Файл: Группа Дипломная работа Автоматизированная система управления процессом конвертирования в цветной металлургии Пояснительная записка Зав кафедрой.doc

Основными рабочими положениями конвертера (рисунок 1.2) в зависимости от угла его поворота вокруг горизонтальной оси являются: I – заливка штейна, II – продувка штейна (фурмы погружены в расплав), III – слив конвертерного шлака, IV – разлив черновой меди.

I	II	III	IV
Рисунок 1.2 – Рабочие положения конвертера

Изложенные общие положения работы конвертера позволяют выявить основные преимущества и недостатки конвертеров.

Основные преимущества конвертеров:

• 
  отсутствие расхода топлива и электроэнергии во время протекания процесса;
  
• 
  высокий коэффициент технического использования (до 80%) и большая производительность;
  
• 
  высокая степень удаления железа, серы и других примесей;
  
• 
  получением газов с высоким содержанием SO₂, позволяющим утилизировать их для производства серной кислоты;
  
• 
  возможность переработки холодных материалов штейна, корок, руды.
  

Основные недостатки конвертеров:

• 
  несовершенство процесса шлакообразования и невозможность получения отвального шлака, пониженное прямое извлечение металлов;
  
• 
  трудоемкость операций прочистки фурм;
  
• 
  большой расход воздуха высокого давления;
  
• 
  периодичность процесса и потребность частых остановок конвертера;
  
• 
  сложность автоматизации.
  

Анализ процесса конвертирования показывает, что для поддержания оптимального режима необходимы контроль параметров процесса и автоматизация процесса в целом.

---

Едва ли не самым серьезным обстоятельством, затрудняющим управление процессом, является его периодичность. Она связана с большими затратами времени на зарядку конвертера и слив конвертерного шлака и черновой меди. Сравнительно большое время занимает выход конвертера на нормальный технологический режим. Слив и зарядка конвертера через горловину требуют поворота агрегата.

Однако создание современных автоматизированных систем управления весьма сложно, поскольку процесс конвертирования протекает в высокотемпературной и агрессивной среде, что не позволяет оперативно контролировать изменение параметров по ходу процесса.

Из выше сказанного следует, что разработка информационно-измерительной системы, позволяющей вести оперативный контроль за ходом процесса конвертирования, является неотъемлемой задачей данной дипломной работы.

---

1.2 Управление процессом конвертирования медных штейнов

1.2.1 Процесс конвертирования, как объект автоматического контроля
и управления

Конвертер является высокопроизводительным агрегатом, все процессы в котором протекают с относительно большими скоростями. Эти свойства объекта накладывают высокие требования на функционирование системы автоматического контроля и управления [8-13]. Все недостатки, связанные с несовершенством измерительных средств и способов управления, ведут при таких скоростях процесса к большим потерям производительности и возможным ухудшениям качества получаемой продукции.

Следовательно, автоматическое управление процессом должно включать следующие функции:

• 
  управление по возмущающему воздействию;
  
• 
  автоматический контроль исходного материала;
  
• 
  автоматический контроль общего введенного количества воздуха, требующегося для процесса конвертирования и регулирование интенсивности его подачи;
  
• 
  автоматический контроль ввода требующегося количества холодного штейна, корок, руды и шлакообразующих по ходу процесса;
  
• 
  автоматический контроль температуры и состава расплава и определение момента окончания процесса.
  

Процесс конвертирования с точки зрения объекта управления можно представить в следующем виде (рисунок 1.3)

Рисунок 1.3 – Процесс конвертирования как объект управления

Состав (содержание меди С_Cuшт и цинка С_Znшт в штейне) и масса подаваемого в конвертер штейна G_шт являются входными контролируемыми параметрами процесса конвертирования штейнов. Их величины являются координатами вектора

---

.

Управляющими воздействиями – координатами вектора – являются количество добавляемого кварцевого флюса G_SiO2, расход воздуха G_в, длительность циклов t_ц, т.к. они влияют на выходные показатели процесса конвертирования, а также количество холодных материалов G_хм, подаваемых в конвертер для поддержания температуры ведения процесса на заданном уровне.

