Теплотехнический расчет ванны оцинкования

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	6
1.1	Основы горячего оцинкования	9
1.2 Классификация линий горячего оцинкования	10
1.2 Способы нагрева ванн в линиях оцинкования.	10
1.3 Анализ работы линии горячего оцинкования	12
1.3.1 Описание объекта автоматизации (линии горячего оцинкования)	12
1.3.2 Описание линии горячего оцинкования	16
2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ВАННЫ ОЦИНКОВАНИЯ	24
2.1 Теплотехнический расчет ванны оцинкования	24
2.2 Расчет примыкающего индуктора	31
2.2.1 Общие вопросы расчета примыкающих индукторов	31
2.2.2 Выбор основных конструктивных решений	32
2.2.3 Определение основных параметров	34
2.2.4 Расчет электрических и энергетических величин	35
2.2.5 Определение числа витков и выбор индуктирующего провода	39
2.2.6 Расчет магнитопровода	40
2.2.7 Уточнение электрических и энергетических величин	41
2.2.8 Расчет теплоизоляции	42
2.2.9 Расчет мощности конденсаторных батарей	44
2.3 Математическое моделирование системы низкотемпературного индукционного нагрева в программном комплексе Elcut	45
2.3.1 Описание программного комплекса Elcut.	45
2.3.2 Создание геометрической модели и задание свойств материалов	46
2.3.3 Решение задачи магнитного поля переменных токов	49
2.3.4 Решение задачи нестационарной теплопередачи	54
2.3.5 Поиск оптимального размещения индукторов для обеспечения равномерного нагрева ванны оцинкования	57
Выводы по разделу	61
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ВАННЫ ОЦИНКОВАНИЯ	62
3.1 Определение передаточных функций системы	62
3.1.1 Построение функциональной схемы системы управления нагревом ванны оцинкования	62
3.1.2 Определение передаточных функций основных элементов системы автоматического управления	64
3.1.4 Составление структурной схемы и нахождение передаточной функции системы	69
3.2 Анализ системы управления	71
3.2.1 Анализ устойчивости по алгебраическим критериям	71
3.2.2 Анализ устойчивости по частотным критериям	72
3.2.3 Построение переходного процесса и определение показателей качества системы	77
3.2.4 Построение АЧХ и ФЧХ системы и определение запасов устойчивости	79
3.3 Синтез системы управления	82
3.3.1 Построение желаемой ЛАЧХ и определения параметров корректирующего звена	82
3.3.2 D – разбиение	86
3.3.3 Выбор закона регулирования	87
Выводы по разделу	94
4 РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ	95
4.1 Выбор технических средств автоматической системы	95
4.1.1 Подбор первичных преобразователей и датчиков	95
4.1.2 Подбор управляющих устройств	100
4.2 Разработка схем управления линией оцинкования	121
4.2.1 Разработка структурной схемы управления	121
4.2.2 Разработка принципиальной электрической схемы	124
4.2.3 Разработка функциональной схемы автоматизации	130
4.3 Разработка программной части	131
4.3.1 Разработка алгоритма работы линии оцинкования	131
4.3.2 Конфигурирование входов – выходов контроллера ПЛК 160 и модулей аналогового и дискретного выводов	134
4.3.3 Реализация системы управления процессом оцинкования	136
4.3.4 Визуализация процесса оцинкования	137
Выводы по разделу	137



























