Исследование системы управления параметрами технологического процесса установки циркуляционного вакуумирования стали ЭСПЦ АО «ОЭМК ИМ. А.А.Угарова»

Вакуумирование стали - обработка жидкой стали под вакуумом с целью улучшения ее качества за счет уменьшения в ней при обычных способах выплавки содержания газов (Н2, N2, О2) и неметаллических включений, а при специальных методах выплавки и некоторых других элементов.

Актуальность исследования заключается в модернизации АСУ стендом сушки и предварительного разогрева вакуум-камеры, расположенного в ЭСПЦ, замена устаревшего оборудование, то есть замена газокислородной горелки с ручным розжигом на новую более современную автоматическую газо-воздушную горелку с автоматическим розжигом, замена термопары пирометром, установка регуляторов расхода природного газа, воздуха и охлаждающей воды на водоохлаждаемой крышке, взамен устаревшим датчикам расхода и ИМ, с целью сокращения количества аварийных ситуаций, ремонтных работ и сокращения ручного труда, путем автоматического розжига горелки.

Целью исследования является разработка элементов проекта автоматизации контроля и управления параметрами технологического процесса установки циркуляционного вакуумирования стали ЭСПЦ АО «ОЭМК им. А.А.Угарова».

Задачи исследования: 

- предоставить общие сведения о предприятии и цехе;

- описать технологические параметры установки циркуляционного вакуумирования стали; 

- проанализировать существующий уровень автоматизации; 

- выявить недостатки существующей системы управления и определить задачи для модернизации системы управления; 

- разработать математическую модель системы управления и построить графики переходных процессов; 

- разработать функциональную схему автоматизации;

- выбрать и обосновать технические средства автоматизации; 

- рассмотреть вопросы охраны труда и окружающей среды. 

При подготовке вакууматора к приему плавки необходимо проверить:

- исправность всех механизмов, приборов, футеровки камеры и патрубков;

- наличие необходимого количества ферросплавов и других материалов в загрузочных бункерах, на рабочей площадке;

- обеспеченность энергоресурсами (пар, вода, азот, сжатый воздух). Давление пара должно быть не ниже 10 бар (1,0 МПа), давление аргона не ниже 6 бар;

- герметичность уплотнений, готовность пробоотборников, термопар, устройств контроля окисленности стали, сигнализации;

- степень нагрева футеровки. Температура в камере должна быть не менее 1250 °С, а температура футеровки – не менее 1000 °С;

- разогрев новой футеровки вакуум-камеры или после ремонта нижней ее части производится согласно специальным графикам.

Для создания необходимого вакуума при вакуумировании стали предусмотрена четырехступенчатая система, которая состоит из четырех пароэжекторных и трех водокольцевых насосов, при этом насосы пароэжекторные № 3А и № 3Б параллельны.

Конденсация рабочего пара производится в двух смешивающих конденсаторах.

За 20 – 30 минут до вакуумирования первой плавки в серии производится тестирование вакуумных насосов для проверки их готовности к работе и разогрев.

При температуре окружающей среды ниже минус 10 °С тестирование вакуумных насосов производится не реже одного раза в час.

В конце обработки металла на установке «ковш – печь» производится предварительное вакуумирование системы, при котором включаются три водокольцевых насоса и создается остаточное давление в системе 170 – 200 мбар при закрытом вакуумном шибере.

Горелка выводится из вакуум-камеры, закрывается крышка штуцера горелки.

Сталевоз с металлом в позиции вакуумирования поднимается до уровня касания патрубками шлака, производится замер температуры металла, и при необходимости, (определяется условиями заказа) производится замер окисленности.

На всасывающий патрубок подается транспортирующий газ – аргон (азот) в количестве 1000 литров в минуту и двойным подъемом и опусканием сталевоза патрубки ошлаковываются на высоту 600 мм.

После ошлакования патрубки устанавливаются в положение касания шлака в ковше и нажимается кнопка «Положение переустановки».

Нажатием кнопки «Погружение патрубков» сталеразливочный ковш в автоматическом режиме поднимается на высоту 450 мм. Открывается вакуумный клапан, расход транспортирующего газа на всасывающий патрубок увеличивается до 1300 литров в минуту. При достижении остаточного давления менее 80 мбар сталеразливочный ковш, дополнительно в ручном режиме, поднимается на 150 мм.

Продолжительность вакуумирования (от открытия до закрытия вакуумного шибера) при давлении в камере не более 3 мбар определяется необходимым содержанием водорода в пробе металла:

1) Для получения содержания водорода не более 1,50 ppm продолжительность вакуумирования должна составлять не менее 20 минут.

2) Для получения содержания водорода не более 2,00 ppm продолжительность вакуумирования должна составлять не менее 15 минут.

3) Для получения содержания водорода не более 2,50 ppm продолжительность вакуумирования должна составлять не менее 10 минут.

4) Для получения содержания водорода не более 3,0 ppm продолжительность вакуумирования должна составлять не менее 8 минут.

В процессе вакуумирования через каждые пять минут производится замер температуры металла.

Снижение температуры металла в процессе вакуумирования первой плавки после ремонта или простоя вакууматора составляет до 2 °С в минуту, а следующих плавок в серии до 1,5 °С в минуту.

В ходе проведения модернизации АСУ установки циркуляционного вакуумирования стали предлагается:

1.Установить горелку для модернизации АСУ ТП стенда сушки и предварительного разогрева вакуум-камеры и контроля за наличием пламени выберем горелку газовую ГБЛ-2,2, которая применяется для работы с сушилками, плавильными печами, теплогенераторами и т. д.

2.Установить пирометр Термоконт – ТН3С.

Стационарные пирометры с микропроцессорным управлением. Предназначены для контроля и регулирования температуры в контуре управления технологического процесса, а также для документирования динамики изменения температуры в ходе процесса.

 3.Установить датчики расхода газа и воздуха.

Расходомер вихревой Ирга-РВ-1500 предназначен для измерения расхода газов, насыщенного и перегретого пара, жидкостей (в том числе для агрессивных и криогенных сред).

4.Установка отсечного клапана.

Клапан КЭМГ

Клапаны электромагнитные газовые семейства КЭМГ предназначены для применения в системах автоматического отключения газовых приборов.

Рабочая среда – природный газ ГОСТ 5542-87, паровая фаза (СУГ) ГОСТ  20448-90 и воздух ГОСТ 17433-80.

5.Установка контроллера.

В качестве программируемого контроллера был выбран ОВЕН ПЛК200. Это новая линейка моноблочных контроллеров для малых и средних систем автоматизации со встроенными дискретными и аналоговыми входами/выходами (DI/DO/AI/AO). Контроллеры универсальны благодаря широкому спектру коммуникационных протоколов.

6.Установка SCADA системы.

В качестве SCADA системы была выбрана MasterSCADA 4D. Это продукт нового поколения SCADA-систем. В нем существенно расширены инструменты по созданию крупных распределенных систем с возможностью использования технологий интернета вещей, повышено удобство и гибкость, расширены возможности использования различных аппаратных платформ и операционных систем, увеличено число поддерживаемых уровней систем управления и реализована миграция функционала между уровнями.

      Модернизация существующей системы управления позволит:

• сократить количество аварийных ситуаций;
• сократить ремонтные работы;
• сокращение ручного труда,путем автоматического розжига горелки.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Исследование системы управления параметрами технологического процесса установки циркуляционного вакуумирования стали ЭСПЦ АО «ОЭМК ИМ. А.А.Угарова»