Устройство для управления плавкой чугуна в вагранке

20 45 вательно соединенные датчик 7 рас,хода холодного дутья, второй регулятор 8 и второй исполнительный механизм 9, связанный с регулирующим органом 10 на трубопроводе 11 холодного дутья, подведенном к верхнему ряду 12 продувочных фурм вагранки.Третий регулирующий контур содержит последовательно соединенные 10 датчик 13 температуры выпускаемого чугуна, третий регулятор 14, четвертый регулятор 15 и третий исполнительный механизм 16, связанный с регулирующим органом 17 на трубопроводе 18 природного газа, подведенном к горелкам топочной камеры рекуператора 19. На второй вход четвертого регулятора 15 подсоединен выход датчика 20 температуры горячего ваграночного дутья.В составе устройства имеется датчик 21 уровня жидкого чугуна в накопительной емкости 22, выход которого соединен с первым входом пер ваго функционального преобразователя 23. Второй вход преобразова-, теля 23 соединен с выходом эадатчика 24 номинального расхода горячего дутья, а выход подключен на второй вход первого регулятора 2 и первые входы второго 25 и третьего 26 функциональных преобразователей. Вторые входы этих преобразователей соединены с выходом задатчика 24 номинального расхода горячего дутья. Третий вход функционального преобразователя 25 соединен с задатчиком 27 номинального расхода кокса, а его выход связан с входом автоматического дозатора 28 кокса. Третий вход третьего функционального преобразователя 26 соединен с задатчиком 29 номинального соотношения расходов холодного и горячего дутья, а его выход через блок 30 динамических преобразований подсоединен к первому входу блока 31 умножения. Второй вход блока 31 умножения соединен с выходом датчика 1 расхода. горячего дутья, а его выход подключен к первому входу второго регулятора 8. Устройство содержит также нуль-орган 32, на два входа которого подсоединены выходы датчика 7 рас 55 хода дутья и эадатчика 33 мийимально допустимого расхода воздуха, а выход соединен с логическим входом второго регулятора 8. Устройство может быть реализовано посредством использования стандартной аппаратуры серийного изготовления, Измерение расходов холодного и горячего дутья целесообразно осуществлять с помощью комплекта, состоящего из сужающего устройства и диманометра ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например дифманометра системы "САПФИР", Для измерения уровня чугуна в накопительной емкости можно использовать совремейный ультразвуковой уровнемер типа ЭХО. Для измерения температуры чугуна на желобе вагранки можно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношения типа СПЕКТРОПИР. Температура горячего дутья с помощью комплекта из термопары ТХА и преобразователя типа Шс унифицированным выходным сигналом 0-5 мА. В качестве дозатора кокса можетбыть использован автоматический дозатор типа 4310 Д,2 "Точмаш" с аналого-цифровым преобразователем (АЦП)типа Ф 4891/2 на входе,Вычислительные, преобразующие,регулирующие и логические функцииустройства могут быть легко реали-зованы при использовании соответствующих алгоритмов регулирующегомикропроцессорного контролераРЕМИКОНТ-Р. Регуляторы 2, 8 и 15реализованы с помощью алгоблоковконтроллера с помещенными в них алгоритмами У 11 или В 12 (РИС или РИН),обеспечивающих совместно с исполни-:.тельным механизмом постоянной скорости ПИ-закон регулирования, Регулятор 14, каскадно связанный с регулятором 15, реализован с помощьюалгоблока с помещенным в нем алгоритмом У 1 (РАС). Для получения нелинейных зивисимостей может быть использован алгоритм Р 40 (КУС) с кусочно-линейным преобразованием.Блок 30 динамических преобразованийреализуется с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом М 21 (ДИН). Нуль-орган 32 можетбыть реализован с помощью дискретного регулятора 8. В качестве задатчиков номинальных значений параметров могут быть использованы серийные задатчики типа РЗД с выходнымсигналом 0-5 мА.5Новым в предлагаемом устройстве является использование группы элементов - датчика уровня чугуна в накопительной емкости, задатчика номинального расхода горячего дутья и первого функционального преобразователя для автоматического формирования задания регулятору расходагорячего дутья. На выходе первого функционального преобразователя имеютР = Р- К, Н, (1)где Р - текущий заданный расходдутья, м /с;2 иР - заданный (номинальный)расход горячего дутья приминимальном (условно нулевом) уровне чугуна в накопительной емкости м /с;К 1 - коэффициент пропорциональм /сностиф иФН - уровень чугуна в накопительной емкости, м;п - показатель степени функциипо практическим данным находится в диапазоне 1,5-2,5Поскольку в составе устройства имеется регулятор соотношения расходов холодного и горячего дутья, то формирование задания регулятору расхода горячего дутья эквивалентно формированию задания регулятору общего расхода дутья, Поэтому все приведенные обоснования по способу уйравления полностью применимы и для устройства. Управление интенсивностью продувки осуществляется по статическому закону в зависимости от уровня чугуна в накопительной ,емкости. При этом уровень может претерпевать значительные изменения, однако, носящие плавный и монотонный характер. В известном устройстве степень заполнения копильника регулятор расхода дутья стремится поддерживать на заданном значении, что приводит к большим колебаниям расхода дутья и сильно затрудняет задачу стабилизации температуры выплавляемого чугуна.