ВВЕДЕНИЕ
     Одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время является повышение долговечности и надежности конструкций, изделий и построек. Трудно себе сейчас представить какую-либо область человеческой деятельности, где в той или иной мере не использовались бы изделия из металла. Многостороннее применение данного материала обусловлено редкостным сочетанием большого количества полезных свойств.   Большинство металлов представляют собой материалы, способные воспринимать большие нагрузки при небольших сечениях, обладающие высокой прочностью, хорошими тепло- и электропроводящими свойствами. 
     Однако имеется ряд недостатков, одним из которых является подверженность коррозии, что значительно сокращает срок службы металлических изделий. В результате коррозии разрушаются корпуса судов, морские сооружения, металлические части машин, трубопроводы, цистерны и т.д. Это приводит к большим материальным, а иногда и людским потерям. 
     По данным Института химии РАН в России в год производится 47 миллионов тонн проката черного металла, 12 % из которых уничтожает коррозия. Государство терпит значительные потери (сотни миллионов рублей в год), что оказывает отрицательное влияние на экономические показатели страны. По оценкам специалистов потери составляют 2 – 6 % валового национального продукта.
     С целью увеличения срока службы металлоконструкции подвергают различным видам обработки, одним из которых является покрытие металла слоем цинка, толщина которого зависит от условий эксплуатации изделия. Оцинкование горячим способом – один из распространенных методов оцинкования. К достоинствам данного способа относятся  высокая  прочность
защитного слоя и способность покрытия самовосстанавливаться.
     Вместе с тем, горячее оцинкование является весьма энергозатратным процессом, поэтому разработка и внедрение высокоэффективных способов нагрева, а также создание автоматизированной системы управления линии оцинкования позволит достичь экономии электроэнергии и других видов энергетических ресурсов, улучшить качество покрытия, снизить себестоимость процесса оцинкования и стоимость конечного продукта. 
     Актуальность темы выпускной квалификационной работы подтверждается наличием проблем, связанных с обеспечением равномерного нагрева ванн в линиях оцинкования, надежностью работы отдельных узлов оцинковального стана, а также системой управления, построенной на основе морально устаревших компонентов.
     Цель работы: повышение эффективности и надежности работы линии оцинкования за счет применения современной автоматизированной системы управления, обеспечивающей высокое быстродействие с учетом изменяющихся условий и нелинейности системы. 
     Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
     1. Сбор и обобщение информации в предметной области. Анализ объекта автоматизации с обоснованием и выбором проектного решения.
     2. Определение оптимальной конструкции и размещения индукторов для обеспечения равномерного нагрева ванн в линиях оцинкования.
     3. Математическое и имитационное моделирование системы управления процессом нагрева.
     4. Выбор технических средств автоматизации: первичных преобразователей, управляющего процессора, исполнительных устройств.
     5. Создание структурной, функциональной и принципиальной схем системы автоматического управления.
     Объектом исследования является система управления линией горячего оцинкования.
     Предметом исследования является комплекс мер, направленных на разработку оптимальных настроек законов управления исполнительными механизмами.
     Новизна работы заключается в создании высокоэффективных алгоритмов управления исполнительными устройствами линии оцинкования.
     Практическая ценность работы заключается в разработке системы автоматического управления линией оцинкования, обеспечивающей сбор, анализ и обработку сведений о ходе технологического процесса, автоматическое регулирование процесса нагрева ванн в линии.






















1.1 Основы горячего оцинкования 
     Горячее оцинкование является наиболее распространенным способом нанесения защитных покрытий на стальные изделия. Суть метода заключается в погружении предварительно обезжиренной и протравленной конструкций или изделий в ванну с расплавом цинка (температура расплава 440 – 460 0С). Толщина слоя наносимого покрытия зависит от времени погружения и температуры расплава. Перед погружением в расплав цинка изделия проходят участок флюсования, где на поверхность изделия наносится флюс (представляет собой смесь хлористых аммония и цинка). Назначение флюса заключается в удалении с поверхности изделия продуктов реакций, возникших при взаимодействии железа с травильными растворами, а также окислов, возникших при взаимодействии с воздухом.
     К достоинствам данного метода можно отнести:
     - высокая коррозионная стойкость;
     - надежное «скрепление» слоя цинка с поверхностью защищаемого изделия;
     - способность к самовосстановлению, заключающаяся в постепенном восстановлении поврежденного участка (если данный участок имеет незначительные размеры);
     - высокая тепло- и электропроводность покрытия;
     - устойчивость перед жидкостями (в 5-6 раз превышает устойчивость поверхности при применении других способов оцинкования).
     Вместе с тем можно выделить ряд недостатков:
     - неравномерная толщина покрытия (для нанесения равномерного покрытия требуется обеспечение равномерного нагрева по объему ванны);
     - размер детали, подвергающейся оцинковке ограничивается размером имеющихся на производстве ванн;
     - большие энергозатраты при нагреве ванн, связанные с потерями в процессе нагрева.
1.2 Классификация линий горячего оцинкования
     Все линии горячего оцинкования можно разделить:
1) линии оцинкования метизов и мелкогабаритных изделий;
2) линии оцинкования крупногабаритных изделий;
3) линии оцинкования стальной полосы;
4) линии оцинкования стальной проволоки.
      
      
      
      




1.2 Способы нагрева ванн в линиях оцинкования.
1.2.1 Пламенный способ нагрева
     При пламенном способе нагрева в качестве топлива может использоваться мазут, уголь или газ. При электрическом способе – нихромовые спирали и индукционные нагреватели.
     При пламенном способе нагрева с использованием угля в качестве топлива возникает ряд проблем []:
     1) не обеспечение должного срока службы ванны оцинкования (менее 1 года);
     2) отсутствие возможности автоматического регулирования температуры расплава;
     3) наличие ручного труда при загрузке и подготовке угля;
     4) присутствие большого количества твердых и газообразных выбросов, возникающих при сжигании угля. 
     В настоящее время нагрев ванн оцинкования углем фактически не применяется, за исключением Китая, где большие запасы угля, а также отдельных областей России, где использование газа невозможно. 

