Әлім А. ОТЧЕТ ПО ПРАКТИКЕ. Отчет по преддипломной практике (вид практики)
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН НАО «КАРАГАНДИНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет: ЭТиСУ Кафедра: ТИИ Специальность: 6В07106 «ИСА» Группа:доИСА20с ОТЧЕТ по преддипломной практике (вид практики) Тема: «Разработка системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки установки доводки металла конвертерного цеха АО «Арселор Миттал Темиртау», с целью своевременного удаления пыли»
Темиртау, 2023 г. ИНД. ЗАДАН СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Автоматизация производственных процессов – высший этап развития технических устройств и их комплексов, характеризующийся передачей производственных функций, в том числе функций контроля и управления, от человека специальным техническим устройствам. Автоматизации производственных процессов предшествует механизация, т.е. передача физически трудных функций для человека специальным механизмам. Темп роста автоматизации технологических процессов в черной металлургии непрерывно увеличивается. Автоматизация процессов позволяет решать как социальные, так и технико-экономические задачи. В первом случае она способствует улучшению условий труда, изменяет социальный состав трудящихся в отрасли – труд малоквалифицированных работников уступает труду высококвалифицированных специалистов, уменьшается число мест с тяжелыми условиями труда. Многолетний опыт эксплуатации систем регулирования на металлургических предприятиях показал, что автоматизация дает возможность увеличить производительность металлургических агрегатов, снизить расход сырья, материалов, топлива, энергии на единицу продукции, повысить производительность труда. Особенно возросла роль автоматизации в последний период, когда в черной металлургии были созданы агрегаты большой единичной мощности. Даже небольшие ошибки в управлении такими агрегатами приводят к большим потерям металла, топлива, энергии. Для них создаются многоуровневые взаимосвязанные системы управления с применением электронных вычислительных машин, решающих задачи оптимального управления, адаптации, самонастройки и т.п. Появление средств вычислительной техники и быстродействующих надежных управляющих вычислительных машин дали возможность решать задачи оптимизации не только параметров металлургических процессов, но и оптимизировать управление всем производством цеха, завода и т. д. Наиболее эффективным средством управления технологическими объектами являются системы централизованного управления, создаваемые на основе теории управления, использующие экономико-математические методы, вычислительную и управляющую технику. Такие системы управления получили наименование автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУ ТП включают в себя большую область систем управления технологическими объектами с разной степенью освобождения человека (оператора) от функций контроля и управления, и передачи их автоматическим устройствам [1]. В настоящее время эффект от экономико-информационных функций АСУ ТП оценивается в размере 10 – 50 % дополнительно к прямому экономическому эффекту, полученному от технического функционирования АСУ ТП. В ближайшее время экономико-информационные функции АСУ ТП будут иметь значение, не менее важное, чем эффективное управления технологическими объектами. В связи с тем, что в первую очередь автоматизации подвергается основное технологическое оборудование, которые непосредственно влияют на качество производимого продукта, остается без внимания более мелкие технологические операции, которые должны подвергаться автоматизации. Из этого можно сделать вывод, что автоматизации должны подвергаться не только основные технологические операции, но и дополнительные технологические операции, с помощью которых происходит весь технологический процесс. При создании из локальных систем автоматизации более крупных централизованных систем управления технологическим процессом, происходит новый этап развития систем автоматизации. При сборе и обработке большого количества технологических параметров, которые поступают со всех локальных систем, мы имеем возможность более точно управлять технологическим процессом и, как правило, влиять на качество выпускаемого продукта [1]. 1 ОПИСАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА 1.1 Производство АО «АрселорМиттал Темиртау» АрселорМиттал Темиртау (АМТ) — казахстанская вертикально-интегрированная сталелитейная и горнодобывающая компания, владеющая Карагандинским металлургическим комбинатом (Темиртау, Карагандинская область), крупнейшим сталелитейным предприятием Казахстан. Входит в состав транснациональной металлургической группы «АрселорМиттал», контролировавшей на конец 2008 года около 10 % мирового рынка отрасли. Согласно данным рейтингового агентства «Эксперт РА Казахстан» АО «АрселорМиттал Темиртау» занимает 8-е место в списке крупнейших компаний Казахстана (на 2015). Делится на три департамента: Стальной, Угольный и Железорудный [1]. За 10 лет с начала существования компании было вложено более 1,5 млрд долларов инвестиций. Были проведены модернизация производства, построен