функционирование новых элементов первой группы обеспечивает достижение нового технического эффекта - плавного изменения дутья в зависимости от уровня чугуна в накопительной емкости, а это создает предпо 5 562646 6сылки для более плавного измененияколичества кокса в шихте и тем самым стабилизации температуры выплавляемого чугуна.С помощью второй группы новыхэлементов - второго функциональногопреобразователя, связанного с первымфункциональным преобразователем, за 10 датчика номинального расхода коксаосуществляется расчет необходимого:количества кокса, загружаемого в очередную порцию шихты, в соответствиис выражением15 Г(Р н Р)Игде- массовая доля кокса в загру"жаемой порции шихты, 7;- массовая доля кокса при номинальной производительностивагранки, %;К - коэффициент пропорционально 1 Ести,(м/с) ф25 Р- заданный расход горячегодутья при минимальном уровнечугуна в емкости, м /с;2Р - текущий расход горячего дутья3 з1м /с;30 п - показатель степени функции,по практическим данным можетпринимать значения 1,5-2,5.Благодаря совместному действиюпервой и второй групп новых элементов35 массовая доля кокса плавно изменяется в большую или меньшую .сторону приизменении уровня чугуна в накопительной емкости, а следовательно, и изменении суммарного расхода ваграночного40 дутья. Вследствие этого при монотонном изменении уровня чугуна в плавильную зону вагранки поступает необходимое с точки зрения энергозатратколичество кокса, что способствует45 стабилизации температуры выплавляе, мого чугуна. Такой способ управлениярасходом кокса создает благоприятныеусловия для подсистемы регулированиятемпературь: чугуна, поскольку при50 этом практически исключаются случаиисчерпания ресурса управления расходом природного газа. Более эффективное использование энергии коксапри работе устройства приводит кснижению его расходования. При внезапном нарушении монотонности изменения уровня чугуна в накопительнойемкости в плавильную зону может поступить или избыточное, или недоста 1562646ЗО точное количество кокса. В первомслучае потери от избытка кокса компенсируются снижением расхода природного газа на нагрев дутья, а вовтором случае возможное понижениетемпературы чугуна компенсируетсяза счет увеличения температуры нагрева дутья.Третья группа новых элементов,включающая третий функциональный;функциональным преобразователем,блок динамических преобразований,блок умножения и задатчик номинального соотношения расходов холодногои горячего дутья, служит для автоматического изменения соотношения рас - .ходов холодного и горячего дутья всоответствии с выражением 202(ь) Ме - К 1(Р - Р )(1 -е ),где Ы - соотношение расходов холодного и горячего дутья приноминальной производитЕльности вагранки;К - коэффициент пропорциональ 31ностиР (м 7 с)Р)э фи - показатель степени функции3по практическим даннымп = 1-2е - основание натуральных логарифмов;Т - постоянная времени канала уп4равления температурой в зонеплавления изменением суммарного расхода дутья, с,ь - текущее время от момента изменения расхода дутья, с. 40Обычно рекомендуется поддерживатьзначение 0 = 0,50-1,0, что соответствует доле холодного воздуха в суммарном расходе ш = 0,33-0,5. При указанном соотношении расходов дутья 5достигается наиболее полное использование химической энергии кокса,что приводит к повышению температурыв зоне плавления и как следствие кповышению температуры чугуна. 50Указанные явления справедливы длясравнительного узкого диапазона производительности вагранки. При существенном уменьшении суммарного расходадутья механизм физико-химическихявлений в плавильной зоне изменяется.Всякое сколь-нибудь существенное уменьшение суммарного расхода дутья (на20-253 и более) при сохранении неизменным расхода кокса приводит к похолоданию в плавильной зоне вагранки, опусканию уровня холостой калоши. В этих условиях состав реакционных газов на границе плавильной и восстановительной зон смещается в сторону большего количества СО.