Автоматизация плавильного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация производства, процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства - основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизация производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизация производства: частичную, комплексную и полную.

Частичная автоматизация производства, точнее - автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное. К частичной автоматизация производства относится также автоматизация управленческих работ.

При комплексной автоматизация производства участок, цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса. Полная автоматизация производства - высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

При определении степени автоматизации учитывают прежде всего её экономическую эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства. Автоматизация производства не означает безусловное полное вытеснение человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношений с машиной изменяется; труд человека приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в трудовой деятельности человека перемещается на техническое обслуживание машин-автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность.

Работа одного человека становится такой же важной, как и работа целого подразделения (участка, цеха, лаборатории). Одновременно с изменением характера труда изменяется и содержание рабочей квалификации: упраздняются многие старые профессии, основанные на тяжёлом физическом труде, быстро растет удельный вес научно-технических работников, которые не только обеспечивают нормальное функционирование сложного оборудования, но и создают новые, более совершенные его виды.

Автоматизация производства является одним из основных факторов современной научно-технической революции, открывающей перед человечеством беспрецедентные возможности преобразования природы, создания огромных материальных богатств, умножения творческих способностей человека.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 ОПИСАНИЕ КОНСТУКЦИИ АГРЕГАТА И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

автоматизация печь плавильный штейн

Плавильные пламенные печи широко применяют в цветной металлургии при производстве меди, никеля, олова и других металлов. По энергетическому признаку эти агрегаты относятся к классу печей теплообменников с радиационным режимом тепловой работы, благодаря чему они называются отражательными печами. По назначению они делятся на две большие группы: печи для переработки минерального сырья, основными представителями которых являются отражательные печи для плавки сульфидных медных концентратов на штейн, и печи, предназначенные для рафинировочной плавки металлов.

Отражательная печь для плавки на штейн является универсальной. В ней можно плавить разнообразные по составу и физическим характеристикам материалы, основу которых составляет сырая (подсушенная) шихта. Большая емкость печи, в которой одновременно находится около 900-1000 т расплавленного материала, позволяет поддерживать стабильные теплотехнические параметры плавки при значительных колебаниях в производительности предшествующего (подготовка шихты) и последующего (конвертирование штейнов) за отражательной плавкой переделов. К основным недостаткам отражательных печей следует отнести отсутствие очистки дымовых газов от пыли и сернистого ангидрида и сравнительно высокий удельный расход топлива.

Отражательные печи, в которых производится очистка металлов от примесей, носят названия, отражающие сущность протекающих в них технологических процессов. Например, печи, применяемые для получения специальных отливок - анодов, которые используют в последующем процессе электролитического рафинирования меди, называют анодными печами. Это малопроизводительные плавильные агрегаты периодического действия, в которых перерабатывается твердая и жидкая черновая медь, причём жидкую черновую медь подают в печь ковшом непосредственно из конвертера. Так называемые вайербарсовые печи отличаются от анодных только тем, что в них перерабатываются катоды, полученные в процессе электролиза, а также отходы красной и электролитной меди.

1.2 ОПИСАНТЕ ТЕХНОЛОГИИ АГРЕГАТА С ТАБЛИЦЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Конструкции печей для плавки на штейн различаются в зависимости от площади пода, состава и вида перерабатываемого сырья, способа отопления и применяемого топлива. В мировой практике встречаются агрегаты с площадью пода 300-400 м², однако наибольшее распространение получили печи, площадь пода которых порядка 200-240 м².Основные характеристики отражательных печей приведены в (таблице 1).

Техническая характеристика отражательных печей для плавки медных сульфидных концентратов на штейн.

Таблица 1 - Характеристика отражательной печи

Отражательная печь работает на газомазутном топливе. Для интенсификации процессов горения топлива используют дутье, обогащенное кислородом. Для печи применяют торцевую подачу топлива. При торцевом отоплении обычно используют комбинированные газомазутные горелки, производительность которых составляет по мазуту - до 300 кг/ч. Основное назначение мазута - повышение степени черноты газового факела

На отражательной печи установлено 5 горелок. Горелки работают с коэффициентом расхода воздуха порядка 1.1-1.2 и обеспечивают хорошее перемешивание топливовоздушной смеси.