свинцово-цинковый цех с мощностью 320 тысяч тонн продукции в год. Производство стали увеличилось — 5,1 млн тонн (2004) по сравнению с 3,1 млн тонн за 1996 год, готового проката — 3,9 млн тонн (2,2 в 1996), хотя и не достигнуты показатели советских лет: сталь — 5,7 млн тонн, прокат — 4,3 млн тонн в 80-х. В 2006 году велось строительство завода сортового проката. В последние несколько лет продукция компании реализуется в КНР, Европу, Америку и Иран, хотя у «АрселорМиттал Темиртау» возникли проблемы сбыта продукции, что приводит к сокращению персонала. Так, за последние пять лет компания сократила 8 тысяч человек, что составляло 20 % всего персонала [1]. «АрселорМиттал» ведет свою металлургическую деятельность на четырех континентах, включая как развитые, так и развивающиеся все рынки. Примерно 35% нашей стали производится в Америке, в Европе около 47% и 18% – в других регионах, среди которых Казахстан, Южная Африка и Украина. «АрселорМиттал» лидирует на рынках металла Северной и Южной Америки, Восточной и Западной Европы, стран СНГ и Африки. В состав металлургического комбината АО «АрселорМиттал Темиртау» входят: 1) Аглодоменное производство; 2) Коксохимическое производство; 3) Сталеплавильное производство; 4) Прокатное производство; 5) Единое ремонтно-монтажное управление; 6) Отдел главного энергетика [2]. Внешний вид АО «АрселорМиттал Темиртау» представлено на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 – АО «АрселорМиттал Темиртау» Основные факты о компании «АрселорМиттал»: 1) «АрселорМиттал» является мировым лидером металлургии и горнодобывающей промышленности; 2) Показатель EBITDA за 2015г. составил 5,2 млрд долл. США, что на 27,7% меньше по сравнению с 2014г.; показатель EBITDA за 4 квартал составил 1,1 млрд долл. США; 3) Чистый долг по состоянию на 31 декабря 2015г. составил 15,7 млрд долл. США; 4) Отгрузка стали составила 84,6 млн тонн в 2015 году; 5) Отгрузка железной руды за 2015 год составила 62,4 млн тонн; 6) В компании «АрселорМиттал» работает более 222 тыс. сотрудников; 7) Для создания качественной продукции и обеспечения новых технологий в компании «АрселорМиттал» работают более 1400 исследователей и 11 лабораторий по всему миру [2]. 1.2 Описание технологического процесса конвертерного цеха Кислородно-конверторное производство стали – это процесс передела чугуна и стального лома в сталь заданного химического состава и температуры. Примеси из металла удаляются окислением их кислородом, вводимым под давлением от 15 до 16 атмосфер в конвертер через вертикальную водоохлаждаемую фурму. Образующиеся при этом газообразные окислы удаляют через газоотводящий тракт, а жидкие и твердые окислы всплывают по мере расплавления металла и входят в состав шлака. Их удаляют, сливая шлак из конвертора. Основным типом агрегата, которыми оснащаются современные конвертерные цехи, являются кислородные конверторы с верхней продувкой кислородом через водоохлождаемые фурмы. По своим классификационным признакам конверторы принадлежат к металлургическим печам - теплогенераторам. Процесс конверторной плавки протекает без подачи топлива извне за счет тепловой энергии, выделяющейся за счет экзотермических реакций окисления элементов перерабатываемого чугуна, и обеспечивающей возможность протекания технологических реакций удаления примесей [3]. Шихтовыми материалами конвертерной плавки являются жидкий передельный чугун, стальной лом (скрап), железная руда, известь, боксит. Для предотвращения налипания металла и шлака (процесс закозления фурмы), в конвертер добавляется доломит. Лом и железная руда служат охладителями процесса и взаимозаменяемы – охлаждающий эффект руды в 3-3,5 раза выше, чем у лома. Расход охладителей зависит в основном от химического состава и температуры жидкого чугуна в шихте конвертерной плавки может содержаться от 15 до 20% скрапа или от 5 до 7 % руды. Однако для химически горячих чугунов (с высоким содержанием кремния) содержание скрапа в шихте может превышать 40%. Известь используют для образования шлака. Расход ее в зависимости от состава чугуна и охладителей составляет, от 50 до 100 кг/т стали. Чугун поступает к конверторам в чугуновозных ковшах из миксерного отделения. Оператор миксера при помощи автоматизированного весового устройства производит дозированный слив чугуна из миксера в ковш. При этом отбирается проба чугуна, которая поступает по пневмопочте в экспресс-лабораторию и анализируется в масс-спектрометре на углерод, марганец, кремний, фосфор и др. Чугун, перерабатываемый в конверторах, содержит 3,9-4,3% углерода, 0,5-0,8% кремния, 1,3-1,7% марганца, 0,04-0,07% серы и 0,08-0,15% фосфора. При выходе из миксерного отделения с помощью термопары погружения измеряется температура чугуна в ковшах. Данные о массе, составе и температуре жидкого чугуна оператором миксера передаются оператору конвертера (дистрибутору) [3]. Стальной лом загружают в специальные мульды (загрузочные совки) в шихтовом отделении, откуда на тележках с помощью тепловоза их передают в загрузочный пролет конвертерного отделения. Здесь мульды повторно взвешиваются, и с помощью завалочных машин лом из мульд высыпается в конвертер. Железная руда, а