АСУТП в чёрной металлургии

6. АСУ ТП выплавки стали в кислородном конвертере

Направление развития АСУ на металлургических заводах характеризуется в современных условиях переходом к интегрированным АСУ, отличительной особенностью которых является связанность отдельных подсистем, охватывающих все стороны технологии (управление технологическими процессами, оперативное управление производством, производственное планирование) и построенных на основе единых принципов и системного подхода.

В современном конвертерном цехе можно выделить по крайней мере три АСУ ТП: управления процессом выплавки стали в конвертере; управления процессами внепечной обработки стали; управления процессом непрерывной разливки стали. Естественно, что система оперативного управления производством должна увязывать работу всех трех АСУ ТП, обеспечивая составление и реализацию оптимального динамического расписания работы всех участков кислородно-конвертерного цеха.

В данной главе рассматривается только АСУ ТП конвертерной плавки, другие АСУ ТП рассмотрены в следующих главах.

Функции и назначения

Основные функции АСУ ТП выплавки стали в кислородном конвертере могут быть сформулированы следующим образом.

1. Информационные и информационно-вычислительные функции

Контроль и измерение: температуры чугуна; количества сыпучих материалов; положения конвертера; положения фурмы; расхода кислорода на продувку; параметров кислорода (давление, чистота); параметров воды на охлаждение фурмы (давление, расход, температура); температуры металла в конвертере (кратковременное и непрерывное измерение); окисленности металла (разовое и непрерывное определение); содержания углерода в металле (например, по температуре ликвидус); времени продувки с сигнализацией истечения заданного времени; температуры и разрежения по ступеням газоочистки; параметров воды на газоочистку; параметров азота на уплотнение газоотводящего тракта; параметров работы охладителя конвертерных газов; расхода отходящих газов с коррекцией по температуре; состава отходящих газов (содержание СО, СО2, Н2, О2); косвенных величин, характеризующих состояние процесса плавки (шум конвертера, вибрация конвертера, вибрация фурмы и др.); аварийная сигнализация основных технологических параметров и работы оборудования.

Вычислительные функции: расчет металлической части шихты и выдача рекомендаций по расходу чугуна и лома; расчет и выдача рекомендаций по расходу сыпучих материалов (известь, руда, плавиковый шпат); расчет и выдача рекомендаций по расходу ферросплавов; расчет общего количества кислорода на плавку; расчет и индикация скорости выгорания углерода (по расходу и составу отходящих газов); расчет текущего содержания углерода в металле (например, по балансу углерода); расчет эталонных (рациональных) траекторий скорости выгорания углерода, температуры отходящих газов и др. по ходу продувки; расчетная оценка состояния процесса по косвенным величинам; расчет технико-экономических показателей плавки.

Прогнозирование состояния технологического процесса: содержания углерода в металле по ходу и в конце продувки; температуры металла по ходу и в конце продувки; времени прекращения продувки.

2. Управляющие функции

1. Управление величинами: расходом кислорода на продувку; положением кислородной фурмы; давлением газов на выходе из конвертера (в конвертерах без дожигания); перепадом давления на первой ступени труб-распылителей газоочистки; параметрами охладителя конвертерных газов (питание барабана котла, непрерывная продувка, давление в барабане котла и т.д.);

2. Управление процессами: дозирования и загрузки сыпучих материалов; процессом динамического управления продувки; определения момента прекращения продувки; додувки плавки.

Следует отметить, что реальные АСУ ТП в зависимости от принятого в них уровня автоматизации и методов управления (статическое или динамическое) выполняют не все из перечисленных функций и задач. Вместе с тем могут встречаться в существующих системах и появиться в дальнейшем, по мере развития математического обеспечения и технических средств автоматики, другие задачи и функции. В целом АСУ ТП обеспечивает: слежение за технологическими процессами, положением и состоянием оборудования; автоматизированный и централизованный контроль и учет; выдачу управляющих сигналов в локальные системы автоматического управления; выдачу текущей технологической информации операторам; печатание паспортов плавки и других документов.