Основными элементами отражательной печи (рисунок 1) являются: фундамент, под, стены и свод, которые в совокупности образуют рабочее пространство печи; устройства для подачи шихты, выпуска продуктов плавки и сжигания топлива; система отвода дымовых и технологических газов, боров и дымовая труба. Фундамент печи представляет собой массивную бетонную плиту толщиной 2,5-4 м, верхняя часть которой выполнена из жаропрочного бетона. В фундаменте обычно имеются вентиляционные каналы и смотровые проходы. Рабочее пространство является основной частью печи, так как в нем протекает технологический процесс и развиваются высокие температуры (1500-1650 °С). Подина (лещадь) выполняется в виде обратного свода, толщиной 1,0-1,5 м. Толщина стен на уровне ванны 1,0-1,5 м, над ванной -0,5-0,6 м. Для теплоизоляции стен обычно используют легковесный шамот. Расстояние между боковыми стенами (ширина печи) - 8 м, между торцевыми стенами (длина печи) 38 м.

Рисунок 1 - Общий вид отражательной печи для плавки на штейн

1 - ванна; 2 - свод; 3 - каркас; 4 - загрузочное устройство; 5 - наклонный газоход; 6- окно для выпуска шлака; 7-шпур для выпуска штейна; 8 - фундамент; 9 - подина; 10 - стена

Свод печи является наиболее ответственным элементом ее
конструкции, так как о стойкости зависит продолжительность кампании печи. Свод имеет толщину 410 мм и выкладывается из специального магнезитохромитового и периклазошпинелидного кирпича. Как правило, используют распорно-подвесные и подвесные своды. У боковых стен свод опирается на стальные пятовые балки. Для компенсации распирающих усилий создаваемых ванной расплава и сводом, стены печи заключены в каркас, состоящий из стоек, расположенных через 1,5 м вдоль стен, скрепленных продольными и поперечными тягами. На концах тяги оснащены пружинами и гайками, которые позволяют компенсировать температурные расширения кладки.

Для загрузки шихты используют специальные отверстия, расположенные в своде через каждые 1,0м вдоль боковых стен печи, в которых установлены воронки с патрубками диаметром 200мм. К загрузочным воронкам шихта подается ленточными или скребковыми транспортерами. В некоторых случаях загрузка шихты производится с помощью шнековых питателей или забрасывателей через окна в боковых стенах печи. Загрузочные отверстия имеются по всей длине печи, но шихта подается, как правило, только в плавильную зону.

Конвертерный шлак заливается в печь через окно в торцевой стенке, расположенное над горелками. Иногда для этого используют специальные отверстия в своде или окна в боковых стенах, расположенные вблизи от передней торцевой стенки печи. Для выпуска штейна применяют сифонные или специальные разборные металлические шпуровые устройства с керамическими или графитовыми втулками. Устройства для выпуска штейна расположены в двух или трех местах вдоль боковой стенки печи. Шлак выпускается периодически по мере его накопления через специальные окна, расположенные в конце печи в боковой или торцевой стенке на высоте 1,0 м от поверхности пода.

Отвод газов из рабочего пространства печи осуществляется через специальный газоход (аптейк), наклоненный к горизонтальной плоскости под углом 7-15°. Наклоненный газоход переходит в боров, который служит для отвода продуктов сгорания топлива в котел-утилизатор или в дымовую трубу. Боров представляет собой горизонтально расположенный газоход прямоугольного сечения, внутренняя поверхность которого выложена из шамота, наружная - из красного кирпича.

Для утилизации тепла отходящих газов в сборном борове отражательных печей устанавливают водотрубные котлы-утилизаторы, которые оборудованы специальными экранами, позволяющими эффективно бороться с заносом и ошлакованием рабочей поверхности котлов, содержащимися в газах пылью и каплями расплава. Для предотвращения сернокислотной коррозии металлических элементов температура газов на выходе из котла должна быть существенно выше 350 С.

Основными достоинствами отражательной плавки являются: относительно небольшие требования к предварительной подготовке шихты (влажность, повышенное содержание мелких фракций и т. п.); высокая степень извлечения меди в штейн (96-98 %); незначительный унос пыли (1-1,5%); повышенная производительность единичного агрегата, достигающая до 1200-1500 т в сутки по проплавляемой шихте, а также высокий коэффициент использования топлива в печи, который составляет в среднем около 45 %.

