Разработка автоматизированной системы управления сбором и отображением информации на установке продувки азотом

АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка к дипломному проекту "Разработка автоматизированной системы управления сбором, обработкой и отображением информации на установке продувки стали азотом (аргоном) электросталеплавильного цеха №2 общества с ограниченной ответственностью "Сталь Кузнецкого металлургического комбината".

Дипломный проект по специальности "Технология, математическое обеспечение и автоматизация литейных процессов (110403). – Новокузнецк, 2002. – 113с. Табл.18, ил. 25, источников 36, приложений 1, чертежей 6 листов.

Ключевые слова: автоматизированная система, сбор, обработка и отображение информации, алгоритм, модель, установка продувки стали азотом (аргоном), технология, представление информации, химический состав, экономический эффект.

Объектом исследования является процесс обработки металла на установке продувки стали азотом (аргоном) (УПСА).

В дипломном проекте проведено изучение технологии обработки стали в ковше применительно к ООО "Сталь КМК" с целью снижения экономических затрат на осуществление вышеуказанного процесса.

В работе проведен ряд технологических исследований для создания подсистемы автоматизированной системы управления технологическим процессом УПСА.

Исполнитель Карпинский А.В.

THE SUMMARY

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАВОДА, ПОТОКОВ СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ.. 8

1.1 Характеристика металлургического комплекса дочерних предприятий ОАО "КМК". 8

1.2 Характеристика электросталеплавильного производства. 13

1.3 Характеристика ДСП – 100И7. 15

1.4 Характеристика УПСА.. 20

1.5 Постановка задачи. 24

2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА.. 25

2.1 Проверка достоверности и восстановления первичной информации на УПСА.. 25

2.2 Математическое описание. 28

2.3 Анализ работы алгоритма оценки достоверности и восстановления первичной информации 34

2.4 Оценка и контроль масс дозируемых материалов. 40

2.5 Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы.. 48

3 ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА УПСА.. 58

3.1 Общая техническая структура АСУ ТП УПСА.. 58

3.1.1 Обоснование и краткая характеристика основных решений по функциональной и обеспечивающей частям АСУ ТП УПСА.. 58

3.1.2 Назначение АСУ ТП УПСА.. 62

3.1.3 Описание параметров, использующихся в АСУ ТП УПСА.. 63

4 ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В АСУ ТП УПСА.. 69

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 78

6 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ... 85

6.1 Анализ условий труда на объекте проектирования. 85

6.1.1 Анализ условий труда на УПСА в ЭСПЦ-2 ООО "Сталь КМК". 85

6.2 Мероприятия по безопасности труда при эксплуатации УПСА.. 93

6.3 Мероприятия по производственной санитарии. 97

6.4 Пожарная безопасность. 101

6.5 Охрана окружающей среды.. 103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 107

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ.. 108

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 111

Мероприятия при чрезвычайных ситуациях. 111

ВВЕДЕНИЕ

Сложившаяся в настоящее время экономическая ситуация требует от предприятий черной металлургии выпуска продукции, конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентоспособность во многом определяется стоимостью и качеством продукции, что в свою очередь обусловлено применяемой технологией, контролем за точностью ее соблюдения, а также количеством и стоимостью используемых в работе материалов.

Сегодня, как правило, технология производства стали предполагает использование внепечной обработки металла в том или ином виде, от простейших установок до агрегатов комплексной обработки стали с вакуумированием.

При использовании агрегатов внепечной обработки стали осуществляется доведение металла по химическому составу и корректировка его температуры путем подачи ферросплавов и продувки инертным газом. При этом ставится задача экономного расходования корректирующих добавок и более точного попадания в узкие пределы по химическому составу, чем на основном технологическом агрегате.

В составе электросталеплавильного цеха №2 ООО "Сталь КМК" работают две установки продувки стали азотом (аргоном) – УПСА. Планируется произвести демонтаж недостроенного агрегата комплексной обработки стали (АКОС) и начать строительство нового АКОС, удовлетворяющего современным требованиям.

Анализ технологии, применяемой при работе агрегатов внепечной обработки стали, показал, что необходимо вести более точный контроль за сбором и обработкой информации о состоянии металла и оперативно представлять эту информацию операторам в виде различного рода графиков и таблиц с использованием предыстории процесса.

Поэтому в работе было выбрано практическое направление – создание подсистемы автоматизированного сбора, обработки и отображения информации в рамках общей автоматизированной системы управления технологическим процессом УПСА (АСУ ТП УПСА).