Поскольку содержание СО в реакционных газах уменьшается, то для достижения максимального теплового эффекта соотношение расхода дутья между верхним и нижним ярусом должно уменьшиться. В связи с тем, что процессы в зоне плавления вагранки характеризуются инерционностью, то температура и состав газов также изменяются не мгновенно, а с каким-то замедлением, характеризуемым постоянной времени Т. Коэффициентом (1 - е ) в выражении (3) учитывается тепловая инерция плавильной зоны вагранки, Следовательно, после уменьшения расхода горячего дутья соотношение расходов холодного и горячего дутья необходимо уменьшить не мгновенно, а по экспоненциальному закойу с постоянной времени Т. По предварительным данным значение Т для вагранок средней производительности находится в диапазоне 50-80 с.Следовательно, с помощью третьей группы новых элементов осуществляется автоматическое изменение соотношения расходов холодного и горячего дутья,.Устройство функционирует следующим образом. Допустим, в результате соблюдения баланса потребления и поступления чугуна в накопительной емкости устанавливается уровень, близкий к минимальному. На задатчиках 24, 27, 29 установлены номинальные значения параметров. При этом автоматически устанавливаются расход горячего воздуха, близкий к номинальному, расход холодного воздуха в соответствии с заданным соотношением расходов, близким к Мо, а массовая доля кокса близкой к. Допустим, что регулирующий орган 17 на трубопроводе 18 природного газа находится примерно в среднем положении, а температура чугуна равна заданному значению., Сделаем теперь допущение, что в результате технических задержек в разливочном участке интенсивность отборажидкого чугуна резко уменьшилась.В результате этого уровень чугуна внакопительной емкости 22 начинаетповышаться. Это приводит к увеличению сигнала на выходе датчика 215уровня в соответствии с выражением (1)на выходе преобразователя 23. Выходной сигнал преобразователя 23 поступа-.ет на второй вход регулятора 2. Возникает сигнал рассогласования, ирегулятор 2 с помощью исполнительного механизма 3 перемещает регулирующий орган 4 до исчезновения сигналарассогласования, Это приводит к 15снижению расхода горячего дутья, врезультате чего в блоке сравнениярегулятора 8 возникает сигнал рассогласования. Регулятор 8 с помощьюисполнительного механизма 9 поворачивает регулирующий орган 10 иуменьшает расход холодного дутья всоответствии с заданным соотношением. Заданное соотношение расходовформируется с помощью функционального 25преобразователя 26 и блока 30 динамических преобразований. На выходепреобразователя 26 формируется сигнал, пропорциональный выражению вквадратных скобках соотношения (3). 30Этот сигнал поступает на вход бло-.ка 30 динамических преобразований,на выходе которого формируется сигнал уже с учетом инерционных свойствзоны плавления вагранки. Для получения выходного сигнала блока 30 ввиде, соответствующем выражению (3),передаточная функция блока 30 должнабыть реализована в виде1са Ь) = --- 40Т-р+ 1Коэффициент усиления этой передаточной функции равен 1, посколькуего численное значение моделируетсяпреобразователем 26,45Сигнал, пропорциональный заданному соотношению расходов, поступает наодин из входов блока 31 умножения,на второй вход которого поступаетсигнал, пропорциональный текущемурасходу горячего дутья, а его выходной сигнал, лропорциональный заданному расходу холодного воздуха, поступает на второй вход регулятора 8 соотношения.55Перед каждой очередной загрузкойустройство Формирует новое значение.массовой доли кокса в соответствиис выражением (2). Выходная величина 1562646преобразователя (23) поступает также на один иэ входов третьего преоб;.разователя 26, выходной сигнал которого пропорционален заданному значению массовой доли кокса.Выходной сигнал на внешних клеммах РЕИИКОНТа имеет Физическую природу напряжения постоянного тока:0-10 В. Этот сигнал поступает навходной АЦП дозатора 28, где он пре-.образуется в двоично-десятичный код ивводится в схему управления дозатора.Поскольку по мере возрастанияуровня чугуна в накопительной емкости 22 интенсивносуь продувки вагранкиплавно снижается, то при монотонномвозрастании уровня в зону плавлениявагранки поступает количество кокса,необходимое для компенсации энергетических затрат. При длительной за-.держке в расходовании чугуна уровеньв емкости 22 может существенно повыситься,что приводит к снижению суммарного расхода дутья до 20-25 . отноминального значения, повышениюрасхода кокса на 40-50 и снижениюсоотношения расходов холодного и горячего воздуха до 0,2-0,25.При снижении расхода холодногодутья ниже значения, при котором возможно забивание фурм, и задаваемогос помощью задатчика 33, на выходенуль-органа 32 появляется дискретный сигнал. Этим сигналом регулятор 8 переводится в дистанционныйрежим управления (ДИСТ), что приводит к остановке исполнительного механизма 9.