К недостаткам процесса следует отнести низкую степень десульфурации (получение сравнительно бедных по меди штейнов) и большой удельный расход топлива, который составляет примерно 150-200 кг у. т. на тонну шихты. Значительное количество дымовых газов на выходе из печи ограничивает возможность их очистки и использования в сернокислотном производстве из за низкого содержания в них сернистого ангидрида.

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ АГРЕГАТА

2.1 ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ

Центральной схемой автоматизации процесса отражательной плавки на штейн должна быть система загрузки материала в печь по импульсу от качества готового продукта. Химический состав штейна сейчас непрерывно автоматически не измеряется. Кроме того, объем печи очень велик и изменения в подаче материала отразятся на качестве готового продукта только через значительный период времени. Выпуск штейна и шлака производится непрерывно. Перечисленные обстоятельства не позволяют создать надежную систему автоматического регулирования загрузки печи по качеству готовой продукции либо по параметрам режима плавки. Поэтому применяют непрерывную равномерную подачу исходного материала.

Подача топлива в печь поставлена в зависимость от потребления тепла материалом. Управление расходом топлива осуществляется по импульсу от температуры печи. Регулятор подачи топлива должен получить несколько импульсов по состоянию температурного поля печи. Две точки наиболее важны для технологического режима плави. Это максимальная температура в зоне плавления и температура в конце печи. Первая температура характеризует режим плавления, режим основного технологического процесса, а вторая вязкость шлака, температуру штейна и шлака, от которых зависит их качество.

Так же в печи контролируем давление, так как при неконтролируемом увеличении этого параметра вероятно разрушение объекта, и в некоторых случаях - взрыв.

В данном проекте присутствует регулирование соотношения «газ-воздух». При избытке кислорода увеличена нагрузка на печь, как следствие - ускоренный выход из строя. При недостатке - горелки будут тухнуть. В случае малой подачи топлива горелки будут работать нестабильно, затухать.

2.2 ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ПРИНЯТОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Метран 100 ДИВ применен в данной схеме из-за соотношения цена-качество - выполняет возложенные задачи при минимуме функций.

ТРМ-201 при своей дешевизне полностью справляется с заданием автоматизации - с показанием технологических параметров.

Регулятор температуры РС29 043 (ТРМ 101) предназначены для измерения и контроля температуры.

Термопары ТПП1 имеют диапазон измерений оптимальный для этой печи, а именно требуемые 1500°С легко в него укладываются.

ПР3-800 применен в данном проекте за счет своей надежности и небольшой стоимости.

В схеме используются пускатели ПРБ 2М (ОАО «ЗЭиМ») из-за своей надежности, простоты, дешевизны. Динамические характеристики пускателя (например, время запаздывания выходного тока при подаче или снятии управляющего сигнала равно 25 мс) подтверждают целесообразность использование данного прибора.

Блок ручного управления БРУ-42 применен в данном проекте для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положений цепей управления.

Исполнительный механизм МЭОФ (ОАО «ЗЭиМ») имеет червячный редуктор, характеристики (например, номинальное время полного хода вала 63с) полностью подходят к требованиям автоматизации.

Прибор регистрирующий А100 измерение и регистрация значений параметров технологического процесса от датчиков, имеющих унифицированные выходные сигналы силы и напряжения постоянного тока.

ЭМИС-ВИХРЬ 200 сочетание простой и надежной конструкции с максимально точной спектральной обработкой сигнала. Стабильная работа при высоких температурах и на средах с механическими загрязнениями

Диск 250М применен в данной схеме так как имеет полный набор выходных функций в одном исполнении (сигнализация, преобразование входного сигнала в токовый, источник питания внешних датчиков, регулирование ПИД и позиционное по заданию постоянному и изменяющемуся во времени), простую конфигурацию и повышенную точность измерений.

Газоанализатор электрохимический ДАХ-М01O2 контролирует содержание кислорода рабочей зоны и справляется с заданием автоматизации - с показанием технологических параметров.

Преобразователь Метран 100ДД используется для непрерывного преобразования разности давлений в унифицированный токовый сигнал в системе автоматического контроля.

2.3 ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональная схема систем автоматизации технологических процессов является основным техническим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации технологических процессов, а также оснащения их приборами и средствами автоматизации. На функциональной схеме дано упрощенное изображение агрегатов, подлежащих автоматизации, а также приборов, средств автоматизации и управления, изображаемых условными обозначениями по действующим стандартам, а также линии связи между ними.

