Автоматический контроль подготовки и нагрева шихты ЦАМ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО

УНИВЕРСИТЕТА

Автоматизация производственных процессов

наименование кафедры

Допускаю к защите

Зав. кафедрой АПП

_____________ _____А.В.Баев_______

инициалы, фамилия

«_________»__________________2008г.

Автоматический контроль подготовки и нагрева шихты ЦАМ

Наименование темы

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

ИрГТУ Д.032.04.1.105.ПЗ

шифр документа

Разработал студент группы АТП-05-1________________

подпись

Руководитель________________ Половнева С.И.

подпись

Иркутск

2008

1. Системный анализ технологии производства

1.1. Описание технологического процесса производства анодной

массы

1.1.1. Характеристика сырья, топлива, основных и

вспомогательных технологических материалов.

Анодную массу для электролизеров алюминиевого завода, приготавливают в специальном цехе - це­хе анодной массы. Процесс ее производства состоит из ряда операции, выпол­няемых в определенном порядке. На рис. 1.1 представлена технологическая схема производства анодной массы.

Твердые материалы (кокс)		Связующее (пек)
Предварительное дробление		Расплавление
Прокаливание
Охлаждение
Охлаждение
Классификация
Дозировка
Прогрев шихты
Смешение
Формирование
Готовая анодная масса

Рис. 1.1. Технологическая схема производства анодной массы

В двух словах - технология производства анодной массы представляет со­бой дробление сырого и/или прокалённого кокса, прокаливание кокса с целью устранения органических соединений, охлаждение прокаленного материала, вторичного дробления, рассева материала по фракциям, пылеприготовления, дозирования составляющих анодной шихты, их нагрева и смешение с пеком. В результате охлаждения данной субстанции получается анодная масса.

В качестве исходного сырья для изготовления анодной массы при­меняются -кокс нефтяной малосернистый ГОСТ 22898-78;

• кокс нефтяной сернистый. ТУ 38.101585-89;

• кокс нефтяной прокаленный для алюминиевой промышленности ТУ 38.1011341-90;

-пек каменноугольный ГОСТ 10200-83 марки Б, В; -пек нефтяной ТУ 38.401-66-75-92 ПНК-2 марки Б.

Коксовое сырьё транспортируется в открытом виде в железнодорожных полувагонах навалом. Каменноугольный пек поступает на склад пека в жидком (расплавленном) виде в термоцистернах или в гранулированном виде в мешках. В качестве вспомогательных материалов при производстве анодной массы используется топочный мазут ГОСТ 10885-85 или при­родный газ ГОСТ 5542-87, а также шары стальные мелющие для шаро­вых мельниц ГОСТ 7524-89. и др.

1.1.2 Характеристика основного оборудования

Цех анодной массы алюминиевого завода представляет собой комплекс транспортно - технологического оборудования, связанного в единую непрерывную цепь механизмов

Кокс разгружается на железнодорожной эстакаде через нижние люки полувагонов и грейферами транспортируется в приемные бункера узлов дроб­ления или складируется по пролетам склада.

Для качественного предварительного дробления материала до крупности 75 мм применяется двухкаскадная схема дробления кокса.

Для размола прокаленного кокса и рассева его на фракции применяются хорошо зарекомендовавшие себя в цехах анодной массы отечественной про­мышленности переделы среднего дробления, каждый из которых состоит из молотковой дробилки, валковой дробилки и инерционного грохота.

Для получения тонких классов шихты в ЦАМ используются шаровые мельницы.

Среднее дробление, рассев и размол прокаленного кокса

Основным назначением передела среднего дробления и рассева прока­ленного кокса является получение компонентов коксовой шихты, обеспечи­вающих заданный гранулометрический состав.

После дробления кокс двумя каскадами элеваторов по­дается на рассев в грохота где рассеивается на четыре фракции:

свыше 8 мм - возврат; -8+4 мм - крупка 1; -4+2 мм - крупка 2; -2+0 мм - отсев.

Полученный после рассева на грохотах кокс +8 мм (возврат) направляет­ся на доизмельчение в двухвалковые дробилки, основным назначением которых является получение крупки, откуда снова подается на рассев.

Тонкий помол (пылеприготовление)

После рассева на грохотах отсев по течкам и винтовым конвейерам на­правляется в бункера шаровых мельниц для производства фракций тонкого помола (пыли), а часть идет в сортовой бункер отсева.

