Файл: Тарасов, В. П. Загрузочные устройства шахтных печей.pdf

ней части шахты, масса материалов, загружаемых в скип, и т. д. При помощи этой машины вычисляют балансы углерода и водорода, рас­ ход кокса и др. В последнее время вычислительную машину IBM-1710, не обладающую запоминающим устройством, заменили системой с машиной IBM-1800. Программа накопления данных служит источ­ ником информации для устройства, каждые полчаса выдающего отчеты, в которых указываются средние значения всех переменных величин на этот период. Кроме того, программное устройство соби­ рает информацию от всех источников и передает ее на диск запоми­ нающего устройства. После заполнения диска его заменяют новым, а заполненный передают для изучения на другую вычислительную машину. На одном диске может накапливаться информация о работе печи в течение 30 дней. Имеются также еще три программы — регу­ лирования температуры дутья, управления работой печи и иденти­ фикации материалов в системе определения массы скипов [161].

На трех доменных печах во Франции применена система автома­ тического контроля за ходом доменного процесса. Аппаратура сигна­ лизирует об отклонениях от заданных величин различных параметров доменной плавки и регистрирует время, дату и число таких откло­ нений [162].

В Японии для регулирования хода печи применяют электронные вычислительные машины, которые рассчитывают состав доменной шихты. При этом в машину задаются данные о стоимости компонентов шихты, основности шлака, доле элементов, переходящих в чугун, рудной нагрузке, минимальном выходе шлака, содержании глино­ зема и окиси титана в шлаке. Помимо расчета шихты, машина кон­ тролирует уровень материалов в загрузочной воронке и в доменной печи. С помощью математических моделей решаются уравнения ма­ териального и теплового баланса и определяется оптимальный расход дутья. При этом задаются данные о требуемой производительности, степени развития прямого восстановления и вводится информация

одействительном количестве выпущенного чугуна, его температуре

ит. д. На одной из печей фирмы «Кавасаки сэйтэцу» с помощью вы­ числительной машины НОС-ЗОО регулируют тепловой режим [160].

Автоматические контроль и регулирование теплового состояния печи применяют также в Италии, Бельгии и ФРГ. Очевидно, в даль­ нейшем все шире будут применяться различные автоматические си­ стемы управления в доменном производстве. Одновременно будут совершенствоваться алгоритмы управления и повышаться надежность работы автоматической системы в целом.

Автоматическое управление газовым потоком по радиусу печи

Дальнейшая интенсификация процесса доменной плавки с целью достижения оптимальных показателей требует разработки и внедре­ ния надежных методов и технических средств автоматического ре­ гулирования и управления ходом доменной печи «сверху». Автома­ тическое регулирование с помощью программной загрузки возможно

125

лишь при надежном автоматическом контроле таких важных пара­ метров, как уровень и рельеф поверхности засыпи шихты по диаметру и окружности колошника, температура и состав газа по окружности и радиусу печи, распределение руды и кокса и скорость их схода в определенных секторах рабочего пространства печи, ситовый со­ став агломерата и кокса, влажность скипового кокса, вынос колош­ никовой пыли и т. д. Обеспечение оптимального и стабильного рас­ пределения потока газа по радиусу колошника при этом является одним из основных факторов, определяющих производительность, доменной печи и расход кокса.

В доменном производстве крайне трудно осуществлять как отбор исходных параметров для автоматической регулировки хода печи, так и их обработку с целью получения соответствующих рекоменда­ ций или команды. Для автоматического регулирования радиального газового потока необходим непрерывный контроль состава и темпе­ ратуры газа по диаметру колошника, профиля засыпи (или хотя бы глубины воронки материалов), размещения рудной и коксовой ча­ стей подачи по радиусу печи. Для контроля температуры и состава газа наиболее рациональными оказались установки периодического действия. На основании работ советских исследователей [4, 53, 55, 77, 78 и др.], показавших, что с увеличением содержания двуокиси углерода понижается температура газа, на КМК в 1958 г. была предложена схема автоматического контроля газораспределения пу­ тем замера температуры по радиусу колошника. Установка работала вполне удовлетворительно, а ее показания были стабильными и надежными [163]. На Череповецком металлургическом заводе раз­ работали и опробовали автоматическую установку для периодиче­ ского контроля одновременно температуры и состава газа в 32 точ­ ках по двум взаимно перпендикулярным диаметрам колошника [ 164 ]. Эти замеры осуществляются с помощью четырех горизонтальных зондов, периодически вводимых электролебедками в печь ниже уровня засыпи. Установка снабжена устройствами для управления электро­ приводами зондов и распределением газа в системе хранения проб для химического анализа, который выполняется автоматическими оптико-акустическими газоанализаторами. Температура измеряется термопарой в комплексе с автоматическим электронным потенцио­ метром. Известно много различных конструкций зондов для автома­ тического отбора и анализа радиального газа, а также для замера его температуры [146, 165— 168 и др. ].

Большое значение имеет точность определения содержания в газе СО, С 02 и Н 2. Работа типовых газоанализаторов доменных печей в Советском Союзе не всегда отвечает требуемым условиям [169]. Для увеличения точности анализа газа оптико-акустическими газо­ анализаторами применяется очистка колошникового газа. В таком устройстве, предложенном Запорожским филиалом Института ав­ томатики, применены фильтры, выполненные в виде мультициклона и заполненные коксиком (грубая очистка) и стекловатой (тонкая очистка). Сальник выполнен с автоматической подтяжкой грундбуксы [165]. Кроме того, в ВНИИАЧМ разработана промышленная

126

хроматографическая установка газоанализатора, которая имеет относительную погрешность анализа менее ±1% [154].

