Автоматизация агрегата доводки стали

При выходе фурмы выше поверхности  расплава подача кислорода прекращается полностью. После извлечения кислородной фурмы производится усреднение химического состава и температуры металла продувкой аргоном не менее 3 мин, после чего производится измерение температуры и отбор пробы металла для определения его химического состава

 

Таблице 1.1 – ориентированный расход алюминия и кислорода для проведения химического нагрева

Группы марок стали	Расходы	Требуемая величина нагрева металла, °С
		5	10	20	30
типа 08Ю	алюминия, кг	70	140	280	420
	кислорода, м3	55	110	220	330
типа СтЗпс	алюминия, кг	40	80	160	240
	кислорода, м3	55	110	220	330

 

После окончания доводки  поверхность расплава засыпается теплоизолирующей смесью. Расход смеси может колебаться в пределах до 2,5 т.

В случае прекращения подачи на установку аргона требуемых параметров разрешается продувка азотом стали  следующих марок: углеродистые спокойные  по ГОСТ 380-71;

• углеродистые спокойные по ГОСТ 1050-74;
• низколегированные по ГОСТ 19282-72.

После достижения необходимого химического состава и заданной температуры ковш передается на МНЛЗ.

Во избежание затекания  металла в щели продувочных пробок отключение продувки аргоном производится постепенно [3].

 

 

1.3 Автоматизации установки доводки стали

 

1.3.1 Схема автоматизации агрегата доводки стали

 

Схема автоматизации агрегата доводки стали приведена на графическом  документе Д.АВ.210200.18.ДП.12.СЗ.

Система АСУ ТП агрегата доводки стали контролирует следующие  основные параметры:

• состояние бункеров кусковых садок и граншлака (уровень);
• массу граншлака и ферросплавов (дозатор);
• массу (длина) алюминиевой проволоки (трайб-аппарат);
• давление под колпаком и температуру металла (стальковш);
• расход, давление и температура аргона (продувка аргоном);
• расход, давление кислорода (продувка кислородом).

Для контроля уровня сыпучих  материалов находящихся в бункерах в качестве первичного датчика используется уровнемер акустический типа ЭХО-3, поз. 1а-7а. Выходной электрический сигнал с уровнемера поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

Для измерения веса сыпучих материалов, подаваемых в ковш используется датчик тензорезисторный типа ДСТ-9035, поз. 8а - 10а. Выходной сигнал с датчика поступает на первичный преобразователь типа ПА - 1909,поз. 86-106. Измеренный сигнал подается на Программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.Сигнал задания на SimaticS7-400 поступает от задатчика цифровых сигналов типа MB27.61, поз. 8в-9в. Выходной сигнал с программируемого контроллера усиливается с помощью пускателя бесконтактного типа ПБР-ЗА, поз. 9г, Юг. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм типа МЭО-630/63, поз. 9д, 10д. Используется блок ручного управления типа БРУ-22, поз. 1К-2К

Для измерения веса алюминиевой  проволоки в качестве первичного датчика используется счетчик импульсов тина ВБИ-18М-76, поз. 11а. Выходной еж нал со счетчика импульсов поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-300, поз. SMS-300.Сигнал задания на SimaticS7-300 поступает с задатчика массы проволоки типа ПЗИ-2, поз. 116, 11в.

При измерении и регулировании  давления под колпаком в стальковше после преобразователя измерительного типа Метран-100-ДИ-1112, поз. 12а, электрический сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении температуры  металла в стальковше выходной сигнал с термоэлектрического преобразователя погружения типа ТПП 91, поз. 13а, поступает на систему автоматического измерения температуры жидкой стали «Сталь-4», поз. 136. Выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  аргона (азота) в общем трубопроводе после первичного датчика измерителя расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 14а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 146. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При регулировании расхода аргона (азота) на пробку 1 и пробку 2 после первичного датчика измерителя - регулятора массового расхода типа IN-FLOWF-203-A1-FGD-44-V, поз. 15а, 156, и, поз. 16а, 166, соответственно, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 15в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При регулировании расхода аргона (азота) на аварийную фурму после первичного датчика измерителя первого регулятора массового расхода типа IN-FLOWF-203-A1-FGD-44-V, поз. 17а, 176, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 17в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении давления аргона на продувочную фурму выходной преобразованный сигнал с преобразователя измерительного типаМетран-100-ДИ-1133, поз. 17а, показывающий прибор арматура светосигнальная типа  
АМЕ 323.221.42, поз. 176, далее сигнал поступает на вторичный прибор звонок громкого боя типа МЗ-1, поз. НА. Измеренный сигнал подается на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.При измерении температуры аргона после первичного датчика термопреобразователя сопротивления типа ТСМ-205, поз. 18а, на выходе получаем электрический сигнал, который подается на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  кислорода на продувочную фурму  после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 19а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа  
E5736-BDD, поз. 196. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400.