Соотношение топливо-воздух

Контроль и регулирование расхода осуществляется при помощи интеллектуального расходомера ЭМИС-ВИХРЬ 200 крыло передает пульсации давления на пьезоэлемент, который преобразует их в электрические сигналы, поступающие в электронный блок. Электронный блок формирует выходные сигналы преобразователя после усиления, фильтрации, преобразований и цифровой обработки сигнала. Этот сигнал регистрируется регистратором ДИСК 250М, который отображает информацию на диаграммной ленте. Далее сигнал поступает регулятор Минитерм 400, который в свою очередь, регулирует подачу газа при помощи пускателя ПБР 2М, исполнительного механизма МЭОФ и задвижки ПР3-800. Клапан 25 НЖ

При изменении расхода газа и, как следствие, несовпадении расходов воздуха и газа датчики расхода Метран-100 посылают унифицированный токовый сигнал 4-20мА на регулятор Минитерм 400, который, при помощи пускателя ПБР 2М, исполнительного механизма МЭО и задвижки ПР3-800, устраняет это неравенство.

Датчик газоанализатор ДАХ-М01O2 контролирует содержание кислорода рабочей зоны и передает данные на регулирующий прибор РС29 043, который обеспечивает усиление, демпфирование и индикацию сигнала рассогласования и формируют выходной сигнал, передаваемый на регулятор Минитерм 400.

Система автоматического контроля тяги

Для регулирования тяги установлен интеллектуальный датчик Метран 100 ДД который измеряет разницу давлений и преобразует данные в унифицированный аналоговый токовый сигнал и передает данные на на регистратор ДИСК 250М, отображающий информацию на диаграммной ленте и регистрирующий сигнал, который поступает на регулятор Минитерм 400. Он корректирует сигнал и передает его на бесконтактный пускатель ПБР 2М, который регулирует давлегие помощи пускателя ПБР 2М, исполнительного механизма МЭОФ и задвижки ПР3-800.

Система контроля и регулирования температуры

Контроль и регулирование температуры осуществляется при помощи термопар ТПП1 - при измерении температуры в рабочем спае образуется термо-э.д.с., которая

преобразуется в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА с помощью встроенного в информационную головку преобразователя. Этот сигнал регистрируется двухканальным регистратором ТРМ 201, который передает информацию на ДИСК 250М для отображения информации на диаграммной ленте.

2.4 Компоновка и коммутация щита

Щиты и пульты систем автоматизации технологических процессов предназначены для размещения на них приборов и средств контроля и управления технологическими процессами, контрольно-измерительных приборов, автоматических регуляторов, защиты и сигнализации.

Компоновкой называется общий вид щита и размещенные на нем приборы и средства автоматизации. Компоновка аппаратуры должна обеспечить удобство пользования ими. При компоновке следует обращать внимание на этику внешнего вида щита. Средства автоматизации и аппаратуры управления скопонованны функциональными группами в порядке хода технологического процесса. Общий вид щита выполнен в масштабе 1:10.

Схема коммутации щита представляет собой обратную сторону передней стенки щита с точным расположением на ней аппаратуры с упрощенным изображением проводки. В щиты и пульты разрешается ввод электрического тока напряжением, не превышающим 400В. Питающие провода, кабели и импульсные трубки рекомендуется подводить непосредственно к вводному выключателю щита. Индивидуальные цепи питания средств автоматизации схем управления, сигнализации и т. д. рекомендуется подводить от вводного включателя к соответствующим выключателям и предохранителям. Разводка индивидуальных цепей питания должна выполняться согласно принятым решениям в принципиальной схеме.

Компенсационные провода или кабели, поставленные комплексно с отдельными видами приборов и средств автоматизации, присоединяются непосредственно к их зажимам. Концы проводов, подключенные к приборам, аппаратам и сборкам зажимов, должны иметь маркировку, соответствующую монтажным схемам щита.

Таблица 2 - Коммутация щита КИПиА

2.5 РАЗРАБОТКА ПОМЕЩЕНИЯ КИП И А

При расположении щитовых помещений в данном проекте учтены следующие требования:

1. Помещение удовлетворяет требованиям проводки и приборов по температуре и влажности

2. Помещение достаточно свободное и не затрудняет проход к щитам и приборам на них

3. Помещение оснащено вентиляцией

4. Помещение достаточно освещено, чтобы оператор мог нормально работать

5. Помещение находиться вдали от источников шума, вибрации и прочих неблагоприятных воздействий.

