2.1.1. Cấu tạo lò nung
Lò nung của nhà máy sản xuất dây điện từ Ngô Han là loại lò đốt liên tục sử dụng dầu, kiểu đáy bƣớc, có công suất nung 50 tấn/h.
- Kích thƣớc lò:
+ Chiều dài nội/ngoại lò: 13490mm/14300mm + Chiều rộng nội/ngoại lò: 12800mm/14200mm + Chiều cao ống khói: 48m
- Kích thƣớc phôi: 120 x 120 x 6000 đến 12000mm 130 x 130 x 6000 đến 12000mm Giai đoạn II cán phôi: 150 x 150 x 6000 đến 12000mm
- Phôi đồng là đồng Cathod tấm đƣợc đƣa vào trong lò nung, nhiệt độ ra phôi là: 10500 – 11800
C.
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng hai loại dầu Diezen đốt lò đến nhiệt độ 4000 – 4500C sau đó chuyển sang dùng dầu FO (Fuel Oil) nhiệt trị 9600Kcal/kg. Tiêu hao dầu FO bằng 26kg/TSP. Lò gồm có 16 mỏ đốt: 10 mỏ đốt đầu lò và 6 mỏ đốt bên. Nạp phôi hông lò có thiết bị cân bằng. Ra phôi hông lò bằng đƣờng con lăn trong lò, bằng thiết bị kích, nâng chuyển phôi. Số lƣợng con lăn: bao gồm 9 con lăn động cơ độc lập.
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
Hình 2.1. Lò nung
O : Mỏ đốt ▌: Chốt chặn TĐN : trao đổi nhiệt
TT1 : Bộ tập trung khí thải TT2 : Bộ tập trung khí nóng
Kick-off : Tay nâng phôi tới dãy con lăn
KK ra : Không khí ra đƣợc đƣa tới các vùng mỏ đốt
Phôi đƣợc đƣa liên tục vào lò, tùy theo yêu cầu cán và nhiệt độ cần thiết đạt đƣợc mà phôi sẽ đƣa đƣợc ra lò. Chia theo chức năng thì lò gồm 2 phần: phần sấy và phần nung. Qua dãy con lăn và các tay nâng đầu vào, phôi dần dần đƣợc chuyển tới phần sấy sau đó tới phần nung. Đầu lò đƣợc sử dụng để xác định vị trí hiện tại của phôi
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
tại cửa ra. Phôi đƣợc lấy ra thông qua các tay nâng kick – off1, kick – off2 tới dãy con lăn đầu ra. Chốt chặn trung gian đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp lò nung tiếp nhận phôi có chiều dài 6m, nhằm ngăn không cho phôi sau va vào phôi trƣớc trên dãy con lăn đầu vào. Chốt chặn sau để xác định vị trí cuối cùng của phôi trƣớc ở trong lò.
Khi phôi đã nằm gọn trong lò, cửa lò đóng lại, máy tống chuyển phôi vào đáy lò. Phần sấy đƣợc tính từ đó cho đến trƣớc vách ngăn hình vòm. Phần này có hai mỏ đốt, nhiệt độ không cao lắm.
Hình 2.2. Cấu tạo mỏ đốt lò nung
Phần nung là phần quan trọng nhất của lò. Phần này quyết định chất lƣợng phôi ra cán, đảm bảo các tính chất cơ lý cần thiết của phôi. Ở đây có sự xuất hiện của các mỏ đốt, nhiệt độ tại đây có thể thay đổi đƣợc thông qua việc điều chỉnh các thông số đầu vào của mỏ đốt. Chẳng hạn để tăng nhiệt độ ngƣời ta sẽ có thể điều chỉnh tăng lƣu lƣợng dầu đƣợc bơm vào lò.
Lò gồm 4 vùng: Nung sơ bộ (1), nung cục bộ (2) và nung đều nhiệt (3, 4). Các khoang nung không có ranh giới rõ ràng, đó là vùng xung quanh các mỏ đốt. Tại mỗi vùng các mỏ đốt đƣợc điều chỉnh sao cho các thông số đầu vào là nhƣ nhau.
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
-Vùng (1) đƣợc tính từ sau vách ngăn hình vòm cho đến mỏ đốt đầu tiên, sử dụng duy nhất một mỏ đốt ở mỗi bên, lƣu lƣợng dầu tối đa 550 lít/h. Nhiệt độ vùng (1) khoảng 700÷8000
C.
- Vùng (2) tập trung hai mỏ đốt ở hai bên, lƣu lƣợng dầu tối đa 1100lít/h. Đây là vùng quan trọng nhất chi phối nhiệt độ lò. Điều khiển cũng tập trung chủ yếu ở đây. Nhiệt độ vùng (2) là khoảng 12000
C.
- Vùng (3, 4) tập trung nhiều mỏ đốt nhất, có đến 10 mỏ đốt đƣợc tập trung đây, vùng này đảm bảo nhiệt độ của phôi ra cán đồng đều, nhiệt độ vào khoảng 11500C. Đây là vùng duy trì và ổn định nhiệt độ của phôi ra cán, lƣu lƣợng dầu tối đa là 285lít/h.
Trong thực tế tùy thuộc vào loại phôi (phôi nóng hay phôi nguội), công suất cán mà vùng (1) có thể đƣợc sử dụng hay không. Các vùng còn lại luôn đƣợc hoạt động.
Bộ trao đổi nhiệt nằm trên đƣờng ra của kênh khói, có nhiệm vụ tận dụng sức nóng của khí thải để sấy nóng không khí trƣớc khi đƣợc đƣa vào lò thông qua các mỏ đốt. Trƣớc và sau bộ trao đổi nhiệt có các sensor cảm biến nhiệt độ (can nhiệt) cung cấp các thông tin về điều khiển nhằm duy trì nhiệt độ ổn định cần thiết cho bộ trao đổi nhiệt. Thông thƣờng nhiệt độ trƣớc trao đổi nhiệt vào khoảng 5000
C, sau trao đổi nhiệt vào khoảng 4500C. Van xả khí nóng đƣợc sử dụng khi thấy nhiệt độ tại đây cao quá giá trị cho phép.
Kênh khói có nhiệm vụ để thoát khí thải của lò. Gồm bộ tập trung khí thải (TT1), ống khói, đƣờng dẫn khí thải và van xả kênh khói. Van xả kênh khói có nhiệm vụ đóng mở kênh khói khi cần thiết nhằm duy trì áp suất trong lò ổn định 0,80kg/N. Ngoài ra khi cần thiết việc giảm bớt độ mở của kênh khói còn có tác dụng giữ nhiệt cho lò.
Kênh khí không khí (gió) mát ngoài trời đƣợc đƣa tới bộ trao đổi nhiệt, tại đây nó đƣợc sấy nóng sau đó chuyển tới bộ tập trung khí nóng (TT2). Van xả 2 hoạt
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
động để xả bớt khí nóng ra ngoài nhằm hạ nhiệt độ của khí nóng đƣợc duy trì ở 350°C. Van xả 1 trích một phần khí mát ra ngoài thông qua kênh khói nhằm hạ áp trên kênh khí.
Hệ thống nƣớc làm mát nƣớc đƣợc sử dụng để làm mát dãy con lăn đầu vào, dãy con lăn đầu ra, các cánh tay nâng kick-off, đầu lò phôi, miệng cánh tay nâng và đầu dò, chốt chặn và máng chứa xỉ. Có hai loại làm mát đƣợc sử dụng là làm mát gián tiếp và làm mát trực tiếp cơ cấu cần làm mát. Duy chỉ có hệ thống làm mát máng xỉ là kiểu gián tiếp thông qua hộp nƣơc có gắn ở bên cạnh, các hệ thống làm mát còn lại sử dụng nƣớc đều thuộc loại trực tiếp.
Hình 2.3. Hệ thống nước làm mát
Nhiệt độ lò nung đạt đƣợc bằng cách điều chỉnh nhiệt độ của dầu nhiên liệu và không khí dùng cho đốt nhiên liệu. Cả hai luồng dầu và khí quyết định đến quá trình đốt: để chọn chế độ nung cần điều chỉnh hợp lý hai luồng dầu và khí trên bằng các van điều chỉnh. Tất cả các van đƣợc điều chỉnh bằng động cơ thủy lực khí nén.
2.1.2. Các yêu cầu điều khiển lò nung a. Điều khiển hoạt động lò nung a. Điều khiển hoạt động lò nung
Điều khiển hoạt động lò nung bao gồm: điều khiển thiết bị nạp/ra phôi, hoạt động bên trong lò nung, đóng mở cửa và khóa liên động an toàn trong khi nạp/ra phôi. Nếu cần thiết, ngƣời vận hành có thể chuyển phƣơng thức điều khiển từ tự động
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
sang bán tự động hay thủ công để điều khiển trực tiếp khu vực. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, hoạt động bên trong lò và nạp/ra phôi đƣợc điều khiển thủ công bởi ngƣời vận hành thông qua bộ nút bấm tại bàn điều khiển đặt trong phòng điều khiển. Khi làm việc ở phƣơng thức tự động, dữ liệu đƣợc trao đổi với hệ thống tự động khu vực máy cán để thực hiện các khóa liên động ngăn việc ra phôi từ lò nung nếu máy cán không sẵn sàng.
b. Điều khiển nhiệt độ và điều khiển đốt
Lò đƣợc chia thành các vùng, nhiệt độ ở mỗi vùng đƣợc điều khiển riêng theo các điểm cài đặt nhiệt độ từ màn hình giám sát lò nung bằng điểu khiển nung, điểu chỉnh khí và lƣu lƣợng nhiên liệu phù hợp đến mỏ đốt.
Điều khiển lò nung đƣợc dựa trên các vòng điều khiển kín, đƣợc thực hiện liên tục bởi hệ thống tự động cơ bản: vòng điều khiển nhiệt độ và vòng điều khiển đốt.
Vòng điều khiển nhiệt độ so sánh nhiệt độ đo đƣợc bằng cặp nhiệt. với nhiệt độ cài đặt ở mỗi vùng và tính toán lƣợng nhiệt cần thiết để có sự tiệm cận giữa giá trị cài đặt và thực tế.
Vòng điều khiển đốt điều chỉnh lƣu lƣợng khí và nhiên liệu đến mỏ đốt sử dụng van điều chỉnh theo đồng hồ lƣu lƣợng để duy trì tỷ lệ nhiên liệu/khí phù hợp (tùy thuộc vào loại nhiên liệu đang đƣợc sử dụng), thậm chí trong các điều kiện chuyển tiếp. Vòng điều khiển đốt đƣợc dựa trên thuật toán giới hạn đôi. Việc kiểm soát nghiêm ngặt tỷ lệ nhiên liệu/khí, cùng với việc kiểm soát khí thừa, bảo đảm hiệu quả nhiệt đốt.
c. Kiểm soát khí thừa
Vì các điều kiện trộn nhiên liệu/khí và hiệu quả thay đổi theo cách không tuyến tính với tải đốt, hệ thống điều khiển tự động kiểm soát khí thừa ứng với tỷ lệ nhiên liệu/khí thuần túy. Điều này đƣợc thực hiện, trên hết, khi tải đốt thấp đƣợc yêu cầu. Kiểm soát khí thừa, tích hợp với điều khiển tỷ lệ nhiên liệu/khí đƣợc mô
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
tả ở trên, bảo đảm hiệu quả nhiệt tốt.
d. Kiểm soát quá áp lò
Kiểm soát quá áp lò nhằm mục đích cung cấp sự phân phối áp suất bên trong lò trơn tru, hơi cao hơn áp suất trong khí quyển một chút để tránh đƣa không khí lạnh và ẩm vào bên trong lò khi mở cửa ra cho việc nạp/ra phôi. Điểm cài đặt cho lƣợng quá áp mong muốn đƣợc duy trì bên trong lò nung đƣợc cài đặt thông qua màn hình giám sát. Cảm biến chênh lệch áp suất đƣợc dùng để kiểm tra áp suất bên trong lò so với áp suất khí quyển. Áp suất bên trong lò đƣợc điều khiển bằng cách sử dụng van kiểu bƣớm trong kênh khói.
e. Kiểm soát áp suất khí đốt
Việc điều khiển áp suất khí đốt nhằm mục đích giữ ổn định áp suất không khí cho đốt. Việc kiểm soát đƣợc dựa trên cảm biến đo lƣờng áp suất khí nóng trong bộ hâm nhiệt chung. Hệ thống điều khiển so sánh giá trị đo đƣợc với giá trị cài đặt thông qua giao diện giám sát và liên tục điều chỉnh vị trí van bên trong quạt khí để đạt đƣợc sự tiệm cận giữa 2 giá trị.
f. Bảo vệ bộ thu hồi khỏi nhiệt độ cao
Nhiệt độ của bộ thu hồi dùng khói lò để nung khí đốt đến từ bên ngoài không đƣợc vƣợt quá mức an toàn. Ngoài ra, nhiệt độ của khí đốt nóng từ bộ thu hồi phải đƣợc giữ càng ổn định càng tốt. Theo thiết kế của lò nung, hệ thống bảo vệ bộ thu hồi đƣợc thực hiện với các chiến lƣợc sau nhằm đạt đƣợc 2 kết quả này. Cặp nhiệt độ đo nhiệt độ của khói sau khi bộ thu hồi đƣợc sử dụng bởi hệ thống điều khiển, để xác định lƣợng khí loãng nguội phù hợp đƣợc thổi từ bện ngoài vào kênh khói trƣớc bộ thu hồi. Lƣu lƣợng khí loãng đƣợc điều khiển thông qua van. Khi nhiệt độ của khói vƣợt quá giá trị ngƣỡng, van khí loãng đƣợc mở ra để giảm nhiệt độ của khói đi qua bộ thu hồi và nhƣ vậy tăng lƣợng nhiệt bị “đánh cắp” từ đó. Ngoài ra, khi nhiệt độ khí nóng đƣợc đo thông qua cặp nhiệt vƣợt quá giá trị ngƣỡng, hệ thống điều khiển bảo vệ bộ thu hồi điều chỉnh van, nằm trong hệ thống thoát khí nóng, để đảm bảo khí nóng thoát ra và tăng lƣợng khí
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
nguội thông qua bộ thu hồi.
g. Bảo vệ mạch làm nguội đáy bƣớc.
Hệ thống bảo vệ đƣợc cấp cho mạch làm nguội đáy bƣớc (bằng nước) bên trong lò nung dựa trên các đặc tính sau:
- Đo lƣu lƣợng nƣớc làm nguội trong ống cấp chính phía sau mạch dầm để hiển thị và báo động nếu lƣu lƣợng nƣớc làm nguội thấp.
- Đo nhiệt độ liên tục và hiển thị (bằng phƣơng tiện chịu nhiệt) tại đầu vào/ra của đƣờng ống nƣớc làm nguội chính.
- Bảo vệ và cảnh báo áp suất nƣớc làm nguội thấp phía trƣớc đầu ra nƣớc làm nguội dầm bƣớc.