Для возможности создания автоматизированной системы требовалось провести ряд технологических исследований с использованием паспортных данных, данных автоматизированного сбора информации и специальной регистрации при наблюдении за процессом обработки металла в ковше. Для исследования рассматривали температуру металла при поступлении на УПСА, угоревшие массы материалов, время обработки в ковше и другое.

После проведенных исследований появилась возможность проведения сбора, обработки и отображения информации на УПСА по определенным алгоритмам, используемым в автоматизированной системе управления.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАВОДА, ПОТОКОВ СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ 1.1 Характеристика металлургического комплекса дочерних предприятий ОАО "КМК"

В состав металлургического завода входят следующие подразделения: коксохимическое, доменное, сталеплавильное, прокатное, цехи отдела главного механика, цехи отдела главного энергетика, автотранспортный цех, ремонтно-строительные цехи, цехи металлоизделий.

КОКСОХИМПРОИЗВОДСТВО (КХП)

В состав КХП входят следующие цехи: углеподготовительный, коксовый, цехи улавливания.

Углеподготовительный цех имеет в своем составе угле приемные ямы, вагоноопрокидыватель, два отделения окончательного дробления углей, два дозировочных отделения, смесительные отделения и четыре угольные башни, конвейеры для транспортировки углей и шихты с галереями и мостами.

Коксовый цех состоит из восьми коксовых батарей. Период коксования на батареях 1…6 – 14,7ч. На коксовой установке девять углезагрузочных вагонов, девять коксовыталкивателей, семь коксотушильных вагонов, восемь электровозов, десять двересъемных машин. Тушение кокса осуществляется в четырех тушильных башнях автоматически по программе. Фенольная вода после биохимочистки подается на тушение кокса непосредственно насосами. В цехе три коксосортировки, где кокс разделывается на следующие классы: 40мм, 25-40мм, 10-15мм, 0-10мм.

Цех управления №1 состоит из следующих отделений: конденсация газа, машинного, аммиачно–перидинного, сульфатного, обезвоживания смолы, бустерной станции и обесфеноливающей установки. Продукцией цеха является аммиак и сульфат аммония. Цех управления №2 включает отделения окончательного охлаждения газа и улавливания бензола. В цехе имеется два нафталинопромывателя пластинчатого типа для промывки вод от нафталина. Продукцией цеха является бензол и каменноугольная смола.

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

 В состав доменного производства входят пять печей, в том числе, объемом 1310м³ - четыре (в настоящее время печь №1 законсервирована), 1719м³ – одна. Общий полезный объем доменных печей по цеху 6959м³.

Для транспортировки чугуна и шлака используются чугуновозные ковши емкостью до 100 т и шлаковозные ковши емкостью 11-16м³.

СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

В состав сталеплавильного производства входят следующие цехи: мартеновский №1, №2 (в настоящее время оба цеха объединены в один сталеплавильный цех); электросталеплавильный №1, №2; копровый, цех подготовки составов.

Копровый цех состоит из пяти производственных участков, где осуществляется разделка скрапа до габаритных размеров.

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Прокатное производство включает в себя цехи: обжимной с блюмингом 1100 и последовательно расположенным заготовочным станком 900; рельсобалочный; цех рельсовых скреплений; среднесортный с шаропрокатным станом; листопрокатный; сортопрокатный со станами 750, 450, 360, 280 и тонколистовой стан 1000.

Обжимной цех. Для обработки товарной заготовки, прокатываемой обжимным цехом, имеется отдельный пролет с двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 10т. каждый. Заготовки для всех прокатных станов (за исключением рельсобалочного) передаются из обжимного цеха на железнодорожных вагонах.

Рельсобалочный стан выпускает рельсы длиной 25 и 12,5м с закаленными концами. Закалка производится на горячих стеллажах водоструйными аппаратами, используется тепло, оставшееся после прокатки. После закалки рельсы поступают в короба замедленного охлаждения. Загрузка и выгрузка рельсов производится мостовыми кранами с электромагнитами грузоподъемностью 15т. Для отделки длинномерных рельсов и других видов проката имеется отделение отделки проката, рельсов с проектной производительностью 750000 т/год, в котором установлены две правильные машины, три вертикально-правильных пресса, два горизонтально-правильных цеха, четыре поточных автоматических линии с шестнадцатью сверлильно-фрезерными станками, пила холодной резки. Для уборки и погрузки прокатной продукции имеется четыре электромостовых крана. Кроме того, для отделки рельсов и других видов проката имеется рельсоотделочная мастерская, в которой установлены две правильные машины, четыре штемпельных пресса и четырнадцать сверлильно-фрезерных станков.

