 |
Обоснование систем контроля, регулирования, сигнализации
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
В 21 веке сложно представить производство, где преобладает ручной труд. Бурное развитие техники в двадцатом столетии позволило добиться колоссальных результатов в области автоматизации производства, что естественным образом положительно отразилось на качестве выпускаемой продукции, улучшение квалификации служебного персонала, уменьшение затрат компании на брак, повышение мировой конкурентоспособности. Так что же такое автоматизация производства? Это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.
До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.
Будет неправильно полагать, что автоматизация производства базируется лишь на роботах, которые выполняют действия вместо человека. Сейчас это целая система, непрерывно взаимодействующих элементов – приборов автоматики, контроля, компьютеров и людей. Современные производственные системы, обеспечивающие гибкость при автоматизированном производстве, включают:
Станки с ЧПУ, впервые появившиеся на рынке ещё в 1955 году. Массовое распространение началось лишь с применением микропроцессоров.
|
|
|
1) Промышленные роботы, впервые появившиеся в 1962 году. Массовое распространение связано с развитием микроэлектроники.
2) Роботизированный технологический комплекс (РТК), впервые появившиеся на рынке ещё в 1970-80 годы. Массовое распространение началось с применением программируемых систем управления.
3) Гибкие производственные системы, характеризуемые сочетанием технологических единиц и роботов, управляемые ЭВМ, имеющие оборудование для перемещения обрабатываемых деталей и смены инструмента.
4) Автоматизированные складские системы (англ. Automated Storage and Retrieval Systems, AS/RS). Предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия на склад и извлекают их оттуда по команде.
5) Системы контроля качества на базе ЭВМ (англ. Computer-aided Quality Control, CAQ) — техническое приложение компьютеров и управляемых компьютерами машин для проверки качества продуктов.
6) Система автоматизированного проектирования (англ. Computer-aided Design, CAD) используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации.
7) Планирование и увязка отдельных элементов плана с использованием ЭВМ (англ. Computer-aided Planning, CAP). САР — разделяется по различным характеристикам и назначениям, по состоянию примерно одинаковых элементов. Соединенная между собой отдельных элементов происходит по следующим правилам:
- физическая однородность измеряемых величин;
- однотипные каналы связей между этими элементами;
совместимость соединений элементов.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Описание технологического агрегата
Плавильные пламенные печи широко применяют в цветной металлургии при производстве меди, никеля, олова и других металлов. По энергетическому признаку эти агрегаты относятся к классу печей теплообменников с радиационным режимом тепловой работы, благодаря чему они называются отражательными печами. По назначению они делятся на две большие группы: печи для переработки минерального сырья, основными представителями которых являются отражательные печи для плавки сульфидных медных концентратов на штейн, и печи, предназначенные для рафинировочной плавки металлов.
|
|
|
Отражательная печь для плавки на штейн является универсальным агрегатом с продолжительностью кампании от 1–2 до 6 лет. В ней можно плавить разнообразные по составу и физическим характеристикам материалы, основу которых составляет сырая (подсушенная) шихта. Большая емкость печи, в которой одновременно находится около 900–1000 т расплавленного материала позволяет поддерживать стабильные теплотехнические параметры плавки при значительных колебаниях в производительности предшествующего (подготовка шихты) и последующего (конвертирование штейнов) за отражательной плавкой переделов. К основным недостаткам отражательных печей следует отнести отсутствие очистки дымовых газов от пыли и сернистого ангидрида и сравнительно высокий удельный расход топлива.
До настоящего времени отражательные печи остаются основными агрегатами на медеплавильных заводах. Однако с повышением требований к комплексному использованию сырья и охране окружающей среды, перспективы их дальнейшего использования существенно снизились. Кроме того, в отражательных печах практически не используется тепло, получаемое при окислении серы, выделяющееся при разложении сульфидных минералов.
Поэтому в последнее время осуществляется постепенная замена отражательных печей более совершенными агрегатами для автогенной плавки медных концентратов на штейн.