Выход сортовых фракций (крупка, пыль) с грохотов и дозаторов и их гранулометрический состав необходимо поддерживать в пределах, обеспечи­вающих непрерывность технологического процесса и заданную рецептуру су­хой шихты:

• крупка 1 - содержание фракции -8+4 мм - не менее 85%;

• крупка 2 - содержание фракции -4+2 мм - не менее 85%;

• пыль - содержание фракции -0,08 мм - 58-64 %

Регулирование дисперсности коксовой пыли осуществляется путем из­менения количества стальных шаров и питания мельниц.

Подготовка пека

Приемка пеков

Каменноугольный пек поступает на завод в расплавленном виде в тер­моцистернах или гранулированном виде в полувагонах ("навалом" или в мяг­ких контейнерах).

Поступающие пеки проверяются по качественным показателям согласно схеме входного контроля.

Пеки, поступающие в термоцистернах, при необходимости, разогрева­ются на пунктах разогрева до температуры 170-190 С, а затем сливаются в пекоплавители.

Каменноугольные пеки, поставляемые на завод, перед разгрузкой клас­сифицируются на группы по температуре размягчения и нерастворимым в то­луоле (по данным входного контроля ОТК).

В соответствии с классификационной оценкой пеки необходимо сливать (жидкий) или разгружать (гранулированный) в специально предназначенные для каждой группы пекоплавители или пекоприемники. Цистерны с нефтяным пеком в случае необходимости направляются на пункт разогрева.

Нагрев ведется до температуры 170 - 190°С.

Готовая смесь пеков подается в производство (напорный бак РСО) с температурой не ниже 170°С.

Дозирование углеродистых материалов

Для приготовления анодной массы в зависимости от ее марки применя­ются следующие грансоставы сухой шихты

Таблица 1. Гранулометрические составы шихты

Фракция, мм	Массовая доля фракции для марок анодной массы
	AM, АМК	АМС	АМН	АМП
			Доля нефт. пека до 10 %
+8 -8+4 -4+2 -2+0.08 -0.08	не>2 14±2 18±2 по разности 31±2	не>2 16±2 18±2 по разности 29±2	не>2 11±2 14±2 по разности Зб±2	не>2 24±2 по разности 37±2

Тонина помола пыли после шаровой мельницы (фракция -0,08 мм) должна выдерживаться в пределах 58-64 % для всех видов массы.

По фактической чистоте рассева крупки 1 (фракция -8+4 мм), крупки 2 (фракция -4+2 мм) и тонине помола пыли дозировка компонентов по дозато­рам должна устанавливаться цеховым регламентом, обеспечивающим заданный грансостав шихты.

2.1 Подбор устройств преобразования и передачи сигналов от

технологического процесса

Средства измерения температуры контактным способом включают в себя измерительные преобразователи, к которым подводится среда, температура ко­торой измеряется. Наиболее распространенными средствами измерений явля­ются термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротив­ления.

Действие термоэлектрического преобразователя основано на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы термопары термометрического чув­ствительного элемента) от температуры. Термоэлектрические преобразователи позволяют измерять температуру от -200 до 2000°С. Они изготавливаются следующих типов:

ТВР - термопреобразователь вольфрам-рениевый;

ТПР - термопреобразователь платинородиевый;

ТПП – термопреобразователь платинородиевый-платиновый;

ТХА (ТХК) - термопреобразователь хромель-копелевый.

Исходя из стоимости данных классов преобразователей оптимальным вы­бором будет преобразователи типа ТХА или ТХК, которые обеспечивают измеряемый диапазон температур (0..200°С), так и точность измерения +/-2°С.

Ввиду того, что термопары будут установлены в диски с температурой до 200°С, а длина провода термопары - 2000 мм, температура окружающего воз­духа (рядом с подогревателем) достигает 55°С, для подключения вторичных измерительных приборов используем термоэлектродные (компенсационные провода). Известно, что термо-ЭДС, развиваемая термоэлектрическим (термо­парой), зависит от температуры свободных концов. Поэтому для правильной оценки температуры по шкале измерительного прибора свободные концы пре­образователя «переносят» с помощью термоэлектродных проводов в место с более постоянной температурой, чтобы в дальнейшем автоматически или вручную вводить поправку на температуру свободных концов. Согласно дейст­вующему ГОСТу 24335-80 «Провода термоэлектродные. Технические условия» термопреобразователи с градуировкой XK(L) подключаются к преобразовате­лям термо-ЭДС в токовый сигнал посредством компенсационных проводов ПТВЭ (хромель-копель).