Листопрокатный цех. Склад слябов занимает часть соседнего со станом пролета. Склад обслуживается двумя мостовыми кранами. В пролете стана установлены: а) правильная одиннадцативалковая машина для правки листов толщиной 5-12мм; б) дисковые ножницы; максимальная толщина разрезаемых листов на дисковых ножницах – 25мм, на гильотинных ножницах-25мм. В пролете склада готовой продукции, смежным со становым, имеются два магнитных крана грузоподъемностью 15т. Имеется термическое отделение с четырьмя камерными печами с вытяжным подом, с тремя мостовыми кранами грузоподъемность 10т. Травление листов производится в травильном отделении, имеющем четыре кислотных ванны, одну промывочную ванну и три мостовых крана грузоподъемностью по 5т. Здесь же расположена площадка для зачистки поверхности листов ручными машинками.

ЦЕХИ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОГО МЕХАНИКА (УГМ)

 

В УГМ входят следующие цехи: литейный, ремонтно-механический, сварочная лаборатория. Литейный цех включает следующие участки: участок производства изложниц, участок чугунного фасонного и машинного литья, участок стального фасонного и машинного литья, участок цветного литья, участок производства прокатных валков, участок отливки пробок для изложниц, участок мартеновского производства, подготовки и хранения шихтовых материалов, рубки изложниц, чугунного. Для обеспечения производства жидким металлом в цехе имеются: две вагранки производительностью 14т/ч, одна вагранка производительностью 57т/ч, две электропечи “Детройт” емкостью по 500 кг, электросталеплавильная печь, мартеновская печь емкостью 30 т, электросталеплавильная печь ДСП-10 емкостью 10 т. В цехе 33 мостовых крана. Имеется модельное отделение.

ЦЕХИ УПРАВЛЕНИЯ ГЛАВНОГО ЭНЕРГЕТИКА (УГЭ)

 

В состав УГЭ входят следующие цехи: теплоэлектроцентраль, газовый, цех водоснабжения, электроремонтный, технологической диспетчеризации.

УПРАВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Железнодорожный транспорт завода примыкает к станциям Новокузнецк пассажирская и Новокузнецк сортировочная Западно-Сибирской железной дороги.

АВТОТРАНСПОРТНЫЙ ЦЕХ

Использует автотранспорт для внутренних перевозок, для обеспечения цехов различными материалами, оборудованием, запчастями, а так же материалами для выполнения строительных работ.

ЦЕХИ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРОВ НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

Цех эмалированной посуды выпускает железную эмалированную посуду: бидоны, ведра с крышками, кастрюли, кофейники, кружки питьевые, миски, тазы, тарелки, чайники и пр. Проектная мощность цеха 10000т. в год.

Имеется цех сложнобытовой техники.

1.2 Характеристика электросталеплавильного производства

Электросталеплавильный цех - 2 (ЭСПЦ - 2) ООО "Сталь КМК" представляет собой сложный технологический комплекс, состоящий из ряда взаимосвязанных агрегатов. Цех имеет в своем составе две электропечи по 100т каждая. Кроме того, цех оснащен двумя сортовыми машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), каждая из которых имеет четыре ручья. Перед отправкой на МНЛЗ металл обрабатывается на установках продувки стали азотом/аргоном (УПСА). В настоящее время строится агрегат комплексной обработки стали (АКОС), который позволит в дополнение к УПСА подогревать металл и осуществлять большее количество операций по доводке стали до требуемого качества в ковше. Связи агрегатов, основные технологические потоки показаны на рис.1.

Описание действующей и проектируемой технологии в ЭСПЦ - 2 далее приводится по агрегатам.

Рисунок 1 – Технологическая схема ЭСПЦ-2

1.3 Характеристика ДСП – 100И7

Дуговая электропечь ДСП - 100И7 используется в составе электросталеплавильного комплекса (ДСП - 100, УПСА, АКОС - 100, МНЛЗ) (см. рисунок 1), где использованы технологические и организационные решения, направленные на достижение устойчивой предельной производительности всей технологической цепочки в целом, а именно - выплавка стали, осуществляется в двух технологических взаимосвязанных агрегатах: дуговой сталеплавильной печи и агрегате внепечной обработки стали.