Системы автоматического контроля и управления

Функциональная система АСУ ТП выплавки стали в кислородном конвертере показана в укрупненном виде на рис. 10. Для функционирования АСУ ТП предусмотрены следующие автоматизированные и автоматические системы технологического контроля, регулирования и управления (пример):

Конвертер: автоматизированного измерения температуры стали и содержания углерода в металле (зонд); автоматического непрерывного по ходу продувки измерения температуры металла в ванне конвертера; автоматического контроля положения конвертера; автоматического контроля и регулирования положения фурмы; автоматической подачи кислорода в конвертер; автоматического контроля параметров кислорода и воды для охлаждения фурмы; автоматической остановки продувки; аварийной сигнализации основных технологических параметров и автоблокировки работы оборудования; автоматического контроля времени продувки; автоматического дозирования и подачи сыпучих материалов в конвертер;

Газоочистка: автоматического регулирования давления газов на выходе из конвертера; автоматического регулирования перепада давления на I ступени труб-распылителей газоочистки; автоматического анализа конвертерных газов на СО, СО2, О2, Н2; автоматического контроля давления, расхода и температуры воды на газоочистку; автоматического контроля температуры и разрежения по ступеням газоочистки; автоматического контроля расхода и давления азота на уплотнение газоотводящего тракта; автоматического контроля и сигнализации уровня воды в бункерах газоочистки;

Охладитель конвертерных газов: автоматического регулирования питания барабана охладителя; автоматического регулирования непрерывной продувки барабана; автоматического регулирования температуры циркуляционной системы; автоматического регулирования давления в барабане; автоматического контроля работы циркуляционных насосов и насосов подкачке воды к "юбке"; автоматического контроля параметров пара, питательной воды, циркуляционной воды и воды на охлаждение "юбки".

К локальным системам, используемым в АСУ ТП выплавки стали, относятся и системы, связанные с работой миксера;

автоматизированная система взвешивания-чугуна в ковше;

автоматизированная система измерения температуры чугуна в ковше;

система регулирования теплового режима миксера. Локальные системы могут работать в следующих режимах управления:

замкнутое управление от УВМ. В этом режиме оператор (дистрибуторщик) только контролирует работу АСУ;

программное управление, когда продувка ведется по жесткой временной программе, дистрибуторщик вмешивается в работу локальных систем лишь в последний период плавки;

автоматическая работа отдельных локальных систем, задание которым устанавливает дистрибуторщик;

ручное дистанционное управление.

Различные механизмы и агрегаты могут работать в каждый данный момент с разным уровнем управления. Причем при переходе к более низкому уровню управления для какого-либо механизма или агрегата все остальные продолжают работать с установленными для них уровнями управления.

Информационное обеспечение

Часть информации вводится в УВМ от автоматических датчиков, приборов и устройств автоматики, а та часть информации, которую невозможно ввести автоматически, вводится операторами с пультов ручного ввода.

Выходная информация АСУ ТП включает сигналы, передаваемые на видеотерминалы и световые табло в пунктах управления технологическим процессом (посте управления конвертером, помещение мастера-технолога и др.), сигналы управления локальными системами управления (установка задания) и сигналы непосредственного управления.

Значения параметров, необходимых для оперативного контроля и управления процессом, выводятся прямо или из УВМ на приборы контроля.

В качестве примера в табл. V.3 показаны потоки информации, связанные с постом управления конвертером.

Кроме того, необходимая информация в УВК поступает и из других участков и помещений:

пост управления миксером,

помещение мастера-технолога,

пост подачи скрапа,

пост управления сталевозом,

диспетчерская ковшового хозяйства,

центральный диспетчерский пункт ЦДП конвертерного отделения, квантометрическая лаборатория.

Таблица V. 3. потоки информации в АСУ ТП выплавки стали (пост управления конвертером)

 

Информация, выводимая из УВК, поступает также в необходимом количестве на другие участки: помещения мастера-технолога, пост управления сталевозом, диспетчерскую ковшевого хозяйства, ЦДП. Причем, информация, поступающая в ЦДП, в значительной степени аналогична информации, выводимой на средства отображения в посту управления конвертером и помещении мастера-технолога.