Теоретическое введение

Электромагнитный расходомер "Взлет ЭР" предназначен для измерения расхода электропроводных жидкостей в широком диапазоне температуры и вязкости. Прибор позволяет измерять расход и объем питьевой, отопительной или сточной воды, жидких пищевых продуктов, растворов кислот, щелочей, и других жидкостей. Расходомер "Взлет ЭР" включен в Государственный реестр средств измерений за № 20293-00 и имеет гигиеническое заключение Минздрава РФ №78.1.6.421.Т.8872.11.00. По заказу расходомер оснащаются кнопкой обнуления значения накопленного счетчиком объема, обеспечивая, таким образом, режим ручного дозирования. Расходомеры оснащены интерфейсом RS232, который может использоваться для связи с IBM-совместимым компьютером. По заказу приборы оснащают токовым выходом (4…20 или 0…5 мА). Покрытие внутреннего канала расходомера, контактирующего с жидкостью выполняют из фторопласта (при измерении теплофикационной воды, пищевых продуктов, агрессивных жидкостей и т.д.) или полиуретана (при измерении абразивных жидкостей и пульп), электроды - из нержавеющей стали, тантала, титана.

Основные технические и метрологические характеристики ЭРСВ-410

Наименование параметра Значение параметра

Диаметр условного прохода Dy, мм 10; 20; 32; 40; 50; 65;

80; 100; 150; 200

Измеряемый массовый расход, т/ч

- наименьший, Q_{v наим} 0,028 – 11,32

- переходной, Q_{v п1} 0,13 – 52,7

- наибольший, Q_{v наиб} 3,4 - 1358

Наибольшая температура измеряемой жидкости, °С 150

Минимальные длины прямолинейных участков 3Dy и 2Dy

Максимальное давление в трубопроводе, МПа 2,5

Питание расходомера

Средний срок службы 12 лет

Межповерочный интервал - 4 года.

Описание стенда

Лаботрный стенд включает в себя:

• Бак с водой;

• Насос “Кама”;

• Напорная ёмкость;

• Исполнительный механизм (ИМ): электродвигатель 27 В пост. ток;

• Регулирующий орган: шаровый кран Дy=25 mm;

• Электромиагнитный преобразователь расхода ВЗЛЕТ 410 ЭР;

• Измерительная ёмкость с датчиками уровня и электомагнитным клапаном;

• Секундомер;

• Блок управления (ключи и кнопки управления + уровнемер);

Рис. 2 Функциональная схема стенда

Вода из бака (1) подается в напорную емкость (3), при помощи насоса (2). Напорная емкость служит для стабилизации давления в системе, путем поддержания постоянного столба воды.Вода из напорной емкости через регулирующий клапан (4) и преобразователь расхода Метран 300ПР (5) самотеком поступает в измерительную емкость (6). Регулирующий орган и исполнительный механизм (4) служат для изменения расхода. Процент открытия РО можно задать при помощи кнопок “больше”, “меньше”. При нажатии кнопки “пуск” закрывается клапан и измерительная емкость заполняется водой. По мере заполнения емкости срабатывают датчики уровня и реализуется следующий алгоритм:

• при нижнем уровне - включается секундомер;

• при вехнем уровне – останавливается секундомер, автоматически открывается клапан для сброса воды. После сброса изменяется расход (процент открытия РО) при помощи кнопок “больше”, “меньше” - система готова к новому циклу.

Принцип действия Преобразователя расхода Метран-300ПР

Метран-300 ПР - вихреакустический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым детектированием вихрей, предназначен для технологического и коммерческого учета расхода и объема воды и водных растворов в составе теплосчетчиков или счетчиков-расходомеров в заполненных трубопроводах систем водо- и теплоснабжения.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока (рис. 1). В корпусе проточной части расположены тело обтекания - призма трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели ПИ1, ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1, ПП2 (3) и термодатчик (7).

Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6), собранные на двух печатных платах: приемника и цифровой обработки.

На плате цифровой обработки расположены два светодиода - зеленый и красный, выполняющие функцию индикаторов состояния преобразователя. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе преобразователя, а красный загорается при расходе меньшем, чем Q min, либо хаотичном характере процесса вихреобразования.

Тело обтекания расположено на входе жидкости в проточную часть. При обтекании этого тела потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна расходу.

За телом обтекания в корпусе проточной части расположены диаметрально противоположно друг другу две пары стаканчиков, в которых собраны ультразвуковые пьезоизлучатели ПИ1, ПИ2 и пьезоприемники ПП1, ПП2. На ПИ1, ПИ2 от генератора подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. Пройдя через поток, эти колебания в результате взаимодействия с вихрями оказываются модулированными по фазе. На ПП1, ПП2 ультразвуковые колебания преобразуются в электрические и подаются на фазовый детектор.

Две пары пьезоэлементов "излучатель-приемник" обеспечивают компенсацию влияния паразитных факторов (вибрация трубопровода, пульсация давления), возникающих в проточной части.