Сама же температура ведения процесса Т является режимным параметром, влияет на выходные показатели и образует координаты вектора .

К входным неконтролируемым параметрам (координаты вектора ) следует отнести: погрешности в определении состава С_шт и количества исходных материалов G_шт, колебания давления Р_в и температуры Т_в воздуха.

Выходными показателями процесса конвертирования являются извлечение меди в черновую медь С_извCu , процентное содержание SO₂ в отходящих газах C_SO2, производительность П, величины которых и образуют координаты вектора .

1.2.2 Автоматический контроль процесса

Система автоматического контроля конвертера должна обеспечивать получение информации о параметрах процесса, агрегата и о величинах управляющих воздействий. Она необходима для управления процессом и соблюдения условий надежной и безопасной работы всех узлов агрегата. В действующих системах контроля измерения осуществляются автоматическими средствами и путем ручного замера.

Особую сложность представляет контроль текущих значений параметров ванны в связи с высокой температурой и агрессивностью жидкого штейна, а также с тем, что доступ к ванне в рабочем положении агрегата чрезвычайно затруднен.

Химический состав исходных материалов и расплавленного штейна определяется центральной заводской лабораторией и осуществляется периодически со значительной дискретностью и большим запаздыванием.

Все операции по взвешиванию подаваемых к конвертеру материалов механизированы и автоматизированы.

Последовательность движения исходных материалов следующая: отделение исходных материалов – расходные бункеры – весодозирующее устройство – промежуточный бункер – конвертер. В расходных бункерах имеются указатели верхнего и нижнего положения уровня материала. Автоматические весы-дозаторы представляют собой весовой бункер, подвешенный к рычажному весовому механизму, усилие от которого передается на тензодатчик, соединенный с устройством отображения. Пульт управления весами имеет также задатчики доз, дистанционные регистраторы масс и сигнальную аппаратуру.

---

Взвешивание штейна, подаваемого к конвертеру, осуществляется на платформенных весах. Весы обеспечивают взвешивание тары и дозирование штейна, регистрацию результатов взвешивания и их передачу на ЭВМ [8].

Контроль температуры расплавленного штейна, подаваемого к конвертеру, осуществляется в ковше автоматизированной термопарой погружения. При измерении температуры автоматически замыкается командный контакт и логическая схема на электромагнитных реле, обеспечивает последовательность операций по погружению термопары в ковш, измерению температуры и подъему термопары из ковша. Данные контроля регистрируются и передаются на ЭВМ.

Измерение температуры жидкого штейна при повалке конвертера с целью контроля конечной температуры металла производится термопарой погружения со сменным кварцевым наконечником и сменной измерительной головкой. Чтобы защитить оператора, производящего измерение, от мощного теплового излучения из полости конвертера, термопару вводят в горловину конвертера через отверстие в теплозащитном экране.

Повалка конвертера для измерения температуры металла является операцией, требующей существенных затрат времени и снижающей тем самым производительность агрегата. Для избежания повалки, принято вводить термопару в водоохлаждаемой фурме через горловину конвертера, т.е. в рабочем положении агрегата. Фурму опускают через камин и горловину в полость конвертера и останавливают над уровнем шлака. Затем из фурмы выдвигается и погружается в ванну термопара со сменной измерительной головкой, которая после отсчета температуры убирается в охлаждаемую фурму и вся конструкция поднимается вверх.

В литературе также приводятся разработки бесконтактного непрерывного измерения температуры с помощью пирометров излучения [14].

Определение состава жидкого штейна и шлака по ходу процесса и на выпуске осуществляется отбором пробы с последующим ее анализом в экспресс-лаборатории. Вся операция контроля подразделяется на следующие этапы:

• 
  отбор пробы;
  
• 
  транспортировка пробы в экспресс-лабораторию;
  
• 
  подготовка пробы к анализу;
  
• 
  анализ;
  
• 
  передача результатов анализа оператору конвертера.
  

В связи с более высокими скоростями процесса конвертирования особое значение приобретает вопрос о сокращении запаздываний на всех этапах, связанных с общей операцией контроля.

---