Автоматизация комплекса внепечной обработки стали АКВОС

Автоматизированный комплекс внепечной обработки стали (АКВОС - 30) предназначен для производства широкого класса сталей, включая и низкоуглеродистые нержавеющие марки. Комплекс рассчитан на совместную работу с электродуговой сталеплавильной печью емкостью 30 тонн и позволяет проводить следующие операции:

• скачка окислительного шлака и наведение синтетического шлака на специальном стенде;
• доводка полупродукта до заданного хим. состава;
• легирование и модифицирование стали путем подачи в расплав проволоки с различными наполнителями;
• нагрев расплава со скоростью до 5 градусов в мин.;
• вакуумная обработка стали при остаточном давлении менее 0,2 мм рт.ст.;
• проведение вакуум-кислородного обезуглераживания;
• продувка расплава аргоном или аргоном с заданной интенсивностью через пористую или щелевую пробку в днище ковша;
• замер температуры и окисленности стали и отбор проб металла на хим. анализ.

Все операции могут осуществляться как в ручном так и в автоматическом режиме.

Конструктивной особенностью комплекса является жесткое крепление водоохлаждаемых крышек как нагревательного, так и вакуумного стендов. При этом транспортировка ковша с расплавом осуществляется с помощью сталевоза с размещенной на нем вакуум-камерой. Привод сталевоза - от 2-х асинхронных электродвигателей, подключенных параллельно к частотному преобразователю. Применение частотно-регулируемого привода позволяет производить перемещение ковша с заданным разгоном и скоростью для исключения расплескивания металла. Предусмотрено 5 фиксированных остановок сталевоза - 2 позиция остановки и выдачи ковша, позиция нагрева расплава, позиция вакуумной или вакуум-кислородной обработки и позиция подачи ферросплавов и проволоки с порошковыми наполнителями. Сталевоз оснащен гидростанцией для герметичного прижатия вакуум-камеры с ковшом к вакуумной или нагревательной крышкам.

Стенд нагрева оснащен трехфазной группой графитированных электродов с механизмом перемещения, обеспечивающим как индивидуальное, так и совместное движение. Система электрического питания нагревательного стенда позволяет регулировать силу тока дуги без переключения ступеней трансформатора за счет специального дросселя. Система управления стенда нагрева в соответствии алгоритмом поддерживает заданный ток дуги. В качестве управляющего контроллера используется контроллер VersaMax фирмы GE Fanuc.

Стенд подачи ферросплавов включает в себя 11 бункеров с вибропитателями, измеритель веса WE 2110 фирмы НВМ, раздаточную тележку с взвешивающим устройством, скиповый подъемник и бункер накопитель заданной дозы. Система управления построена на базе контроллера VersaMax фирмы GE Fanuc. На этом же стенде двухручьёвым трайбаппаратом осуществляется подача проволоки с порошковыми наполнителями. Необходимое количество добавок набирается оператором на пульте оператора (ручной режим) и затем по заданному алгоритму производится набор их бункер-накопитель. В автоматическом режиме необходимое количество добавок рассчитывается компьютером верхнего уровня в зависимости от марки стали и предварительного хим. анализа. Данные предварительного хим. анализа поступают из лаборатории хим. анализа по внутризаводской сети Ethernet. По команде оператора рассчитанный состав набирается в бункер - накопитель.

Стенд вакууммирования включает себя газоохладитель, вакуум-провод, пароэжекторный насос с замкнутой системой водоочистки и кислородную фурму, оснащенную автономной системой водоснабжения и подачи кислорода и механизмом перемещения, узел подачи аргона. Это наиболее сложный объект автоматизации всего комплекса. В силу ряда причин сложилась такая ситуация, что система управления пароэжекторного насоса реализована на аппаратуре российского производства, система управления водоочистными агрегатами пароэжекторного насоса на базе контроллера VersaMax фирмы GE Fanuc и система управления кислородной фурмой на контроллере S 7 315 -2 DP фирмы Siemens. Задача по включению их в единый информационно-управляющий комплекс была успешно решена с помощью SCADA - пакета CIMPLICITY фирмы GE Fanuc. Компьютер верхнего уровня связан с контроллерами GE Fanuc (системы управления водоочисткой, стенда нагрева, стенд сыпучих) по RS - 485 интерфейсу (SNPх - протокол), с контроллером Siemens по MPI-протоколу.