Описание конструкции
Конструкции печей для плавки на штейн различаются в зависимости от площади пода, состава и вида перерабатываемого сырья, способа отопления и применяемого топлива. В мировой практике встречаются агрегаты с площадью пода 300–400 м2, однако наибольшее распространение получили печи, площадь пода которых порядка 200–240 м2.Основные характеристики отражательных печей приведены в таблице.
|
|
|
Таблица – Техническая характеристика отражательных печей.
| Параметр | Характеристика печей с площадью пода, м2 | ||||
| 182 * 1 | 190 * 3 | 225 * 1 | 240 * 3 | 240 * 2 | |
| Основные размеры печи, м: длина по ванне ширина по ванне высота от лещади до свода Глубина ванны, м Конструкция подины Способ выпуска штейна | 31,8 7,8 2,6 0,8 | 31,8 8,0 2,4 1,1 | 32,8 7,6 2,6 1,0 | 30,6 8,0 3,2 1,0 | 30,0 8,0 3,8 0,9 |
| Набивная Сифонный | Арочная Через шпуры | ||||
| * 1 Свод арочный из магнезитохромита. * 2 Свод арочный из динаса. * 3 Свод распорно-подвесной из магнезитохромита. |
В зависимости от производительности агрегата на печи устанавливают от 4 до 6 горелок. Такое же число горелок устанавливают на печи и при пылеугольном отоплении. Пылеугольные горелки типа «труба в трубе» работают с коэффициентом расхода воздуха порядка 1,1-1,2и обеспечивают хорошее перемешивание топливовоздушной смеси.
При комбинированном отоплении отражательных печей на своде печи могут быть установлены плоскопламенные радиационные горелки типа ГР, работающие на природном газе с использованием холодного и подогретого до 400 °С воздуха. Основными элементами отражательной печи, которые представлены на рисунке, являются: фундамент под стены и
Рисунок – Общий вид отражательной печи для плавки на штейн
свод, которые в совокупности образуют рабочее пространство печи; устройства для подачи шихты, выпуска продуктов плавки и сжигания топлива; система отвода дымовых и технологических газов, боров и дымовая труба. Фундамент печи представляет собой массивную бетонную плиту толщиной 2,5–4 м, верхняя часть которой выполнена из жаропрочного бетона. В фундаменте обычно имеются вентиляционные каналы и смотровые проходы. Рабочее пространство является основной частью печи, так как в нем протекает технологический процесс и развиваются высокие температуры (1500–1650 °С). Подина (лещадь) выполняется в виде обратного свода, толщиной 1,0–1,5 м. Для кислых шлаков в качестве огнеупорных материалов при кладке пода и стен печи используют динас, для основных шлаков – хромомагнезит. Толщина стен на уровне ванны 1,0–1,5 м, над ванной –0,5–0,6 м. Для теплоизоляции стен обычно используют легковесный шамот.
|
|
|
Расстояние между боковыми стенами (ширина печи) в зависимости от конструкции агрегата изменяется в пределах 7–11 м, между торцевыми стенами (длина печи) 28–40 м.
1 Ванна
2 Свод
3 Каркас
4 Загрузочное устройство
5 Наклонный газоход
6 Окно для выпуска шлака
7 Шпур для выпуска штейна
8 Фундамент
9 Подина
10 Стена
Для компенсации распирающих усилий создаваемых ванной расплава и сводом, стены печи заключены в каркас, состоящий из стоек, расположенных через 1,5–2 м вдоль стен, скрепленных продольными и поперечными тягами. На концах тяги оснащены пружинами и гайками, которые позволяют компенсировать температурные расширения кладки.
Для загрузки шихты используют специальные отверстия, расположенные в своде через каждые 1,0–1,2 м вдоль боковых стен печи, в которых установлены воронки с патрубками диаметром 200–250 мм. К загрузочным воронкам шихта подается ленточными или скребковыми транспортерами. В некоторых случаях загрузка шихты производится с помощью шнековых питателей или забрасывателей через окна в боковых стенах печи. Загрузочные отверстия имеются по всей длине печи, но шихта подается, как правило, только в плавильную зону.
