Доменные печи (ДП) являются самыми экономичными и высокопроизводительными агрегатами для выплавки чугуна. В ДП осуществляется восстановление железа из окислов. Восстановление осуществляется двумя способами: прямое восстановление углеродом кокса при температуре до 2000 °С и косвенное восстановление за счет монооксида углерода (СО) в процессе встречного движения шихты (вниз) и потока газа (вверх).
Для осуществления процесса горения кокса в нижнюю часть печи подается горячее дутье (воздух с температурой до 1200 °С и давлением до 3 атмосфер), поэтому рабочее пространство ДП представляет собой герметичный сосуд, находящийся под большим давлением. Вследствие этого, прямые измерения параметров процесса затруднены. Кампания (срок работы печи) составляет 10 лет, поэтому основной задачей, которая решается при автоматизации закрытого доменного процесса, является стабилизация параметров процесса; поскольку прямые способы недоступны, управление осуществляется по косвенным параметрам. Таким образом, решаются две проблемы: контроль за техническим состоянием печи и стабилизация её режима работы.
Схемой предусматривается:
1 – измерение давления природного газа по цеху (в общем коллекторе).
2 – измерение давления природного газа на печь.
2,10 – измерение перепада давления между природным газом и горячим дутьем (для предотвращения попадания дутья в газопровод природного газа). Схемой предусматривается сигнализация при уменьшении перепада ниже предельного уровня (0,5 атм). Природный газ подается в ДП для компенсации части кокса, который расходуется как источник тепла. Стоимость 1т кокса – 2500 руб., 1000 кубометров природного газа – 900 руб., поэтому для получения тепловой энергии выгодно сжигать природный газ и компенсировать часть кокса.
3,4 – измеряется и регулируется расход природного газа на печь. При оптимизации процесса с использованием системы автоматической оптимизации следует помнить, что постоянная времени процесса зависит от объема печи и изменяется в пределах от 6 до 12 часов; статическая характеристика процесса смещается в зависимости от удельного расхода кислорода в печь.
5 – измеряется температура холодного дутья. Холодное дутье производится с использованием много-ступенчатых турбовоздуходувов. При получении дутья воздух механически нагревается.
6,7 – регулируется давление горячего дутья на печь путем сброса части холодного дутья в атмосферу. Давление горячего дутья является важным параметром, так как от него зависят все физико-химические процессы в печи и по распределению дутья по высоте шахты судят об интенсивности восстановления.
8 – измеряется расход холодного дутья, так как измерить расход горячего дутья трудно. От расхода дутья на печь зависит производительность печи. Расход и давление дутья определяют динамический напор потока газа. До 80% веса шихты уравновешивается дутьем, поэтому всегда должен быть баланс между сходом шихты и подъемной силой.
9,12 – измеряется и регулируется температура горячего дутья. Нагретое дутье вносит физическое тепло в рабочее пространство печи, что способствует повышению температуры в зоне горна и снижению расхода кокса. Температура горячего дутья должна быть стабильной, поэтому горячее дутье разбавляется холодным.
10 – измеряется давление горячего дутья. Также импульс используется для измерения частных перепадов по высоте шахты:
10-20 – измеряется перепад давления по высоте шахты;
10-19 – измеряется нижний перепад давления;
19-20 – измеряется верхний перепад давления.
11,13 – измеряется и регулируется влажность горячего дутья. Влажность регулируется подачей пара в холодное дутье. Влажность атмосферного воздуха сезонно меняется от 4-8 мг/м3 до 25-30 мг/м3. Для ДП важно стабильное содержание влаги, хотя влага для печи приносит вред. Влажность дутья поддерживается максимальной (30 мг/м3). Холодное дутье увлажняется для того, чтобы интенсифицировать процесс нагрева (так как кислород и азот не нагреваются излучением).
14 – измеряется расход горячего дутья на каждую фурму. Сложность измерения заключается в высокой температуре и значительной загрязненности дутья. Измерительные диафрагмы из жароупорной стали работают всего 10 дней. Сигнал измерения расхода осуществляется по перепаду давления на фурменном колене. Для каждой печи существует свое индивидуальное распределение дутья по фурмам, при котором достигается максимум производительности.
15 – измеряется температура охлаждающей воды на сливе из каждой фурмы. Режим охлаждения определяется температурой выпадения солей.
16 – контролируется температура лещади печи (днища). За 10 лет работы печи лещадь, выполненная из графитовых блоков, постепенно разгорается и в нижней части ниже выпускной летки образуется жидкая масса чугуна объемом более 300 тонн. Прорыв этого чугуна из печи недопустим.
17 – измеряется температура воздуха, охлаждающего лещадь. Для уменьшения разгара лещади через нее продувают воздух. Температура воздуха на выходе также контролируется.
18 – контролируется температура воды на сливе шахтных холодильников. Для предотвращения разрушения кладки печи в огнеупор вмонтированы холодильники (от 50 до 100).
21,29 – измеряется температура и давление в разных точках по радиусу ДП. По распределению температуры и давления судят о распределении газового потока по сечению шахты. Чем меньше температура и меньше содержание СО, тем лучше выделяется в печи тепловая и химическая энергия.
22 – измеряется температура доменного газа в вертикальных газоходах ДП. Характеризует процессы косвенного восстановления и теплообмена по высоте шахты.
23 – измеряется давление газа в межконусном пространстве
24 – чтобы обеспечить равномерное (требуемое) распределение шихты, кокса и руды по поверхности большого конуса, воронка малого конуса поворачивается на определенный угол с помощью ВРШ. Этот угол называется станцией и контролируется датчиком положения.
25 – контролируется состав доменного газа на выходе из печи. Газ, благодаря наличию СО и Н2, является вторичным технологическим топливом (700-900 кКал/м3). Стоимость 1000 м3 – 80 руб; на каждую тонну выплавленного чугуна приходится около 900 м3 газа. Теплотворность газа определяется со-держанием СО: чем лучше работает печь, тем ниже калорийность.
26,27 – измеряется и регулируется давление доменного газа на колошнике. Чем ниже давление, тем лучше косвенное восстановление. Регулирование давления осуществляется дроссельной группой, причем 2-3 дросселя открыты всегда, а регулирование осуществляется одним дросселем. Увеличение давления доменного газа приводит к увеличению сопротивления по каналу фурма-колошник, что приводит к увеличению времени контакта шихты с газами и повышению времени косвенного восстановления.
28 – измеряется расход доменного газа на выходе печи.
30 – измеряется давление доменного газа в общецеховом коллекторе (должно быть ниже давления в печи).