Система визуализации и контроля позволяет управлять, вести наблюдение и протоколирование технологического процесса. Весь технологический процесс отображается на мониторе в виде экранных форм с графическим отображением установленных элементов системы (приводов, электродов, заслонок) и параметров (положение, температура, вес, расход). Все действия оператора, технологические параметры и уставки записываются в архивные файлы (хронология процесса). Осуществляется поддержка корпоративной компьютерной сети, что позволяет авторизованному внешнему пользователю получать текущие и архивные данные. Установленная программа Viewer CIMPLICITY на компьютере начальника цеха позволяет ему наблюдать текущую картину процесса. Компактное расположение стендов обеспечивает высокую производительность установки при минимальных потерях тепловой энергии.

Система водоочистных агрегатов предназначена для очистки сильнозагрязненной воды, поступающей в бак грязной (горячей) воды из конденсаторов пароэжекторного насоса и представляющей мелкозернистую взвесь.

Данная установка позволяет создать малый автономный контур воды, который не смешивается с общезаводским контуром. Пропускная способность установки 500 м3/ч. Основным фильтрующим элементом установки являются гравийные фильтры F1/1, F1/2. Фильтрация частиц, содержащихся в сырой (неотфильтрованной) воде, осуществляется при помощи подачи флоккулянта и коагулянта. Установка состоит из следующих узлов:

• оборудование для дозирования флоккулянта и коагулянта - контейнеры и два дозирующих насоса;
• оборудование для фильтрования - фильтры, содержащие два слоя гравия;
• оборудование для обратной промывки - насосы и нагнетатель;

Флоккулянт и коагулянт подаются в воду перед фильтром. Дозирование осуществляется с помощью дозирующих насосов. Количество определяется в зависимости от расхода сырой воды с использованием измерительных приборов (FIC 1). Точное количество дозируемого материала определяется на основе опыта работы. Для фильтрации устанавливаются два гравийных фильтра с двумя слоями фильтрующего материала. В нижней части фильтра расположена пластина, в которой установлены форсунки, также оснащенные фильтрующим материалом. В верхней части фильтра установлена направляющая пластина для равномерного разбрызгивания сырой воды и сбора воды, подаваемой на обратную промывку. Фильтрующий материал представляет собой кварцевый гравий. В процессе работы сырая вода протекает через фильтрующий материал сверху вниз. Отфильтрованные частицы оседают на поверхности фильтрующего материала и в пространстве между зернами. В процессе фильтрования сопротивление фильтра увеличивается, что определяется дифференциальным манометром. При определенном сопротивлении фильтра последний отключается и включается обратная промывка, в результате чего отфильтрованный материал удаляется с водой. Обратная промывка фильтров осуществляется поочередно. После обратной промывки фильтр автоматически переводится в режим фильтрования. Обратная промывка осуществляется при помощи воды и воздуха в направлении вверх. После обратной промывки начинается фильтрация сырой воды. На обратную промывку идет вода, содержащаяся в резервуаре с холодной водой B2. Оборудование для обратной промывки включает насосы и нагнетатели воздуха. Вода, поступающая с фильтров при обратной промывке, направляется в резервуар со шламовой водой B3. Установка работает в автоматическом режиме. Режимы работы переключаются при помощи программы, записанной в программируемом логическом контроллере VersaMax фирмы GE Fanuc. При проведении технического обслуживания режимы работы можно переключать вручную.

