Основные задачи автоматизации методической печи

Методическая печь как объект управления

Если проанализировать процесс нагрева металла как объект автоматического управления, то можно выделить следующие управляемые величины, возмущающие и управляющие воздействия:

Основные выходные управляемые величины – температура металла на выходе из печи, перепад температур по сечению заготовки, экономичное использование топлива.

Дополнительные выходные управляемые величины – недопущение пережога металла в процессе нагрева, химический состав отходящих газов.

Возмущающие воздействия – изменение производительности печи и марки нагреваемого металла, подсосы воздуха в печь, разрушение футеровки печи и водоохлаждаемых балок, температура воздуха, подаваемого в печь после рекуператора, химический состав топлива, температура воды, подаваемой на охлаждение неподвижных балок печи.

Управляющие воздействия – расход природного газа и воздуха на горелки в зонах печи, обеспечивающий необходимую температуру в зонах печи, изменение положения шибера на дымовом тракте печи для регулирования давления в печи, расход воды на охлаждение балок печи.

С точки зрения автоматизации объектов чёрной металлургии нагрев металла в методической печи является медленнотекущим процессом, потому что изменение какого-либо параметра не ведет к моментальному изменению параметров нагрева всей садки.

Прокатка металла после нагрева его в печи является последним переделом металлургического производства, после которого происходит отгрузка товара потребителю, поэтому к нагреву металла в печи предъявляются повышенные требования по точности ведения и экономичному использованию топлива.

При заданном химическом составе поступающих слябов на ход процесса нагрева можно повлиять изменяя расходы природного газа и воздуха на нагрев каждой зоны печи и изменяя положение шибера в дымовом тракте печи. Расходы газа и воздуха влияют на получение требуемой температуры слябов и на экономичность сжигания топлива. Положение шибера влияет на давление газов в печи и, соответственно, на подсосы воздуха в печь.

Ведение нагрева слябов в методической нагревательной печи может осуществляться полностью автоматически, без участия нагревальщика. Но нагревальщики осуществляют постоянный контроль основных параметров печи и в случае аварийной ситуации или отказа системы автоматизации имеют возможность переключиться в ручной режим управления печью.

Системы управления методическими печами предназначены для обеспечения своевременного качественного и экономичного нагрева металла, сохранности кладки печи и оборудования, безопасности работы на печи и предотвращения аварий, облегчения труда нагревальщиков.

Качественный нагрев металла характеризуется следующими показателями.

Температура поверхности заготовки усреднённая по длине, на выходе из печи соответствует заданному значению с точностью не более 10-15 К.

Заготовки прогреты в достаточной мере, так что перепады температур по толщине заготовок не превышают допустимых значений. Эта величина составляет 20-40 К, а в местах соприкосновения заготовок с подовыми трубами равна 50-7- К.

Перепады температуры по длине заготовки соответствуют принятой технологии прокатки.

Скорость нагрева металла от исходного состояния до 500-700 ºС не превышает максимально допустимого значения.

Рассмотрим эти требования более подробно.

При управлении температурным режимом печи температуру заготовок на выходе из печи выбирают с учётом её влияния на условия нагрева металла, на прокатку и качество проката: чем выше эта температура, тем, как правило, больше пластичность металла, меньше усилие и расход электроэнергии, затрачиваемые на его деформацию при прокатке, меньше износ и риск повреждения прокатного оборудования. И только при очень высокой температуре пластичность и прочность металла понижаются. Металл даже может стать хрупким, и при его прокатке образуются рванины. Для каждой марки стали имеется максимально допустимое значение температуры выдачи, исключающее перегрев.

При выборе величины температуры выдачи учитывают также её влияние на температуру конца прокатки, в значительной мере определяющей качество проката.

При прокатке недостаточно прогретых заготовок может возникнуть значительные разнотолщинность, прогиб заготовки вверх или вниз при прокатке и другие дефекты. Перепады температур по толщине заготовки на выходе из печи зависят от конструкции печи (одностороннего или двустороннего нагрева, способа транспортировки заготовки, конструкции рейтеров – несущих стальных прутков, состояние изоляции подовых труб, длины подины), а также режима нагрева. Эти перепады увеличиваются с уменьшением времени нагрева металла в печи и увеличением толщины заготовок. Равномерный нагрев обычно обеспечивают тем, что для заготовки каждой толщины и каждой марки стали устанавливают минимально допустимое время нагрева.

Обычно желательно, чтобы температура заднего конца заготовки превышала температуру переднего конца, так как задний конец в течении большего времени находится в прокатке и, следовательно, в большей степени охлаждается до окончания прокатки. Требуемое распределение температуры по длине заготовки зависит от скорости прокатки.