Рисунок 2 - Контрольное помещение для центрального щита

3. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Проектируемый объект планируется разместить на той же территории, следовательно, отчуждения дополнительных земель не потребуется.

Кроме того, данный вариант производства является наиболее целесообразным, так как технологический процесс проектируемого производства и технология производства ряда продукции на предприятии идентичны и для их производства применяются одни и те же ресурсы

Организация производства осуществляется на техногенно освоенной территории. Дополнительного отчуждения земель, покрытых лесом, ценными видами растительности и являющихся постоянным местом массового отдыха и проживания птиц и животных, для строительства проектируемого производства не требуется.

При строительстве и эксплуатации производства уничтожения растительности, вырубки лесов, а также отстрела животных производиться не будет. Ввод в эксплуатацию проектируемого производства не приведет к прямому влиянию на растительный и животный мир и разработка дополнительных мероприятий по их охране не требуется.

4. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТОРОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА ТИПА КСП4

Таблица 3 - Данные для расчета

Определим R_п:

R_п = (R_пр * E_д)/(I₁*R_пр*(1-2?)-Е_д) = (90*15,96)/(3*90*(1-2*0,05)-15,96)= 6,3 Ом;

принимаем R`_п = 6 ±0,05 Ом и r_п = 0,5 Ом.

Определим приведенное сопротивление реохорда R_пр:

R_пр = (R_н.р*R_п)/(R_н.р+R_п) =(90*6,3)/(90+6,3)=5,88 Ом

Произведем проверку правильности определения R_пр:

Е_д = I₁* R_пр*(1-2?) = 3*5,88*(1-0,05) =16,75

Определим R_к:

R_к = U_к/I₂ = 1019/2 = 509,5 Ом;

принимаем значение контрольного резистора R_к = 509,5 ±0,2 Ом

Определим R_б:

R_б = (R_к* I₂-(1-?)* R_пр* I₁- Е(t_н, t₀))/I₁ =(509,5*2-(1-0,25)*5,88*3-7,33)/3=332,81

принимаем значение сопротивления резистора R_б = 333±0,5 Ом.

Найдем сопротивление медного резистора R_м:

R_м = (R_к*Е(t`<sub>0</sub>, t<sub>0</sub>))/(I<sub>2</sub>*R<sub>к</sub>*(?(t`₀ - t₀)/(1+? t₀))-Е(t`<sub>0</sub>, t<sub>0</sub>)- Е(t<sub>ср</sub>, t<sub>0</sub>)*(?(t`₀ - t₀)/(1+?* t₀)) =

=(509,5*1,22)/(2*509,5*0,1175-1,22-15,72*0,1125) =5,32 Ом;

принимаем значение сопротивления медного резистора R_м = 5,32±0,01 Ом.

Определим значение сопротивления резистора Rн:

R_н = (R_м*I₂-?*R_пр*I₁+ Е(t_н, t₀))/ I₁ = (2*5,3-0,025*5,88*3+7,33)/3=5,82 Ом;

принимаем R_н = 5,3±0,05 Ом и r_н = 0,7 Ом

Определим значение R_бд:

R_бд = ((R_м+ R_к)*( R_н+ R_пр+ R_б))/( R_м+ R_к+ R_н+ R_пр+ R_б) = ((5,32+509,5)*(5,82+5,88+332,81))/(5,32+509,5+5,87+5,88+332,81) = 206,38 Ом

Определим R₁:

R₁ = R_и.п- R_бд = 1000-206,38 = 793,62;

принимаем R₁ = 800 Ом, R`₁ = 750±1 Ом, R``₁ = 50 ± 5 Ом

Определим изменение показаний потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от t₀ = 20°С до t`₀ = 50°С:

?_п = - (R_м/2(R_м+ R_к))*(?(t`₀ - t₀)/(1+? ))*100% = -(5,32/(2*5,32+2*509,5))*0,1175*100% =

=-0,06%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во время выполнения данного проекта я подобрала конкретно для данного производства оптимальное оборудование: старалась при минимальных затратах получить наибольший эффект. Отражательная печь имеет большой потенциал производительности. Изучив технологию агрегата, познакомившись с компанией «Уралэнергоцветмет», сделала вывод, что отечественная промышленность очень конкурентоспособна при грамотном подходе: Россия производит такое оборудование, которое сопоставимо с зарубежными аналогами, но при этом цена не столь высока.

Размещено на Allbest.ru