Клапаны: K1.1 Поступающая сырая вода K1.2 Отводимая чистая вода K1.3 Вода, поступающая на промывку K1.4 Вода, отводимая с промывки K1.5 Отвод воды K1.6 Вентиляция K1.7 Воздух, поступающий на продувку

Режимы работы (указаны открытые клапаны): Рабочий режим (фильтрование) 1, 2 Обратная промывка 3, 4 Отвод воды 4, 5, 6 Вентиляция 4, 6, 7 Промывка 3, 4, 6 Установка работает по циклу: вода поступает с пароэжекторного насоса в бак грязной воды, затем в воду добавляют химические реактивы (флоккулянт, коагулянт) и она подается на гравийный фильтр, потом охлаждается на градирне, поступает в бак чистой воды и затем обратно на пароэжекторный насос. Для подачи воды используется частотно - регулируемый привод насосных агрегатов. Алгоритм работы позволяет осуществлять различные технологические циклы работы в зависимости от степени загрязненности воды. Система управления водоочистными агрегатами является составной частью стенда вакууммирования АКВОС (автоматизированный комплекс вакуумной обработки стали) и связь с системой верхнего уровня (СIMPLICITY) осуществляется по RS 485 интерфейсу. Водоочистка может работать как автономно так и под управлением компьютера верхнего уровня. Вся информация о ходе технологического процесса, состоянии исполнительных устройств отображается на экране монитора в операторской АКВОС и на мнемосхеме, расположенной на шкафу системы управления. Из соображений безопасности (т.к. при продувке металла кислородом образуется большое количество СО, растворяющегося в воде) установка работает только под управлением системы верхнего уровня и доступ к водоочистке во время работы закрыт. Использование SCADA программы позволило дистанцировать управление водоочистными агрегатами. На экране монитора представлена упрощенная анимационная схема системы водоочистки. Пользователь из операторского помещения АКВОС может получать все необходимые данные о состоянии системы и исполнительных механизмов и обо всех возникающих аварийных ситуациях. Используемая анимационная схема выполнена с элементами управления для того чтобы освободить операторов от частых проверок системы и дать возможность управления водоочистными агрегатами непосредственно из операторского помещения. Программа визуализации ведет суточный график расхода воды в контрольных точках системы с выборкой 1 значение параметра в 2 секунды для возможности анализа событий.

На заводе "Буммаш" совместно с фирмой "Эквакс" (г. Казань) внедрён вакуумный пароэжекторный насосный агрегат, предназначенный для получения вакуума глубиной до 0,5 мм. рт. ст. в ковше с металлом ёмкостью 30 тонн. Принцип действия насоса основан на создании вакуума в откачиваемом объёме с помощью последовательно соединённых эжекторов, в которых в качестве рабочего тела используется перегретый водяной пар высокого давления. Пар истекает через расширяющееся сопло со сверхзвуковой скоростью в виде турбулентной струи. За счёт турбулентного перемешивания вихревых масс паровой струи с частичками отсасываемой смеси происходит захват и увлечение смеси в камеру смешения. Здесь происходит более полное перемешивание пара со смесью, в результате чего скорости рабочего пара и отсасываемой смеси выравниваются.

Основные эжекторы рассчитаны и установлены таким образом, что выпускное давление предыдущей эжекторной ступени соответствует входному давлению последующей ступени. Пароэжекторный насосный агрегат работает в ручном и дистанционном режимах.

В дистанционном режиме переключение ступеней насоса производится по заданному алгоритму. Для контроля работы насосного агрегата и измерения его параметров в процессе эксплуатации на агрегате установлены необходимые приборы. Измеряются температура, давление, расход воды и пара. Измерение вакуума производится вакуумметрами АО "Алгоритм" г. Рыбинск. Фирмой "Поликом" проведены пусконаладочные работы системы управления пароэжекторного насосного агрегата, который сдан в эксплуатацию в мае 2001 года на заводе "Буммаш" г. Ижевск.

Фурма предназначена для получения низкоуглеродистой стали методом вакуум-кислородного обезуглераживания. В состав кислородной фурмы входят:

• механизм вертикального перемещения трубопровода подачи кислорода (далее ПИКА);
• механизм подачи охлаждающей воды в пику;
• механизм подачи кислорода;
• шкаф управления.

Пика конструктивно состоит из трех труб. Внизу на внешнюю и внутреннюю трубу напаян медный наконечник. Между вставленной внутрь промежуточной трубой и медным наконечником имеется зазор для обеспечения циркуляции воды.