При измерении давления кислорода на продувочную фурму  сигнал неэлектрический давления, поступающий с трубопровода кислорода преобразуется преобразователем измерительным типа Метран-100-ДИ-1133, поз. 20а. Выходной преобразованный сигнал поступает на программируемый контроллер SimaticS7-400, поз. SMS-400.

Также предусмотрена сигнализация аварийная при падении давления кислорода на продувочную фурму. При срабатывании сигнализации происходит отсечка кислорода клапаном, поз. 21а [6; 7; 8].

 

1.3.2 Комплекс  технических средств

 

Структурная схема комплекса  технических средств (KTC) представлена награфическом документе Д.АВ.210200.18.ДП.06.С1.

Автоматизированная система  управления технологическим процессом (АСУ ТП) агрегата доводки стали (АДС-175) электросталеплавильного цеха предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом подготовки жидкой стали сталеразливочном ковше вместимостью 125 т для разливки на сортовой МНЛЗ.

КТС АСУ ТП АДС-125 представляет собой децентрализованную двухуровневую систему, выполняющую информационные и управляющие функции.

Уровень базовой автоматизации (уровень1) включает в себя локальные микропроцессорные системы, реализуемые на программируемом контроллерах  
SimaticS7-400 и SimaticS7-300, станциях распределённого ввода-вывода ЕТ 200М фирмы Siemensи средствах визуализации процесса (рабочие станции операторов).

Уровень организационного управления (уровень 2) - реализует оптимальное  управление по математическим моделям  и технологическим картам, архивирование и создание отчётных документов. Реализуется на промышленных персональных компьютерах.

Контроллер SimaticS7-400 размещается в помещении автоматики АДС-175. Там же размещаются системные блоки рабочих станций операторов  
PU-WinCC- ADS-1 и PU-WinCC-ADS-2 и системный блок рабочей станции «Технологический журнал» PU-L2-ADS. Мониторы, клавиатуры и манипуляторы «трек-болл» этих станций находятся на главном посту управления АДС-175. Также в помещении автоматики находятся сервер уровня 2 SRV-L2-ADS, автоматизированное рабочее место (АРМ) SYSARM-ADSдля контроля состояния АСУ ТП, сетевой коммутатор CC2950-24-ADSдля связи всех вышеперечисленных объектов по сети Ethernetмежду собой и АСУ электросталеплавильного цеха. Для управления трайб-аппаратами используются контроллеры SimaticS7-300, размещаемые в электропомещении 9ЭП АДС-125. Там же размещается станция распределённого ввода-вывода ЕТ 200М для управления другими электроприводами механизмов АДС-125.

Пульты местного управления расположены непосредственно около  агрегатовимеханизмов АДС-125. Информация с органов ручного управления и датчиков поступает непосредственно в ЕТ 200М. Управление исполнительными механизмами осуществляется также из ЕТ 200М.

Связьмеждуконтроллерами и станциямираспределённого вывода-вывода осуществляется по сетиPROFIBUSDPДля повышения надежности сеть  
ProfibusDPподелена на несколькосегментов с помощьюдиагностического повторителя устанавливаемого впомещенииавтоматики.

Для измерения параметров жидкой стали предназначен прибор «Сталь 4», размещаемый в помещении автоматики АДС-125. Связь междуконтроллером  
SimaticS7-400 и «Сталь 4» осуществляется через интерфейс RS-232.

Для отображения информации, ввода управляющихкоманд, фиксацииаварийных и технологических сообщений АДС-175 используются рабочиеместа - «АРМ оператора АДС» PU-WinCC-ADS-1 и PU-WinCC-ADS-2.

Для контроля работы техно - логического и электрического оборудования, фиксации аварийных ситуаций, учета проводимых ремонтов, диагностики технологического и электрическою оборудования АДС-175 используется рабочее место - «АРМ электрика САКСО АДС» SAKSO-EP4-ADS, устанавливаемое в помещении 4ЭП.

Сервер уровня 2 SRV-L2-ADSпредназначен для сбора информации от контроллеров базового уровня 1, обработки и анализа информации, формирования управляющих воздействий, передачи информации в другие цеховые системы, ведения долгосрочных архивов.

АРМ «Технологический журнал»  PU-L2-ADSпредназначен для просмотра и печати отчетных документов по работе АДС-175 (паспорт, протокол отклонений важнейших технологических параметров), просмотра технологических архивов АДС-175, корректировки строго определенных параметров в отчетных документах, доступной ограниченному кругу пользователей.

АРМ «Инженерный» PC-ADS-ASU предназначендля корректировки программного обеспечения АСУ ТП АДС-175и размещается в помещении общецеховых АСУ [3].

 

1.3.3 Принципиальная электрическая схема контроля и регулирования

расхода аргона (азота) и  кислорода на агрегате доводки стали

 

Принципиальная электрическая  схема представлена на графическом документе Д.АВ.210200.18. ДП.Об.ЭО.

При измерении расхода  аргона и азота в общем трубопроводе после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 14а, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 146. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа Simatic S7-400, поз. SMS-400.

При регулировании расхода  аргона (азота) на пробку 1 и пробку 2 после первичного датчика измерителя-регулятора массового расхода IN-FLOWF-203-A1 FGD-44-V, поз. 15а, 156, и 16а, 166, соответственно, сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 15в. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа Simatic S7-400, поз. SMS-400.

При измерении расхода  кислорода на продувочную фурму  после первичного датчика измерителя массового расхода типа IN-FLOWF107-A1-HD-03-V, поз. 20а. сигнал поступает на источник питания и блок индикации типа E5736-BDD, поз. 206. Далее выходной сигнал поступает на программируемый контроллер типа SimaticS7-400, поз. SMS-400 [3].

 

 

2 ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ

 

2.1 Влияние водорода и азота на качество стали

 

В обычных условиях выплавки невозможно получить сталь, не содержащую газы — водород и азот. Это связано с тем, что, во-первых, любой материал, применяемый для плавки стали, содержит газы; во-вторых, по ходу обычной открытой плавки неизбежен контакт металла с газовой фазой, содержащей водород и азот или водяные пары, и может растворять их.

Водород в стали является только вредной примесью. Содержание его в стали в конце плавки мало зависит от типа процесса и обычно составляет 3-6 см³/100 г металла. Пока не найдены элементы, которые могли бы в стали образовать прочные, нерастворимые в жидком железе гидриды, поэтому водород выделяется из металла в виде газа, как правило, в области температур ниже 800 – 950 °С (после окончания прокатки или ковки). Выделение водорода может вызвать образование внутренних трещин, называемых флокенами. Значительной склонностью к образованию флокенов обладают обычно легированные стали.

Д.Я.Поволоцкий, А.Н. Морозов и другие установили, что образование флокенов исключается при содержании водорода в стали не более 1,5-2,0 см³/100 г. Получение такого низкого содержания водорода открытыми процессами плавки стали невозможно, поэтому для уменьшения возможности образования флокенов в стали необходимы дегазация металла путем вакуумирования и продувки инертным газом или медленное охлаждение заготовок (слитков) в специальных камерах (обычно в течение трех суток). В последнем случае выделение водорода протекает с такой малой скоростью, при которой образование флокенов исключается.

При повышенном содержании водорода в легированной стали также  наблюдается большое развитие шиферного (каменисто - слоистого) излома и некоторых других пороков, отрицательно сказывающихся на прочностных свойствах.

Содержание водорода в  металле по ходу и в конце плавки зависит от состава газовой фазы, его содержания в материалах плавки, интенсивности окисления углерода и др. Степень влияния этих факторов не всегда одинакова.

Азот на свойства стали  в большинстве случаев оказывает  отрицательное влияние, но он может  быть использован и в качестве полезного элемента.

Содержание азота в  готовой стали в большей степени  зависит от типа процесса. В мартеновском процессе условия для поглощения азота менее благоприятные, так как металл отделен от газовой среды слоем шлака (по крайней мере, в период доводки), который является почти непроницаемым для азота (шлак растворяет азот в незначительных количествах). Кроме того, в результате кипения ванны пузыри СО уносят азот из металла в газовую среду, поэтому в мартеновской стали наблюдается низкое содержание азота при высоком парциальном давлении его в газовой фазе (0,06-0,07 МПа). Выпадение азота из раствора снижает пластичность и прочность стали и называется старением. Старение стали - это один из серьезных пороков, вызываемых повышенным содержанием азота и выпадением его из раствора в виде нитрида железа FeN. Это возможно, если сталь не содержит примеси, имеющей более высокое сродство к азоту, чем железо.