Донецкий
Национальный Технический Университет
Системы
управления методическими печами предназначены для обеспечения своевременного
качественного и экономичного нагрева металла, сохранности кладки печи и
оборудования, безопасности работы на печи и предотвращения аварий, облегчения
труда нагревальщиков.
Качественный нагрев металла оценивается по следующим
показателям:
-
температура нагрева
металла;
-
экономичность сжигания
топлива;
-
атмосфера в печи, давление в рабочем пространстве;
-
температура подогрева
воздуха;
-
равномерность прогрева
заготовки, которая оценивается косвенно по усилиям, возникающим при прокатке.
Температурный
режим в зонах горения методической печи зависит от толщины заготовок, марки
стали, температуры металла на выходе из печи; при изменении этих параметров
система управления должна менять температуру в зонах.
В отличие
от скорости перемещения металла эти
параметры изменяются не сразу по всей длине печи, а постепенно, по мере продвижения
металла, сначала в методической, затем в первой сварочной, второй сварочной и в
томильной зоне.
Закон
изменения температуры в отапливаемых зонах методической печи при изменении
рассмотренных параметров зависит от цели управления нагревом металла. Целью
может быть либо обеспечение наибольшей производительности комплекса
методические печи – прокатный стан, либо достижение минимальных отклонений
температуры заготовок на выходе из печи от требуемого значения, или сведение до
минимума расхода энергоресурсов, уменьшение потерь с окалиной.
Системы
управления должны также обеспечивать экономическое сжигание топлива,
сохранность печи.
Если
воздуха в зону горения подается больше, чем требуется для полного сжигания, то
часть топлива не сгорает. Это ведёт к его перерасходу. Если же воздуха подается
больше, то часть тепла, выделяющегося при сжигании топлива, затрачивается на
нагрев излишка воздуха, что тоже приводит к перерасходу топлива. Поэтому для
обеспечения экономичного сжигания топлива в двухпроводных горелках методической
печи система управления должна автоматически устанавливать требуемое
соотношение расходов топлива и воздуха.
Система
управления должна обеспечить небольшое избыточное давление на уровне металла в
томильной зоне, равное 1–3 Па. При увеличении давления происходит выбивание
продуктов сгорания через окна, гляделки, неплотности, что уменьшает срок службы
печи и печного оборудования и ухудшает условия работы обслуживающего персонала.
Снижение давления приводит к подсосам холодного воздуха в печное пространство,
что нарушает требуемое соотношение расходов топлива и воздуха, ведёт к
перерасходу топлива и может вызвать охлаждение заготовок в томильной зоне.
Выделим
основные задачи контроля и управления АСУТП методической печи и рассмотрим
подробно каждую из них.
1. Контроль
и регулирование температуры в зонах печи –
для того, чтобы точно
и без ошибки определить температуру в зоне печи необходимо правильно устанавливать термопары. При
установке термопар должны выполняться следующие условия:
- термопару зоны следует
устанавливать в области, где достигаются и сохраняются максимальные для этой
зоны температуры при любых изменениях
тепловой нагрузки, величины соотношения топливо-воздух, теплоты сгорания
топлива и темпа продвижения металла через печь;
- термопара должна с минимальным
запаздыванием и достаточно большим коэффициентом передачи реагировать на
изменения тепловой нагрузки зоны и темпа продвижения металла;
- на показания термопары не должны
оказывать влияние факторы, не существенные для зоны в целом; такие, как
временное открытие смотровых окон или
заслонок на подаче и выдаче, появление в зоне коротких слябов и т.д.
Рассмотрим локальные системы регулирования
температуры рабочего пространства печи, задачей которой является обеспечение
заданной температуры рабочего пространства в зоне отопления путём
соответствующего изменения ее тепловой нагрузки.
2. Контроль
температуры поверхности металла – непрерывное определение температуры
поверхности заготовки может быть выполнено только расчётным путем с периодическим
уточнением получаемых результатов путём измерения действительных температур на
поверхности и внутри контрольной заготовки с помощью термопар.
3. Контроль
и регулирование давления в рабочем пространстве – на
современных методических печах имеется лишь один канал управления давлением –
изменением тяги, это изменение реализуют путём воздействия на положение
поворотного клапана в дымовом борове.
4.
Регулирование соотношения топливо-воздух – эта задача решается путём
направленного изменения соотношения топливо-воздух, автоматическая стабилизация
которого позволяет улучшить качество нагрева металла, уменьшить удельный расход
топлива, угар и окалинообразование.
При
заметных отклонениях барометрического или избыточного давления и температуры
топлива или воздуха от расчётных в показания расходомеров вводят
соответствующую поправку для приведения к стандартным условиям.
Качественное
регулирование заданного значения соотношения по измеренным расходам даже при
достаточно больших тепловых нагрузках ещё не гарантирует экономического
сжигания топлива и постоянства состава продуктов сгорания внутри печи.
Действительное
количество воздуха, поступающего в печь, может отличаться от измеренного. Это
отличие обусловлено потерями на участках воздухопровода, расположенных после
диафрагмы, и подсосами в печь холодного воздуха из окружающего пространства.
Управление
сжиганием топлива может быть осуществлено также с помощью экстремальных систем
регулирования, в которых в результате непрерывного поиска определяется значение
соотношения, обеспечивающее максимальную при данном расходе топлива температуру
в области, контролируемой датчиком.
Таким образом, решение
всех поставленных задач позволит осуществить в автоматизированной системе
управления оптимизацию процесса горения топлива и существенно повысить ее
эффективность за счет уменьшения расхода топлива на нагрев и сокращения потерь
в окалину.
1.
А.Г. Бутковский, С.А.
Малый, Ю.Н. Андреев. Оптимальное управление нагревом металла. – М.:
Металлургия, 1972.
2.
С.А. Малый.
Автоматизация методических печей – М.: Металлургиздат, 1962.
3.
М.Д. Климовицкий.
Оптимизация работы нагревательных печей. – М.: Металлургия, 1965.