В ДСП выплавляют быстрорежущие, инструментальные, конструкционные, нержавеющие, трансформаторные, жаропрочные, шарикоподшипниковые и другие стали.

В ДСП осуществляется расплавление скрапа и кислородная продувка жидкой ванны с последующей короткой доводкой (или вообще без доводки) металла по химическому составу и температуре. Печной шлак не участвует в рафинировании стали и скачивается из печи перед сливом металла. По окончании окислительного периода плавки полученный полупродукт выпускается из печи в тигель-ковш, где и осуществляется окончательная доводка стали до заданной марки.

Использование ДСП - 100 для процессов плавления шихты и окисления примесей жидкой ванны обеспечивает выпуск стандартного полупродукта для различных марок стали, при этом сокращается время выдержки жидкого металла в печи, уменьшается износ футеровки и повышается производительность печи.

Печь ДСП - 100 имеет следующие основные параметры:

емкость номинальная, т	100
мощность трансформатора, МВ	7.5
пределы вторичного напряжения, В	(761-654)-250
диаметр электрода, мм	610
время расплавления под током, мин	<70
расход электроэнергии на расплавление, мДж/т	1500
расход воды на охлаждение печи, м3/час	500

В конструкции ДСП - 100 использованы водоохлаждаемые элементы футеровки и свода, газокислородные горелки, высокомощный трансформатор со ступенями постоянной мощности; осуществлен наклон электродов к вертикали, обеспечивающий сближение их нижних концов для проплавления общего колодца в шихте.

Печь загружается сверху грейферной корзиной, при этом свод поднимается и вместе с электродами отводится в сторону слива металла. Возможна непрерывная подача металлизированных окатышей через загрузочное устройство в своде печи.

Наличие ступеней постоянной мощности расширяет возможности разработки рациональных энергетических режимов плавки в дуговой печи.

Для интенсификации расплавления шихты печь снабжена двумя сводовыми топливно-кислородными горелками. Применение водоохлаждаемых элементов сокращает расход огнеупоров и уменьшает простои на холодные ремонты футеровки. Однако простои печи с водоохлаждаемой футеровкой по ходу плавки вызывают потери энергии, которые необходимо восполнять после включения печи. Остановки печи в период раскисления, например, из-за несвоевременно проведенной подвалки шихты, могут привести к "замораживанию" расплава, так как водоохлаждаемая футеровка не аккумулирует тепло.

Приведенные конструктивные особенности ДСП - 100 влияют и на технологию выплавки стали и, главным образом, определяют необходимость предельного сокращения продолжительности жидких периодов в печи и проведение доводки металла во внешних рафинировочных агрегатах.

В состав оборудования ДСП - 100 входят:

·     электрогидравлический регулятор электрического режима АРФГ - 400/6, 3-Н с гидравлическим приводом перемещения электродов;

·     печной трансформатор; механизм наклона ванны печи; механизм подъема и поворота свода;

·     система охлаждения элементов стен, свода и токопровода;

·     фурма для продувки металла кислородом; устройство замера температуры металла в печи;

·     система отвода газов из печи;

·     датчики технологических параметров (температура, давление, вес, расход) смежных с ДСП —100 систем;

·     насосно-аккумуляторная станция.

Сведения о технологическом процессе, регламенте и режиме. Технологический процесс выплавки стали, является непрерывно-дискретным с наличием значительного количества неконтролируемых возмущений и помех. Кроме того, он характеризуется отсутствием возможности непрерывного контроля основных переменных электротермического процесса (температура металла, концентрация компонентов и т.д.) и сложностью математических моделей взаимосвязи основных переменных процесса и нерешенностью задач их параметрической идентификации.

Электропечь ДСП -100 эксплуатируется в технологической линии с установкой внепечной обработки стали на МНЛЗ, и используется, в основном, в качестве высокопроизводительного плавильного агрегата. Длительность плавки при производительности технологической линии 400 - 500 тыс. т. стали в год не должна превышать 100 мин. При этом продолжительность периодов плавки должна соответствовать следующим ориентировочным показателям:

·     предплавочные операции (заправка, завалка, подвалка, замена и перепуск электродов) - не более 20 мин;

·     расплавление (под током) - не более 55 мин;

·     доводка и выпуск - не более 25 мин.

Технология производства стали в ДСП - 100 высокой производительности, характеризуется следующими основными положениями: