ZESZYTY NAUKOWE POLITBCHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : AUTOMATYKA z. 14
1969
Bogusław Y/o jclechowski Katedra Automatyzacji Procesów Przemysłowych
4 . 2 . PRZYCZYNEK DO PROBLEMU REGULACJI TAŚMY SPIEKALNICZEJ S t r e s z c z e n i e . Y/ pracy przedstawiono aktualny stan autom aty za cji taśmy s p i e k a l n i c z e j oraz podano pro- pozyoję nowego rozwiązania tego zagadnienia.
Taśmę s p i e k a l n i c z ą rozpatrzono jako dwuwymiaro
wy obiekt r e g u l a c j i ze sprzężeniami skrośnymi. Dla tak przyj ęte go obiektu r e g u l a c j i podano propozycję struktury obwodów: automatycznej r e g u l a o j i inten
sywności spieka nia i automatycznej r e g u l a c j i szyb- k ośo i posuwu taśmy s p i e k a l n i c z e j , zabezpieczających uzyskiwanie wysokiej wydajności procesu spiekania oraz wysokiej j a k o ś c i produkowanego spieku.
Ważnym problemem dla procesu spiekania rud j e s t opracowanie systemu automatyki taśmy s p i e k a l n i c z e j , dotychczasowe bowiem rozwiązania z wielu względów (wskazanych po n iż e j) wydają s i ę byó niezad owalają ce.
W opracowaniu przedstawiono aktualny stan au tomatyzacji t a ś my s p i e k a l n i c z e j oraz podano propozyoję nowego rozwiązania t e go zagad nienia.
1. Charakterystyka procesu spiekania
Celem procesu spieka nia j e s t uzyskanie maksymalnej produkcji spieku, przy jednoczesnym zapewnieniu jego n a j l e p s z e j j a k o ś - Oi [-1] [ 2 ] . Zasadnicze w i e lk o ś c i s t e r u j ą c e t o : stosunek sk ła d ników mieszanki, j e j wllgotnośó, szybkośó posuwu taśmy s p i e k a l n i c z e j oraz i l o ś ó zassanego powietrza do komór odoiągowych.
Proces spie kan ia przebiega w warunkach oddziaływania wielu czynników z a k łó ca ją cy ch : zmian chemiczno-mineraloglcznych I składu ziarnowego składników spiekanej mieszanki, warunków dozowania, tr a n s p o r t u , mieszania i nawilżania, warunków uk ła
dania mieszanki na taśmie s p i e k a l n i c z e j oraz warunków sp i e k a n i a .
294 Bogusław Wojciechowski Przy optymalnym reżimie pracy taśmy s p i e k a l n i c z e j , prooes winien przebiegać wzdłuż ś c i ś l e okreś lo ne j s t r e f y spiekania
i s fi na liz ow a ć s i ę w końcowej o z ę ś c i taśmy, nad p r z e d o s ta tn i ą komorą s s ą c ą . Cel ten uzyskuje s i ę poprzez zsynchronizowanie:
tzw. ozasu pionowego spieka nia mieszaniny z czasem przebywa
nia na taśmie danej o b j ę t o ś c i materiału .
W przypadku poprawnego prowadzenia prooesu s p i e k a n i a , zmia
na położenia s t r e f y spie kan ia wzdłuż d ł u g o ś c i taśmy (oś x ) przebiega zgodąie z krzywą n1" ( r y s . 1 ) . Odpowiada to syt ua
c j i , kiedy przy optymalnej, s t a ł e j szybk ości posuwu taśmy u^
i s t a ł e j gru boś ci warstwy h - pionowa szybkość spieka nia mie-
h y
2
I
' . --- ---X
A r _ \ W A W / W W n w n m - c + j-
i //
y,\ %
Rys. 1. Przebieg położenia s t r e f y spieka nia przy rćżnyoh war
t o ś c ia c h szybkośoi posuwu taśmy
szanlny posiada wartość zapewniającą zakończenie prooesu nad p r z e d o s ta tn i ą komorą s s ą c ą (punkt y ^ ) . Zwiększenie szybkośoi posuwu taśmy lub zmniejszenie pionowej szybkośoi spi ekan ia w stosunku do ioh w a r t o ś c i optymalnych, powoduje zmianę poło
żenia s t r e f y spi ekan ia wzdłuż krzywej typu ”2 " . Wtedy punkt zakończenia spie kan ia (y^) przesunie s i ę poza długość taśmy, co oznaoza n ie s p ie c z e n le s i ę c a ł e j i l o ś c i mieszaniny przebywa
j ą c e j na t aśm ie. Z d r u g i e j strony zmniejszenie szybkośoi po
suwu taśmy lub zwiększenie pionowej szybk ości spi ekan ia po
woduje e f e k t odwrotny. Wćwozas prooes końozy s i ę np. w punk
c i e ylj, a zmiana położenia s t r e f y spiekania przebiega wzdłuż krzywej typu " 3 " . Dodać n al eży, że każda z wymienionych zmian
Przyozynek do problemu r e g u l a c j i t a ś m y ... 295 parametrów, w stosunku do ich, w ar t ośoi optymalnych, powoduje przede wszystkim zmniejszenie wydajności procesu, przy jedno
czesnym pogorszeniu j a k o ś c i spieku.
2. Aktualny stan au toma tyzacji taśmy s p i e k a l n i c z e j
W ramach spotykanych współcześnie rozwiązań automatyzacji t a ś my s p i e k a l n i c z e j , dostrzeo można układy r e g u l a c j i szyhkośoi taśmy, zab ezpieczająoe uzyskiwanie maksymalnej wydajnośoi pro
du k c ji przy konkretnych: własnościach spiekanej mieszaniny i warunkach samego s p ie k a n i a . W układach tych szybkośó posuwu
taśmy s p i e k a l n i o z e j reg ul uj e s i ę zazwyczaj na podstawie r ó ż nych ozynników pozwalających o k r e ś l i ó punkt zakońozenia s p i e kania (np. kontrola wizualna, wykorzystanie przebiegu p r o f i l u temperatur, lub podoiśnienia gazu w komorach ssąc ych , badanie maksymalnej wydajnośoi s p i e k a n i a , ozy t e ż stosunku i l o ś c i go
towego spieku do i l o ś c i spieku zwrotnego, i t d . ) [2] [3] [4] . Wyróżniająoą cechą obeonych UAR szybkości taśmy s p i e k a l n i c z e j j e s t f a k t , że r e g u l a c j ę prowadzi s i ę po zakończeniu pro- oesu s p i e k a n i a , a nie w t r a k c i e jego przebiegu, 00 w efekcie:
wprowadza do układu r e g u l a c j i opóźnienie transportowe.
Ponadto w obecnych rozwiązaniach nie spotyka s i ę układów r e g u l a c j i j a k o ś c i produktu, ok re śl a n ej odpowiednią porowatoś
c i ą , wytrzymałością i redukoyjnośclą spieku. Przeprowadza s i ę jedynie okresowo kontrolę w łasn ości spieku i na t e j podstawie koryguje s i ę sk ład spiekanej mieszaniny oraz warunki prowadze
nia procesu.
Wobeo w/w względów zaproponowano inne rozwiązanie automaty
z a c j i taśmy s p i e k a l n i c z e j .
3. I s t o t a proponowanego rozwiązania
Na r y s . 2 przedstawiono taśmę s p ie k a ln io z ą jako dwuwymiarowy obiekt r e g u l a c j i ze sprzężeniami skrośnymi. Wielkości w e jś o i o - we obiektu t o : szybkośó posuwu taśmy s p i e k a l n i o z e j oraz s t o pień otwaroia klap komór ssących. Jako w ielk ośoi wyjśoiowe obiektu p r z y j ę t o : położenie punktu zakońozenia spiekania oraz położenie s t r e f y s p i e k a n i a . Regulaoję w ie lk o śo i wyjściowych
296 Bogusław Wojciechowski (kon kretn iej :ich s t a b i l i z a c j ę ) dokonuje s i ę przy pomocy dwóch obwodów regulacy jn ych , uzupełnionych przez dwie pętle sp rz ę
żeń kompensujących.
Dzięki tym sprzężeniom j e s t to układ r e g u l a c j i autonomicz
n e j .
Proponowany układ podwójnej r e g u l a c j i taśmy s p i e k a l n i c z e j zabezpiecza maksymalną wydajnośó procesu przy zadanej j a k o ś c i spie ku.
I s t o t a pracy układu polega na następującym: mieszanina po
dawana na taśmę sp i e k a l n i o z ą posiada znaczny ro zrzu t parame-
Rys. 2. System podwójnej r e g u l a c j i automatycznej taśmy s p i e k a l - oze j
trów charakteryzujących zestaw ohemiczny i przewlewnośó w każ
dej mikro- i makroobjętoścl, i odpowiednio do te go, mieszanina ułożona na taśmie, w każdej t a k i e j elementarnej o b j ę t o ś c i wyma
ga swojego optymalnego reżimu s p i e k a n ia . Dlatego w ramach uk ła
du podwójnej r e g u l a c j i automatycznej przewidziano dwa rodzaje, r e g u l a c j i :
- automatyczną r e g u l a c j ę szybk ości taśmy s p i e k a l n i c z e j dla uśrednionej c h a ra k t e ry st y k i przewiewności c a ł e j mieszani
ny ułożonej na taśmie oraz
- automatyczną r e g u l a c j ę intensywności spiekania - dla od- dzielnyoh odcinków taśmy s p i e k a l n i c z e j (na podstawie po
łoż en ia s t r e f y s p i e k a n i a ) .
Przyczynek do problemu r e g u l a c j i taśmy.. 297 Y/ ten sposób automatyczna r e g u l a c j a szybk ości taśmy dla uśrednionej przewiewnośol mieszaniny zabezpiecza j e j maksy
malną wydajność, natomiast automatyczna r e g u l a c j a intensyw
n o ś c i spiekania na poszczególnych odcinkach taśmy - odpowied
n ią jakość spie ku.
Poniżej rozpatrzono pracę obu obwodćlw regulacyjnych.
4. Cel układu r e g u l a c j i intensywnośol spiekania
Istotnym zagadnieniem w pro ces ie spieka nia j e s t uzyskanie w dużej mierze jednorodnego spieku. Jednorodność tę uzyskuje s i ę poprzez utrzymywanie stałyoh w łas no ści fizykochemicznych
spiekan ej mieszaniny (np. sk ład chemiczny, s to pie ń g r a n u l a c j i materiałów, i l o ś ć spieku zwrotnego), ja k również zabezpiecze
nie jednakowych warunków termicznych s p i e k a n i a , dla każdej mikroobjętośoi mieszaniny. Warunki termiczne zmieniają s i ę wzdłuż c a ł e j taśmy ze względu na c i ą g ł y wzrost temperatury.
Łąoznie ze wzrostem temperatury, rośn ie również pionowa szyb
kość s p i e k a n i a . Zmiany zaś szybk ości spiekania powodują uzy
skiwanie spieku o różnych własnośćiaohi.
Reasumując: choąc uzyskać jednorodny spi ek należy zabezp - czyó m. i n . s t a ł ą szybkość s p i e k a n i a . Cel ten zabezpieoza pro
ponowany układ. Idea układu polega na tym, ażeby n iez al eżn ie od zmian temperatury s t r e f y s p i e k a n i a , utrzymać drogą odpo
wiednich zmian podciśnienia w komorach ssących jednakową in
tensywność spie kan ia wzdłuż c a ł e j taśmy.
5. Stru ktura UAR intensywności spieka nia
Regulacja intensywności procesu spieka nia oparta j e s t na wyko
r z y s t a n i u sygnału wyrażającego rozbieżność między zadanym i faktyoznym położeniem s t r e f y spieka nia - w trzech wybranych punktach wzdłuż d ł u g o ś c i taśmy ( r y s . 3 ) . W tym celu korzysta s i ę z odpoYilednich czujników elektromagnetycznych C, których zasada pracy opiera s i ę na pomiarze zmian oporu magnetycznego spi ekane j warstwy. Korekcję położenia s t r e f y spie kan ia uzys
kuje s i ę poprzez zmiany podciśnienia w komorach ssących, po-
2 98 Bogusław Wojoieohowski
r\
o
«
UAR intensywności spiekaniamieszaniny
Przyczynek do problemu r e g u l a c j i t a ś m y . . . 299 wodując tym samym odpowiednio: zwiększenie lub zmniejszenie pionowej sz ybk ośc i s p i e k a n i a .
Zasadniczymi zakłóceniami dla TJAR Intensywności spie kan ia s ą : zmiany podciśni eni a w komorach ssących powodowane zmienną przewlewnośoią warstwy spiekanej mieszaniny, n i e s z c z e l n o ś c i ą urządzeń i zmiennym obciążeniem wentylatora wytwarzającego pod
c i ś n i e n i e oraz zmiany szybk ości posuwu taśmy.
Pierwsze z tyoh zakłóoeó tzn. zmiany pod ciśnie nia w komo
rach ssąoyoh eliminuje s i ę poprzez wprowadzenie układów aut o
matycznej s t a b i l l z a o j i podciśnienia dla k a ż l e j z komór s s ą cych o numeraoh od 1 do 12. Mierzy s i ę w tym oelu p o d c iś n i e nie w komorze i - t e j przy pomooy ozujnika P i porównująo z w a r t o ś c i ą zadaną x lza(j wprowadza odpowiedni sygnał błędu na r e g u l a t o r R^. Regulator R^ s t e r u j e elementem wykonawczym S, powodująo wymaganą nastawę stopnia otwarcia klapy u2 i w komo
rze i - t e j ( r y s . 4 ) . Dodaó n al eży, że komory ssąoe maszyny s p i e k a l n i c z e j podzielono na trzy grupy (komory o numeraoh 1—4, 5-8 1 9 -1 2) . Każda więo z grup zawiera po oztery komory. P r z y j- mująo, źe oała maszyna posiada 15 komór ssąoyoh - trzy o s t a t nie przeznacza s i ę dla pomiaru punktu zakończenia s p ie k a n ia .
Drugie zakłóoenie dla rozpatrywanego UAR, jakim s ą zmiany szybkośoi posuwu taśmy u^ - eliminuje s i ę poprzez wprowadzenie sygnału kompensująoego z elementu do r e g u l a t o r a nadrzędnego RNj. Regulator RN^ wypracowuje na podstawie różnicy między rzeczywistym położeniem s t r e f y sp ie kan ia y2 j i Jego war to śoi ą
zadaną y 2 j z a a w7maSane w a r t o ś c i podciśnienia x ^ za(j w komorach ssących j - t e j grupy.
W sumie w ramach UAR intensywności s p i e k a n i a , dla każdej grupy komór ssąoyoh przewidziano układ o strukturze układu kaskadowego z dodatkowym sprzężeniem kompensującym. Na ry3 . 4 podano przykładowo schemat struktu ralny układu r e g u l a c j i dla pierwszej grupy komór. ( B l o k i opatrzone l i t e r ą G oznaczają tran smitancje odpowiedniob elementów przyjęteg o modelu obiek
tu) .
300 Bogusław Wojol<oh cm s k i
Rys.4.SohematstrukturalnyÜAR intansywnoáoi spiekaniamieszaniny
Prz.yog.ynek do problemu r e g u l a c j i taśmy 301 6« UAR szybk o śc i posuwu taśmy s p i e k a l n l o z e j
Podstawowym zadaniem UAR szybk ośc i posuwu taśmy j e s t zsynchro
nizowanie t e j w le lk o ś o i z pionową szybkośoią spieka nia warstwy mieszaniny.
Zaproponowano automatyczną r e g u l a o j ę sz ybk ośc i taśmy s p i e k a l n i c z e j dla uśrednionej c h a r a k te r y s t y k i przewiewnośoi c a ł e j mieszaniny. Z ułożonej na maszynie s p i e k a l n i c z e j ( r y s . 5 ) . Prze- wiewnośó warstwy mieszaniny j e s t tym parametrem, który deoy- dująoó wpływa na pionową szybkośó s p i e k a n i a . Poza tym parametr ten można raierzyó przed procesem spi ekan ia wykorzystując w tym oelu pomiar przepływu gazu zassanego do komory zerowej umlesz- ozonej przed piecem zapłonowym. Dla uwzględniania zmian charak
t e r y s t y k fizykochemicznych mieszaniny podawanej na taśmę, s t o s u j e s i ę sprzężenie zwrotne po zakończeniu prooesu s p ie k a n i a , które koryguje wartośó zadaną szybk ości taśmy. W sp rz ę
żeniu tym wykorzystuje s i ę sygnał reprezentująoy z i d e n t y f i k o wany (na podstawie w a r t o ś c i temperatur gazu w trzech osta tn ic h komorach ssąoyoh - t ^ , t ^ ) punkt zakończenia spiekania y ^ . Oprócz zmian przewiewności warstwy, zaburzeniem dla opisy
wanego UAR s ą również zmiany podciśni eni a w komorach ssąoyoh.
W związku z tym wprowadza s i ę sprzężenie kompensujące to zakłó^
oenie, wykorzystując w tym ce lu sygnał podająo.y średnie podc iśn ieni e w komorach ssących.
W proponowanym układzie r e g u l a c j i , szybkośó taśmy nie z a l e ży od g ru bo śc i warstwy mieszaniny, ponieważ zakłada s i ę i s t n i e nie noża z g a r n ia j ą c e g o , zapewniająoego s t a ł ą grubośó warstwy.
UAR sz ybk ośc i posuwu taśmy s p i e k a l n i c z e j przedstawia sobą s t ru kt ur ę tzw. układu zamknięto- otwartego ( r y s . 6 ) . Model obiektu r e g u l a c j i składa s i ę z dwóoh elementów liniowych i K2 oraz dwóch elementów nieliniowych i N,> wyraża'jąoyoh za- leżnośó położenia punktu spiekania y^ od zakłóceń jakimi s ą : zmiany przewiewnośoi warstwy - Z i zmiany podciśnienia w ko
morach ssących Wielkości yw, yz i yx - to składowe y^
odpowiednio ze względu na: szybkośó posuwu taśmy, przewiewnośó warstwy 1 podciśnienie w komorach ssących. Blok i "1" i "2" s t a
nowią modele c z ę ś o i nieliniowych obiektu i N2 , umożliwiając
302 Bogułaaw Wojoleohowskl
Rys* 5«UAR szybkośoi posuwu taśmy spiekalniczej
Przyczynek dc problemu r e g u l a c j i taśmy. 303 a n a l i z ę układu jako liniowego obwodu r e g u l a c j i . Na r e g u la t o r R podaje s i ę różnicę rzeczywistego i zadanego położenia punktu
Rys. 6. Schemat st ru ktu raln y UAR szybk ości posuwu taśmy s p i e k a l n i c z e j
zakońozenia spieka nia oraz sygnały od zakłóceń poprzez b l o k i kompensująoe i M^. Regulator R s t e r u j e wzbudzeniem genera
tora w napędzie taśmy s p i e k a l n i c z e j , uzyskująo odpowiednie ,zmiany prędkości posuwu taśmy.
LITERATURA
[i ] Rurański S t . - Zarys mechanizacji i automatyzaoji w hut
nictwie ż e l a z a , Katowice 1967, " Ś l ą s k " .
[2] Klimowio.kij M.D., Kopełowioz A.P. - Awtomatiozeskij kon- t r o l i re g ul ir o wa ni je w czernoj m e t a ł ł u r g i i - Sprawocznlk, Moskwa 1967 Izd . " M e t a ł ł u r g ia " .
[3] Le cler go P . , Xardel G. - L'automatisme de la ohaine d ’ a g - glomeration de l ’ usine D’ Homeoourt (SIDELOR) Rev. M etali, Vol. 60, nr 6, 1963.
304 Boguslaw Wo,-joieohow3ki [4] Tunny W.I. - Control and Instrumentation fo r a new s i n
t e r i n g p l a n t , Iron S t e e l Engr. Vol. 39, nr 9/1963.
[5] Kazuto Togino - The -Government Mechanical Laboratory Tokyo, Japan, Sampling C on troller s Pace Japanesse S i n t e r i n g M il l, Control Engr. May 1964.