также шлакообразующие материалы с шихтового двора сыпучих материалов подаются в бункера над конвертером при помощи системы транспортеров. После дозировки сыпучие материалы по желобу высыпаются в конвертер через его горловину. Продувка металла осуществляется кислородом чистотой 99,5%. Выходящие через горловину конвертера газы проходят через котел-утилизатор (охладитель), газоочистки и сжигается на эстафетах-свечах. При использовании в качестве охладителя только стального лома его подают в конвертер до заливки чугуна в случае комбинированного охлаждения (ломом и железной рудой), весь лом присаживают до заливки чугуна, а руду подают с 6-8 минуты продувки, отдельными порциями по ходу продувки. При использовании только руды в начале продувки дают около 40% от общего ее количества, а оставшуюся часть добавляют по ходу отдельными порциями. Таким же образом осуществляется присадка извести в конвертер. По окончании продувки отбирают пробу металла для экспресс-анализа на углерод и марганец. Одновременно берут пробу шлака, замеряют, температуру стали и сливают в шлаковые чаши, находящийся на поверхности металла шлак. Корректировку содержания углерода в стали осуществляют додувкой плавки (при высоком содержании углерода) или науглероживанием термоантрацитом. При готовности стали, конвертер наклоняют в сторону разливочного пролета и через летку выпускают сталь в сталеразливочный ковш. Раскисление и легирование металла осуществляется присадкой в ковш ферросплавов и легирующих материалов [4]. После слива металла с конвертера, сталеразливочный ковш подается на установку доводки металла (УДМ), где сталь, при необходимости, продувают через фурму азотом или аргоном. После доводки измеряется температура металла в ковше и отбирается, проба стали. Далее ковш поступает в разливочные пролеты, где сталь разливают в сталеразливочный ковш и передают на установку непрерывной разливки стали (УНРС). Пробу для полного анализа отбирают, при разливке стали. Процесс конвертерного производства – периодический. Каждая плавка состоит из нескольких технологических операций. В современном конвертерном цехе обычно устанавливается три конвертера, два из которых находятся в работе, а третий в ремонте. Общая продолжительность в трехсоттонном конвертере составляет примерно 45 мин, из них только 25 минут длится непосредственная продувка кислородом, остальное время расходуется на завалку скрапа, заливку чугуна, слив металла и шлака, взятие пробы и ожидание анализа, на неучтенные задержки. Основными выходными величинами процесса плавки являются производительность конвертера и качество выплавляемого металла (его химический состав и температура). Входными управляющими величинами являются ее технологические параметры, количество и состав шихтовых материалов, а также темп их присадок, расход и количество кислорода, положение фурмы над уровнем металла. Конвертерный цех является сложным комплексом технологического, энергетического, транспортного оборудования, а также систем пылеочистки. Высокая производительность конвертора должна согласовываться со слаженной работой всех вспомогательных отделений: миксерного, подготовки шихты, разливки, а также отделения по ремонту и подготовке сталеразливочных ковшей. 1.3 Характеристика объекта автоматизации Технологические характеристики объекта автоматизации. Для регулирования отсоса пыли с рабочих площадок оборудования установлены 6 поворотных заслонов с электроприводом. Как уже упоминалось данные заслонки стоят сразу после зонтов. А на установках печь ковша в качестве зонта выступает свод. В зависимости от состояния работы оборудования заслонки открываются или закрываются. Установки доводки металла: 1) Машина скачивания шлака №1, №2. Когда данное оборудования выключено, то заслонка открыта всего на 10%. Когда оператор машины включает все системы (запускает гидравлик), то есть система понимает это как подготовка оборудования к работе и отрывает заслонку на 25%. И как только оператор подает звуковой сигнал, это говорит о том что система начнет производить скачивание. Контроллер открывает заслонку на 83%. Когда работа произведена и оператор отключает машину заслонка автоматически закрывается на 10%. Если же открытие заслонки не эффективно, оператор может поменять уставки открытия заслонки в большую или меньшую сторону. 2) Система подачи легирующих №1, №2. Здесь система работает следующим образом, когда оператор дает команду на включении работы системы легирующих открывается заслонка на процентную устаку установленную оператором (50-100%), а после чего включаются конвейера. Когда отдача легирующих закончена по истечению 3 минут заслонка закрывается автоматически. 3) Установка печь ковш №1, №2. Когда на установке нет ковша с метталом заслонка открыта на 15%, когда в ковш добавляют легирующие материалы то заслонка открывается на 60%. Ковш находится под сводом но никаких операций не происходит заслонка открывается на 30%, но как только оператор включает нагрев, то заслонка сразу открывается на 95% [5]. Кроме этого заслонки данного исполнения располагаются перед дымососами тем самым регулируют тягу создаваемую дымососами, тут открытие регулируется в зависимости от нагрузки на двигателе автоматически. А также похожая заслонка стоит на смешивающем клапане там открытие заслонки также происходит автоматически в зависимости от показания термопары. Для удобства характеристики привода данных заслонок указаны в таблице 1.1. Таблица 1.1- Технические характеристики привода заслонок Auma