- Đo nhiệt độ nƣớc làm nguội dầm bằng các yếu tố nhiệt để hoàn toàn điều khiển tình trạng vận hành dầm.
h. Hệ thống camera theo dõi lò nung
Hệ thống camera cho phép ngƣời vận hành quan sát khu vực ra phôi bên trong lò nung. Camera đƣợc lắp với thấu kính tập trung tĩnh và đƣợc chứa bên trong khung thép không rỉ để bảo vệ khỏi các cú sốc cơ học và thay đổi nhiệt độ.
Khung chứa camera và bệ lắp đặt đƣợc làm nguội bằng nƣớc. Vòi khí nén công cụ đƣợc chuyển đến bộ phận bên trong gần thấu kính để làm nguội bộ kính và ngăn các hạt và bụi không cháy bám vào.
Phần trƣớc của khung lắp một bộ lỗ bịt kín với cửa chớp đƣợc vận hành và xi lanh khí nén. Lƣu lƣợng khí nén đƣợc phun trong lỗ cửa làm ngƣng dòng khí nhiệt độ cao ra trong trƣờng hợp quá áp tạm thời trong lò.
Các van từ điều khiển lƣu lƣợng nƣớc và khí nén.
Khí nén đƣợc làm sạch và đƣợc tách bằng nƣớc và dầu bằng bộ lọc đƣợc lắp bộ giảm áp suất. Hệ thống đƣợc bảo vệ khỏi việc thiếu nƣớc và/ hoặc khí nén: Lƣu lƣợng vào của hai chất làm nguội đƣợc điều khiển bằng công tắc áp suất và công tắc lƣu lƣợng.
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han
kiện an toàn bằng cách đóng cửa chớp ở lỗ cửa phía trƣớc.
Nhiệt độ nƣớc làm nguội cũng đƣợc điều khiển bằng công tắc nhiệt độ điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc làm nguội theo nhiệt độ camera.
Các van từ, công tắc áp suất và lƣu lƣợng đƣợc bao bọc trong tấm kim loại, cũng chứa thiết bị điện cần thiết cho việc lắp và vận hành nhanh và tin cập hệ thống.
i. Dịch vụ hỗ trợ lò nung
Cung cấp kiểm soát các dịch vụ phụ trợ sau cho khu vực:
-Dịch vụ thủy lực đƣợc cấp bởi bộ phận bao gồm bể dầu, bơm, chịu nhiệt và bộ lọc.
- Dịch vụ bôi trơn đƣợc cấp bởi bộ phận bao gồm bể dầu, bơm, chịu nhiệt và bộ lọc.
Nhân viên vận hành buồng điều khiển thông qua trang chuyên dụng và các lệnh có sẵn trên giao diện giám sát để điều khiển các dịch vụ phụ trợ. Nhân viên vận hành sàn xƣởng cũng có thể can thiệp thông qua bàn điều khiển cục bộ đặt bên ngoài.
2.2. Bài toán điều khiển quá trình nung
Qua phân tích ở trên ta thấy bài toán điều khiển lò nung là một bài toán rất phức tạp. Do vậy trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu về điều khiển nhiệt độ để từ đó nâng cao chất lƣợng lò nung. Trƣớc hết ta cần làm rõ các yêu cầu về nhiệt độ đối với từng vùng nung.
2.2.1. Yêu cầu nhiệt độ từng vùng nung 2.2.1.1. Vùng sấy 2.2.1.1. Vùng sấy
Vùng sấy có nhiệt độ khoảng 700 – 8000C, vùng này có nhiệm vụ làm tăng dần nhiệt độ phôi lên tránh tình trạng phôi bị nóng lên một cách đột ngột ở nhiệt độ vùng nung gây nứt tế vi phôi làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng của sản phẩm. Khi chọn chế độ nhiệt độ cho vùng sấy cần chú ý đến tính dẫn nhiệt của kim loại và lý hoá tính của nó.
Đào Đăng Hải Nghiên cứu khảo sát và tích hợp dây chuyền sản xuất dâu điện từ CTCP Ngô Han