Конвертерный шлак заливается в печь через окно в торцевой стенке, расположенное над горелками. Иногда для этого используют специальные отверстия в своде или окна в боковых стенах, расположенные вблизи от
передней торцевой стенки печи. Для выпуска штейна применяют сифонные или специальные разборные металлические шпуровые устройства с керамическими или графитовыми втулками. Устройства для выпуска штейна расположены в двух или трех местах вдоль боковой стенки печи. Шлак выпускается периодически по мере его накопления через специальные окна, расположенные в конце печи в боковой или торцевой стенке на высоте 0,8–1,0 м от поверхности пода.
Отвод газов из рабочего пространства печи осуществляется через специальный газоход (аптейк), наклоненный к горизонтальной плоскости под углом 7–15°. Наклоненный газоход переходит в боров, который служит для отвода продуктов сгорания топлива в котел-утилизатор или в дымовую трубу.
Обоснование систем контроля, регулирования, сигнализации
В системе автоматизации отражательной печи используется примерно десять различных систем, обеспечивающих самостоятельность работы агрегата. Автоматизация отражательной плавки сводится фактически к управлению тепловым режимом печи, поскольку процессы горения и загрузки материала непрерывны.
|
|
|
Первой системой идет регулирование температуры в печи. Она отвечает за поддержание заданной температуры в пределах 1500̊. В случае выхода из заданных параметров сигнал поступает на исполнительный механизм, который в свою очередь приводит в движение регулирующий орган на газопроводе. Чем больше подается газа, тем больше температура в печи.
Вторая система – регулирование соотношения газ-воздух. Воздух в отражательной печи используется лишь для сжигания топлива. Неорганизованные присосы воздуха в печи велики из-за большого количества загрузочных отверстий.
При этом величина присосов меняется во времени, что снижает качество регулирования, так как учесть количество воздуха, поступающего в печь, помимо вентилятора, не удается. Поддержание заданного соотношения газ-воздух обеспечивает регулирующий орган на воздухопроводе.
Система контроля состояния свода и пода печи – важная часть автоматизации отражательной печи. Высокие тепловые напряжения в печи и интенсивный износ кладки потолком запыленных газов могут привести к прожогу печи в отдельных наиболее уязвимых точках. Под печи так же работает в тяжелых температурных режимах и может прогорать. Такие аварии весьма серьезны, так как требуют длительной остановки печи на ремонт. Поэтому здесь вместе с вторичным прибором подключается сигнализация.
Система сигнализации и контроля наличия факела. При правильном соотношении газ-воздух и отсутствии прожог в печи, должен быть факел, образуемый горелками. Его наличие, а так же размер, определяет специальный датчик наличия факела. В случае нарушения заданного пламени или его угасание – срабатывает сигнализация.
Система контроля и регулирование тяги – отвечает за вывод газов из печи, которые поступают на воздухонагреватель и батарейный циклон, в данной схеме автоматизации. Хорошая тяга важна, так как недопустимо, чтобы газ накапливался внутри отражательной печи, и вместе с газом поднимаются и ценные материалы, которые просеиваются в батарейном циклоне.
Система перекрытия газопровода – возможность перекрыть сразу два одновременно газопровода, один из которых выводит газ на производство серной кислоты, а другой в атмосферу.
Система контроля концентрации газа – важно знать концентрацию выпускаемых в атмосферу газов, а именно – содержание SO2. Это безопасность и здоровье людей, а так же поддержание окружающей среды в
естественном виде, не нарушая природного баланса.
Система дистанционного управления – для выброса из трубопровода, идущего из печи, газов на дальнейшее производство и в атмосферу.
Система запуска электродвигателя конвейера – дистанционный запуск и остановка каждой конвейерной ленты.
Система контроля температуры отходящих газов – регистрирование и запись температуры газов выходящих из отражательной печи.
|
|
|