Основным оборудованием пылеочистки являются два дымососа которые создают тягу и удаляют всю образующуюся пыль и копоть с рабочей площадки. Дымососы приводятся во вращения двум приводами Elin. Характеристики двигателя приведены в таблице 1.2, а характеристики вентилятора дымососа в таблицее 1.3. Таблица 1.2-Технические данные привода Elin
Таблица 1.3-Технические данные вентилятора дымососа
Для отгрузки пыли предусмотрена система конвейеров, включающая в себя два цепных конвейера (1,3) расположенных под бункерами, два шнековых конвейера передающих пыль от цепных конвейеров к отгрузочному конвейеру 5, который в свою очередь, ссыпает пыль в отгрузочный бункер. Данные по системе отгрузки пыли приведены в таблице 1.4. Таблица 1.4-Технические данные системы отгрузки пыли
Рабочим элементом системы пылеочистки является система фильтров, через которую проходит воздух с рабочих площадок. Это основной и очень важный элемент, без которого вся система пыле улавливания будет бесполезна. Характеристика фильтров приведена ниже в таблице 1.5. Таблица 1.5-Технические данные системы отгрузки пыли
1.3.1 Технологические характеристики объекта автоматизации На начальной стадии проектирования систем автоматики необходимо выявить сигналы, влияющие на поведение системы. Различают четыре вида сигнала: цифровой вход, цифровой выход, аналоговый ввод, аналоговый вывод. Перечислим сигналы, нужные для работы системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки. В нашем случаи аналоговые входные и выходные сигналы не используются [6]. 1.3.2 Цифровые входы для системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки Цифровые входы, которые используются для работы системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки приведены в таблице 1.6. Таблица 1.6 - Входные сигналы системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки
1.3.3 Цифровые выходы для системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки Цифровые выходы, которые используются для работы системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки, приведены в таблице 1.7. Таблица 1.7 - Выходные сигналы системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки
1.4 Постановка задачи на проектирование Дипломный проект направлен на разработку системы автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки установки доводки. При разработке любой автоматической системы важную роль играет полнота анализа различных ситуаций, возникающих в ходе технологического процесса. Кроме выделения особых критических условий необходимо продумать поведение системы автоматики для устранения выявленных отклонений в процессе или при возникновении нештатных ситуаций. Постановка задачи на проектирование заключается в определении технологических параметров, которые подлежат автоматическому регулированию, контролю, сигнализации, регистрации и т.д. На установке пылеочистки используется множество входных и выходных параметров, состояние которых постоянно изменяется во времени. Многие из этих параметров оказывают непосредственное влияние друг от друга. И человек физически не может адекватно отреагировать на происходящие в ходе технологического процесса изменения. Кроме этого стоит отметить что сама система пылеочистки не имеет постоянного технологического персонала она абсолютно автономна. Данная система является высоко автоматизированным металлургическим объектом, в котором основные процессы управляются электронными и автоматическими средствами управления [6]. На пылеочистки имеются следующие автоматические системы: 1) система автоматического управления заслонок дымососа; 2) система автоматического управления заслонок печи ковша; 3) система автоматического управления заслонок системы легирующих; 4) система автоматического управления заслонки смешивающего воздуха; 5) система автоматического управления аварийной заслонки смешивающего воздуха; 6) система автоматического управления аварийной конвейерами пылеочистки; 7) система автоматического управления чистки фильтров [7]. При этом все указанные выше системы могут работать в двух режимах: ручном или автоматическом, а так же на некоторых системах предусмотрены пульты местного управления. При возникновении аварийных ситуаций предусмотрены кнопки экстренного останова как отдельных механизмов, так и пылеочистки в целом. Для стабильной работы оборудования пылеочистки в частности: конвейеров, бункеров, и своевременной отгрузки пыли. Следует разработать систему автоматического управления вибраторами на бункерах пылеочистки. Данная система автоматического управления должна работать по следующим программам смотри таблицу 1.8. Таблица 1.8 - Работа вибраторов при всех рабочих конвейерах
Таблица 1.9 - Работа вибраторов при не рабочем конвейере №1
Таблица 1.10 - Работа вибраторов при не рабочем конвейере №3
|