять высокоглинозёмистый кирпич, содержащий более 45 % Al₂O₃, его огнеупорность составляет около 1750 ˚С.

Углеродистые блоки изготовляют из кокса и обожжённого антрацита с добавкой в качестве связующего небольшого количества каменноугольного пека. Длина блоков достигает 3-4 м, они имеют прямоугольное сечение. Блоки в комбинации с высокоглинозёмистым кирпичом больших размеров применяют для кладки самой нижней части печи - лещади.

Швы между огнеупорными кирпичами заполняют раствором, изготовленным из мертелей, соответствующих классу кирпича. Мертель - это порошок, состоящий из измельчённого шамота огнеупорной глины. Для ответственных видов кладки применяют мертели с добавкой небольших количеств поверхностно активных и клеющих веществ (сода, сульфитно-спиртовая барда), что позволяет приготавливать растворы с меньшей влажностью при одновременном повышении их пластичности. Для заполнения швов между углеродистыми блоками применяют углеродистую пасту, состоящую из кокса и маслопека. Зазор между блоками допускается не более 0,5 мм для вертикальных и не более 1,5 мм для горизонтальных швов.

В современной доменной печи продолжительность пребывания в ней материалов составляет 4-6 часов, а газов - 1-3 секунд. Высокие показатели плавки могут быть получены при хорошем распределении газов по сечению печи. Только в этом случае газы в максимальной степени отдадут физическое тепло материалам и наиболее полно будет использована их восстановительная способность. Естественно, что распределение газового потока по сечению печи зависит от распределения шихты.

Шихту загружают в печь отдельными порциями - колошами. Рудную часть колоши можно загружать отдельно или одновременно с коксом. Величину колоши и способ её загрузки выбирают так, чтобы распределение газов в печи было наилучшим.

Следует учитывать, что дутьё поступает в печь у стен, а газовое сопротивление слоя шихты у стен меньше, чем в центре, и поэтому газы стремятся идти вдоль стен. В настоящее время основным железнорудным материалом является агломерат, слой которого менее газопроницаем, чем слой кокса. Поэтому целесообразно, чтобы слой агломерата у стен был толще, чем в центре печи, а слой кокса - наоборот.

В связи со значительным объёмом доменных печей и переходом на более мелкую калиброванную шихту (окатыши, дроблёный кокс, отгрохоченный агломерат) подачу шихты на колошник осуществляют транспортёром с применением засыпных аппаратов новых типов с большими возможностями регулирования газового потока перераспределением шихты по радиусу колошника.

Продукты доменной плавки.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун, как правило, является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ - побочными.

Цель доменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нём может содержаться, кроме того, ещё хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов (C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим ГОСТом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемого в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида: передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь; литейный, используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий; доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90 % общего производства чугуна. Он предназначен для производства стали в конвертерах или мартеновских печах и обычно содержит 0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Mn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S. В чугуне некоторых марок, предназначенном для передела в кислых конверторах, фосфора должно быть очень мало (≤0,07 %), а в используемом для специального сталеплавильного передела с получением не только стали, но фосфористых шлаков необходимо, чтобы фосфора было 1,2-2,0 %.

Литейный чугун по содержанию фосфора подразделяют на малофосфорный (до 0,1% Р), обычный (0,1-0,3 % Р), и высокофосфористые чугуны (0,31-0,7 % и 0,71-1,2 % Р). Для изготовления высокопрочных изделий применяют чугуны с низким содержанием фосфора, а для художественного литья - высокофосфористые чугуны.

Следует отметить, что в последние годы передельный чугун используют не только для выплавки стали, но и для переплавки в чугунолитейных цехах для производства чугунных отливок.

Выплавка чугуна в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Его количество определяется содержанием железа в шихте и требуемой основностью. Чем беднее железом шихта и чем выше требуемая основность шлака, тем больше выход шлака из печи. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3-0,6 т на 1 т чугуна.

Доменный процесс определяется тепловыми, химическими, газодинамическими, механическими явлениями, протекающими в печи. Доменная печь как объект управления очень сложна, очень сложно изучить все параметры доменной печи как объекта управления, поэтом управление доменными процессами осуществляется исходя из многолетнего опыта специалистов доменного производства.

В комплексе управлений технологическими процессами можно выделить следующие подсистемы: шихтовки и шихтоподачи, теплового режима, распределения газового потока, хода доменной печи.

Подсистема управления шихтовки и шихтоподачи решает следующие основные задачи: расчёт шихты для доменной плавки из данных материалов, управление набором, взвешиванием и доставкой материала на колошник, управление загрузкой материалов в доменную печь.

Управление тепловым режимом обеспечивает управление тепловыми процессами в верхней и нижней частях доменной печи.

Управление распределением газового потока включает в себя управление распределением дутья и природного газа по фурмам, а также управление распределением материалов на колошнике.

Управление ходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столба шихтовых материалов.

Подача и нагрев дутья.

Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м³ (или 1,9-3,2 кг) дутья на 1 м³ полезного объёма печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменной печи объёмом 3000 м³ ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м³, а для доменной печи объёмом 5000 м³ - около 8000 м³. А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, достигает 350-400 кПа.

Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувные машины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувки производительностью 4000-7000 м³/мин, создающие давление дутья на выходе, равное 400-500 кПа.

В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённый кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Производительность больших блоков по кислороду составляет 35 000 м³/ч. В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, который затем подвергают ректификации, т. е. разделению, основанному на различии температур сжижения различных составляющих воздуха. При разделении необходимо достигать отрицательных температур до -200 ˚С, так как температура кипения воздуха составляет -192˚С. Такие низкие температуры достигают в результате многократного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которых происходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкого воздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (t_кип=-195,8˚С), затем аргоном (t_кип=-189,4˚С), вследствие чего остаток постепенно обогащается кислородом (t_кип=-183˚С). Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97% О₂) либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают к воздухонагревателям по отдельному кислородопроводу.

Дутьё, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300˚С в воздухонагревателях, называемых иногда кауперами в честь Каупера, который в 1857 г. получил патент на регенеративный воздухонагреватель с кирпичной насадкой.

Современный воздухонагреватель имеет наружный диаметр 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглинозёмистого кирпича или динаса, а нижнюю часть - из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейки размером 45 × 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м³

такой насадки около 25 м². В последнее время предложено применять для насадки шестигранные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальные проходы. Это более сложная насадка, но её поверхность составляет около 30 м² на 1 м³ объёма насадки.