При интенсивном нагреве заготовок большой толщины из высокоуглеродистых или легированных сталей, обладающих низкой теплопроводностью, между поверхностью и сердцевиной заготовки возникает большой перепад температур, который приводит к появлению значительных термических напряжений.

При одинаковых условиях нагрева и прокатки все требования могут быть определены выбором неизменного во времени распределения температуры по длине печи. В этом случае задача управления температурным режимом печи сводится к автоматической стабилизации температур в отапливаемых зонах воздействием на тепловую нагрузку с помощью локальных САР.

Однако в действительности указанные параметры остаются постоянными лишь в течение коротких отрезков времени. Изменение этих параметров требует соответствующего изменения температурного режима печи. В первую очередь требуемый температурный режим печи зависит от производительности, скорости перемещения металла вдоль печи, так как методическая печь работает в одной поточной линии с прокатным станом и скорость перемещения зависит от темпа прокатки, который в течении коротких отрезков времени может колебаться в широких пределах вплоть до остановки стана, когда скорость перемещения металла становится равной нулю.

Колебания скорости движения металла приводят к изменению времени, за которое заготовки проходят тот или иной участок печи, а следовательно, и к изменению количества тепла, полученного ими на этом участке, если температура в зоне остаётся постоянной. При замедлении темпа прокатки и, особенно при остановках стана это приводит к перегреву металла вплоть до сваривания заготовок, к увеличению угара и расходу топлива, а при увеличении темпа – к недогреву металла.

Таким образом, при переменной производительности методической печи автоматическая стабилизация температуры в зонах не обеспечивает требуемый нагрев металла. В этом случае система должна определять скорость продвижения металла и при её изменении автоматически изменять температурный режим печи таким образом, чтобы обеспечить требуемый нагрев металла в каждой зоне.

Температурный режим в зонах горения методической печи зависит от толщины заготовок, марки стали, температуры металла на выходе из печи; при изменении этих параметров система управления должна менять температуру в зонах.

В отличие от скорости перемещения металла эти параметры изменяются не сразу по всей длине печи, а постепенно, по мере продвижения металла, сначала в методической, затем в первой сварочной, второй сварочной и в томильной зоне.

Закон изменения температуры в отапливаемых зонах методической печи при изменении рассмотренных параметров зависит от цели управления нагревом металла. Целью может быть либо обеспечение наибольшей производительности комплекса методические печи – прокатный стан, либо достижение минимальных отклонений температуры заготовок на выходе из печи от требуемого значения, или сведение до минимума расхода энергоресурсов, уменьшение потерь с окалиной.

Системы управления должны также обеспечивать экономическое сжигание топлива, сохранность печи.

Если воздуха в зону горения подается больше, чем требуется для полного сжигания, то часть топлива не сгорает. Это ведёт к его перерасходу. Если же воздуха подается больше, то часть тепла, выделяющегося при сжигании топлива, затрачивается на нагрев излишка воздуха, что тоже приводит к перерасходу топлива. Поэтому для обеспечения экономичного сжигания топлива в двухпроводных горелках методической печи система управления должна автоматически устанавливать требуемое соотношение расходов топлива и воздуха.

При отоплении методических печей смесью газов система управления должна либо обеспечивать постоянство теплоты сгорания смешанного газа, либо автоматически изменять соотношение расходов топлива и воздуха в соответствии с изменением теплоты сгорания смеси.

Система управления должна обеспечить небольшое избыточное давление на уровне металла в томильной зоне, равное 1 – 3 Па. При увеличении давления происходит выбивание продуктов сгорания через окна, гляделки, неплотности, что уменьшает срок службы печи и печного оборудования и ухудшает условия работы обслуживающего персонала. Снижение давления приводит к подсосам холодного воздуха в печное пространство, что нарушает требуемое соотношение расходов топлива и воздуха, ведёт к перерасходу топлива и может вызвать охлаждение заготовок в томильной зоне.

Для обеспечения высокого качества управления температурным режимом методической печи необходимо поддерживать постоянное давление газа в цеховом газопроводе. Если на методической печи используются дутьевые горелки, то при падении давления газа в зональном газопроводе перед регулирующим дросселем или воздуха в зональном воздухопроводе перед регулирующем дросселем ниже допустимых значений необходимо для предупреждения аварии с помощью автоматического отсечного клапана прекратить подачу газа в зону и подать световой и звуковой сигнал.

Если на методической печи установлен металлический рекуператор для нагрева воздуха или газа, то система управления должна обеспечить защиту труб рекуператора от перегрева и обеспечить защиту от перегрева вентиляторов, просасывающих воздух через рекуператор.

Дата добавления: 2015-03-29