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.

Дата выдачи задания: 19.09.2002

Студенты: Беляева М. Ю.

Исаков К. Е.

Руководитель проекта: Смыслова А. Л.

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.