Основные типовые узлы регулирования

Несмотря на большое разнообразие конструкций металлур­гических печей и видов тепловой обработки материалов, общность главных назначений печей (получение тепла и его передача мате­риалу) приводит к тому, что ряд узлов систем автоматического регулирования различных печей служит для выполнения одина­ковых функций. Общность функций вызывает единообразие структурного, а часто и аппаратурного построения узлов регули­рования. Наиболее распространенными в системах автоматиза­ции металлургических печей являются узлы:

1) регулирования температуры;

2) регулирования расхода и давления газа;

3) регулирования горения топлива, т. е. соотношения то­пливо / воздух (кислород);

4) регулирования давления в печи;

5) автоматической блокировки и сигнализации падения давле­ния топлива, воздуха, кислорода, воды.

Основой построения всех этих узлов являются системы авто­матической стабилизации регулируемой ве­личины (температуры, расхода, соотношения, давления).

В нагревательных печах периодического действия возмущения по температуре, давлению и условиям горения топлива возникают при загрузке и выгрузке заготовок. Поступление новых холодных масс металла при загрузке и воздуха при открывании засло­нок при этом могут вызвать падение температуры на несколько десятков градусов с одновременным изменением давления в рабо­чем пространстве. Подсосы воздуха в печь и выбивание газов из нее вызывают также изменения условий горения топлива. В зави­симости от вида и емкости печи периодические возмущения такого характера могут возникать с интервалом от 5…7 до 40…60 мин.

В крупных нагревательных печах для обработки единичных изделий и в термических печах отсутствуют кратковременные возмущения, связанные с загрузкой и выгрузкой заготовок, но имеют место ступенчатые или монотонные возмущения, связан­ные с изменением задания регулятору в соответствии с опреде­ленной программой температурного режима нагрева. В нагрева­тельных печах монотонные возмущения температуры могут до­стигать 2…2, 5 град/мин, а в термических 1…1, 5 град/мин.

В нагревательных и термических печах непрерывного действия возмущающие воздействия возникают из-за открытия окон при загрузке и выгрузке металла, изменения производительности печи, т. е. скорости продвижения металла через печь, и изменения сортамента обрабатываемого металла.

Случайные возмущения при работе печей вызываются коле­баниями состава, теплоты сгорания и давления топлива, влажно­сти и давления воздуха и др. Медленно меняющиеся и случай­ные возмущения связаны с износом и старением конструктивных элементов печи. Прогар кладки, например, сопровождается увели­чением тепловых потерь теплопроводностью через нее и увеличе­нием выбивания или подсосов газов в зависимости от режима давления в печи.

Статические и динамические характеристики металлургической печи как объекта регулирования существенно различаются по каналам температура–расход топлива, соотношение топливо–воздух–расход воздуха, давление в печи–разрежение в борове, а следовательно, различаются и передаточные функции объекта W ₀ по соответствующим каналам. В результате различия передаточ­ных функций объекта, вида возмущений и заданного качества регулирования необходимо использовать регуляторы с различ­ными и соответствующими объекту передаточными функциями W_p, что обеспечивается выбором закона регулирования и настроек регуляторов.