Большая точность определения содержания СО, С 02 и Н 2 в газе достигнута в оптико-акустических газоанализаторах на французских и нидерландских заводах. Так, в Нидерландах, на заводе KNHS среднеквадратические часовые отклонения показаний газоанализа­

и 0,15%. Такая высокая точность анализа колошникового газа до­ стигнута благодаря тщательному отбору и подготовке пробы, а также автоматической коррекции показаний газоанализатора по контроль­ ным газовым смесям через каждый час. Грязный анализируемый газ очищается сначала в системе первичной очистки, затем вымора­ живанием из него удаляется влага и происходит окончательная очи­ стка от пыли в специальных керамических фильтрах. Газоанализаторы находятся в помещении с постоянным микроклиматом, где темпера­ тура поддерживается с точностью ±2° С. Кроме того, в корпусе газоанализатора поддерживается постоянное избыточное давление подачей чистого воздуха или азота.

Таким образом, в настоящее время имеются надежные средства как для автоматического отбора проб газа по радиусу печи, так и для точного определения температуры и состава газа. Однако для автоматического регулирования газового потока этого недостаточно. Необходимо еще подобрать эталоны распределения СО и С 02 по ра­ диусу колошника, соответствующие наиболее ровной и экономичной работе доменной печи, и заложить их в компьютер, который будет затем поддерживать заданное распределение газового потока измене­ нием программной загрузки.

Известно, что ровный ход печи достигается при определенной степени неравномерности в радиальном распределении углекислоты, которая для различных сырьевых условий может изменяться в сравни­ тельно узких пределах. Но единой достаточно полно разработанной теории организации газового потока по радиусу печи еще нет. За­ служивают внимания исследования взаимосвязи между параметрами кривой радиального распределения углекислоты в газе и параметрами системы загрузки, которые проводились на заводе «Запорожсталь»

[170].

Во время исследований на трех доменных печах устанавливали необходимую систему загрузки и наблюдали за изменением распре­ деления углекислоты по радиусу колошника. Были рассмотрены следующие критерии, характеризующие кривую распределения угле­ кислоты (рис. 69, а):

1) тангенс угла наклона кривой на периферии между первым и вторым отбором проб газа (далее индексами 1—7 отмечаются точки отбора газа по радиусу, а индексом а — расстояние между соответ­ ствующими точками):

(СОг)2 - (СО,)! .

3)отношение тангенсов: tg сц/tg а 7;

4)отношение площадей под кривой от точки максимального со­ держания углекислоты (влево 5 П', вправо 5ц):

Рис. 69. Схема выбора кри­ терия, характеризующего форму кривой распределе­ ния С 02 а газе (а) и пре­

делы среднеквадратического отклонения значений крите­

рия Д'д (б)

5) отношение тех же площадей, взятых упрощенно по треугол никам:

Наиболее представительным и надежно характеризующим сте­ пень загрузки периферии оказался критерий КА,< который после подстановки в формулу (96) значений площадей равен:

«чистых» систем загрузки по возрастающей степени подгрузки пери­

Условно приняли, что степень догрузки периферии х наиболее «периферийной» системой равна единице (КА = 3,45), а наиболее «осевой» системой четырем (КА = 0,7). Степени распределения по радиусу материалов системами II и III оказались примерно одина­ ковыми и по отношению к предыдущим для них х = 2. Система IV

128

(загрузка подач «одним коксом вперед») по своему влиянию на рас­ пределение газового потока в радиальном направлении занимает промежуточное положение между системами II, III, с одной стороны, и системой V («осевой»), с другой стороны. Поэтому для системы IV приняли х = 3. В случае применения комбинированных систем за­ грузки показатель х находится по соответствующему числу «чистых» систем в общем цикле. Например, если система загрузки состоит из пяти подач типа IV и двух подач типа V, то показатель х будет равен:

Между показателями х и Ка была получена тесная корреляционная связь в виде уравнения регрессии:

и газов по радиусу печи необходимо знать «нормальные» колебания для каждой системы загрузки. В случае превышения или умень­ шения этих «нормальных» отклонений следует переходить на сле­ дующую систему загрузки. На рис. 68, б представлен график пределов среднеквадратического отклонения значений критерия Ка о т усред­ ненной прямой для «чистых» систем загрузки I—V.

На основании полученных среднеквадратических отклонений Ка от максимального (—2,5) до минимального (—0,5) предложены ком­ бинированные и «чистые» системы для автоматического изменения очередности загрузки агломерата и кокса:

Рассмотренная выше схема автоматического регулирования га­ зового потока по радиусу печи — одна из наиболее изученных и поэтому, безусловно, имеет важное значение для дальнейшего раз­ вития автоматизации управления ходом доменной печи. Однако она имеет существенные недостатки, основными из которых являются: 1) пригодность только к узким, специфическим условиям работы отдельных печей; 2) пригодность для изменения радиального разме­ щения материалов только одним из способов регулирования — оче­ редностью загрузки; 3) алочисленность информации о распределе­ нии газового потока в печи; 4) ненадежность критерия /Сд; 5) весьма широкие границы нерегулируемой зоны.

Ненадежность критерия КА можно проследить на рис. 70, на ко­ тором показаны две различные схемы (а и б) радиального размещения содержания углекислоты, но с одинаковым значением Ка- Из рис. 70 видно, что площади 5Пи Sц (заштрихованы) в обоих случаях равны,