Для увеличения динамического диапазона преобразователя за счет измерения малых расходов, где характеристика преобразователя нелинейная и зависит от температуры теплоносителя, в проточную часть установлен термодатчик. Сигнал от него автоматически вводится в программу вычисления расхода в области малых его значений.

На фазовом детекторе определяется разность фаз между сигналами с приемников первой и второй пары. На выходе фазового детектора образуется напряжение, которое по частоте и амплитуде соответствует интенсивности и частоте следования вихрей, которая в силу пропорциональности скорости потока является мерой расхода.

Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный адаптивный фильтр и затем в блок формирования выходных сигналов. Для повышения достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебаний вихрей.

Таким образом, в результате преобразований и программной обработки модуль формирует импульсный выходной сигнал.

Проточная часть преобразователя расхода представляет собой полый цилиндр специальной конструкции, в котором установлены тело обтекания, термодатчик и вварены стаканчики с пъезоэлементами. Установка преобразователя на трубопроводе про из водится с помощью патрубков и фланцев. Геометрическая форма патрубков на входе и выходе про точной части обеспечивает сохранение метрологических характеристик и снижает требования к длине прямых участков трубопроводов до и после места установки преобразователя.

Для увеличения срока службы преобразователя его проточная часть изготовлена из нержавеющей стали.

Технические характеристики:

Выходной сигнал преобразователя:

• токоимпульсный (ТИ)

Параметры выходных сигналов:

• ток нагрузки токоимпульсного выходного от 7 до 10 мА

• сопротивление нагрузки токоимпульсного выходного сигнала от 0 до 1,8 кОм (при напряжении питания 36В), нагрузка должна быть связана с землей.

Питание: 18-36 В постоянного тока.

Таблица 1.

Основные технические параметры.

Наименование преобразователя	Dy, мм	Пределы измерения
		м3/ч
		Q max	Q ном	Q min
Метран-300ПР-25	25	9	7,5	0,18

Основные достоинства преобразователя:

- межповерочный интервал - 3 года;

- высокая надежность, стабильность в течение длительного времени;

- отсутствие в проточной части подвижных элементов;

- надежная работа при наличии вибрации трубопровода, изменений температуры и давления рабочей среды;

- малые длины прямых участков трубопроводов в месте установки преобразователя;

• самодиагностика.

Поверка преобразователя

Поверка производится проливным или имитационным методом, согласно методике, утвержденной госстандартом РФ, а также в соответствии с требованиями РД 50-660.

Для поверки преобразователя расхода Метран-300ПР имитационным методом применяют имитатор расхода "Метран-550ИР". "Метран-550ИР" предназначен для формирования и выдачи сигнала, имитирующего вихреобразование в проточной части преобразователя расхода при соответствующем значении расхода жидкости, а также для измерения периода выходных сигналов вихревых преобразователей расхода. Имитатор может применяться не только для поверки преобразователей, но и для их настройки и проверки работоспособности в процессе эксплуатации непосредственно на объекте без демонтажа с трубопровода.

Разработанная методика беспроливной и бездемонтажной поверки вихреакустических преобразователей расхода серии "Метран" с помощью имитатора "Метран-550ИР" утверждена в Госстандарте РФ.

Преобразователь расхода "Метран-300ПР" применяется как основной элемент счетчиков тепла. Но в ряде случаев на объектах промышленного и жилищно-коммунального хозяйства необходимо учитывать расход и объем энергоносителей и отображать эти значения. Поэтому был разработан и серийно выпускается счетчик-расходомер "Метран-З10Р". Его основу составляет преобразователь расхода "Метран-300ПР". Счетчик является составным изделием, включающим в себя первичные преобразователи расхода и температуры, а также вычислительное устройство (вычислитель расхода "Метран-310ВР"), что позволяет рассчитывать массовый расход и массу теплоносителя и, при необходимости, отдельно учитывать количество горячей воды с заданной температурой.

Проведение поверки проливным методом производится согласно методики поверки на преобразователь расхода Метран-300ПР и Метран-310ВР. Определение относительной погрешности расходомера производится по показаниям измеренных значений расходов полученных на трех поверочных расходах. Эталоном на данной поверочной установке является мерная емкость с калиброванным объемом 8 литров, эталоном времени секундомер, встроенный в стенд (или таймер контроллера).

При проведении поверки в ручном режиме работы стенда, вихреакустический расходомер Метран-300ПР работает в комплекте с вычислителем расхода Метран-310ВР. Показания мгновенного расхода, используемые для расчета погрешностей отображаются на ЖКИ Метран-310ВР.