Если в процессе управления температура выплавляемого чугуна станетниже заданного значения, выходнойсигнал регулятора 14 увеличивается ипоступает в виде задания на вход регу.- лятора 15 температуры горячего дутья.Регулятор 15 с помощью исполнительного механизма 16 увеличивает степень открытия регулирующего органа 17на трубопроводе природного газа, врезультате чего температура дутьяповышается Повышение температурыдутья происходит до тех пор, покатемпература чугуна не достигнет заданного значения (с учетом зонынечувствительности регулятора 14).Обратные процессы протекают последлительного перерыва, когда вновьначинается интенсивный отбор чугунана разливку. Однако при этом изме2646 12 11 156 некие режима ваграночной планки происходит не резко, а постепенно по мере снижения уровня чугуна в емкости 22. Суммарный расход горячего и холодного дутья плавно возрастает, а массовая , доля кокса в рабочей колоше плавно уменьшается. Поэтому при достижении суммарным расходом дутья значения, близкого к номинальному, в плавильную зону вагранки поступает необходимое количество кокса.Таким образом,при функционировании устройства обеспечивается чаще всего режим монотонного снижения производительности вагранки или, наоборот, режим монотонного возрастания производительности. Как частный случай возможен стационарный режим с постоянной производительностью вагранки, когда интенсивность отбора чугуна для разливки соответствует скорости поступления чугуна в накопительную емкость. Все эти режимы благоприятствуют стабилизации тепловых и физико-химических процессов, протекающих в вагранке, что в конечном итоге должно привести к стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, снижению угла ферросплавов. Кроме того,. стабилизация температуры сливаемого чугуна должна привести к экономии энергозатрат в накопительной емкости эа счет отсутствия случаев необходимости дополнительного подогрева чугуна. 50;ч а ю щ е е с я тем, что, с целью предотвращения забивания продувочных Формула изобретения 1. Устройство для управления плавкой чугуна в вагранке, преимущественно с нижним рядом фурм для подачи горячего дутья, вторым верхним рядом фурм для подачи холодного дутья, накопительной емкостью для сливаемого чугуна, например индукционным миксером, содержащее последовательно соединенные датчик расхода горячего дутья, первый регулятор и первый исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе горячего дутья, последовательно соединенные датчик расхода холодного дутья, второй регулятор и второй исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе холодного дутья, Последовательно соединенные датчик 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 температуры выпускаемого чугуна,третий регулятор, четвертый регулятор и третий исполнительный механизм,соединенный с регулирующим органомна трубопроводе природного газа длянагрева дутья в рекуператоре, датчик температуры горячего дутья, подключенный ко второму входу четвертого регулятора, автоматический дозатор кокса, о т л и ч а ю Щ е е с ятем,что,с целью повышения качествастабилизации температуры и химическогосостава выплавляемого чугуна, экономиикокса, устройство снабжено датчикомуровня чугуна в накопительной емкости,тремя функциональными преобразователями, блоками умножения и динамических преобразований, задатчикаминоминальных значений расхода горячегодутья, кокса и соотношения расходовхолодного и горячего дутья, причем вы-,ход датчика уровня чугуна соединенс первым входом первого функционального преобразователя, второй входкоторого соединен с задатчиком номинального расхода горячего дутья,а выход соединен со вторым входомпервого регулятора и с первыми. входами второго и третьего функциональных преобразователей, вторые входыкоторых соединены с выходам задатчика номинального расхода горячего дутья, на третий вход второго функционального преобразователя подсоединен выходзадатчика номинального расхода кокса,а его выход соединен со входом автоматического дозатора кокса, третийвход третьего преобразователя соединен с,задатчиком номинального соотношения расходов холодного и горячегодутья, а его выход через блок динамических преобразований подсоединенк первому входу блока умножения,второй вход которого соединен с выходом датчика расхода горячего дутья,а выход подсоединен ко второму вхоцувторого регулятора. 2. Устройство по и, 1, о т л ифурм верхнего яруса, устройство содержит нуль-орган, два входа которого соединены с выходом датчика расхода холодного дутья и задатчикомминимально допустимого расхода дутья,а выход соединен с логическим входомвторого регулятора.1562646 Составитель А.Абросимоедактор И.Горная Техред И,Дидык ектор Н. Ревск ГКНТ СССР ретениям и ушская наб. оизводственно-издательский комбинат "Патент Гагарина,Уагор Заказ 1052 Т ВНИИПИ Государственного ком 113035, Иос