     Применение мазута в качестве топлива имеет ряд преимуществ по сравнению с углем:
     1)  высокая теплотворность;
     2)  малое содержание золы (0,3 – 0,5 %);
     3)  возможность осуществления радиационного теплообмена в рабочей зоне горелки в случае получения светящегося пламени;
     4)  более равномерный нагрев по объему ванны (по сравнению с углем).
Вместе с тем нагрев мазутом имеет ряд недостатков:
     1) высокие требования к стабильности и качеству состава мазута (иначе форсунка горелки быстрее закоксовывается и длительность процесса горения увеличивается;
     2) повышение содержания серы в процессе горения (до 3,5 %);
     3) требование к созданию камеры сгорания, обусловленное тем, что пламя форсунки имеет высокую температуру, и перед подачей к стенкам ванны температура дыма должна быть снижена;
     4) сложность достижения точного значения температуры;
     5) повышенные требования в технике безопасности.
     Пламенный способ нагрева с применением газа является одним из самых распространенных. Это обусловлено рядом его преимуществ, основным из которых является малая стоимость, а также доступность данного вида топлива.
     Для нагрева ванн оцинкования используют 4 типа газовых горелок:
     1) плоскопламенные горелки;
     2) высокоскоростные горелки;
     3) горелки, работающие с принудительной циркуляцией газа;
     4) многогорелочные установки.
     Остановимся более подробно на каждом из перечисленных типов. 
     Плоскопламенные горелки (рис. 1. ).

     Рисунок 1. – Внешний вид плоскопламенной горелки ГПП
     В настоящее время плоскопламенные горелки наиболее широко используются, что связано с простотой конструкции горелки.  Располагаются горелки по бокам длинных сторон или под днищем ванны. При этом пламя может направляться непосредственно на стенку (в этом случае уменьшается срок службы ванны) или на металлический лист, который путем излучения отдает тепло стенкам ванны (при этом увеличиваются потери и как следствие, общая мощность, подводимая к ванне). Наиболее предпочтительным является использование большого количества мелких горелок, что позволяет уменьшить неравномерность распределения температуры, скорость образования гартцинка и увеличить срок службы ванны.
     Многогорелочные устройства (рис. 1. ) позволяют избежать местного перегрева и достичь равномерного нагрева. Это осуществляется за счет размещения вдоль стенок ванны по несколько тысяч микрогорелок (на расстоянии по 8 см между горелками в каждом ряду и по 30 см между рядами). Микрогорелки имеют простую структуру и не забиваются золой. Их замена возможна при замене ванны.
     Существенным недостатком рассмотренных горелок является малая теплоотдача от воздуха к металлу, что обусловлено ограниченностью пути прохождения горячего воздуха вдоль стенок ванны.
     Горелки с принудительной циркуляцией (рис. 1. )
     
     Данные устройства состоят из камеры, где происходит процесс сгорания топлива, и специального воздушного канала, окружающего ванну оцинкования, по которому циркулирует горячий воздух, нагнетаемый специальным вентилятором.  При выходе из ванны газы сгорания уже с пониженной температурой попадают в теплообменник, нагревая воздух, подаваемый в камеру сгорания.
     Высокоскоростные горелки (рис. 1. )
     
     Система нагрева состоит из четного числа горелок, которые обычно располагаются по диагонали по углам ванны (рис. 1. ). Система спроектирована таким образом, что газы, образовавшиеся в результате сгорания, перемещаются с очень высокой скоростью вдоль поверхности ванны. При этом требуется меньшее число горелок для нагрева того же объема расплава.
1.2.2 Электрический способ нагрева
     
     Электрический способ нагрева делится на нагрев сопротивлением и индукционный нагрев.
     Нагрев сопротивлением.
     
     В качестве нагревательных элементов при нагреве сопротивлением используются нихромовые спирали, работающие в диапазон температур до 1100 0С. Спирали располагают по бокам ванны или под ее дном. Во избежание перегрева в углах ванны спирали растягивают.
     
     
     

1.3 Анализ работы линии горячего оцинкования
1.3.1 Описание объекта автоматизации (линии горячего оцинкования) 
     Агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ), установлен на Орловском заводе ОАО «Северсталь-метиз» в термоцинковальном отделении сталепроволочного цеха №2 (СПЦ№2) []. Технология разработана в Люксембурге, привезена в Орел 1974 году. Стан модернизирован в 2000 году. Заменена тягово-намоточная система агрегата на современную, финляндской фирмы KOH. На сегодняшний день – это уникальный агрегат, с высокой производительностью, возможностью выпуска оцинкованной проволоки различного диаметра: 2,5-2,8; 2,21-2,49; 1,6-2,2; 0,8-1,59 мм. Производственный комплекс на сегодняшний день частично автоматизирован.
     Тем не менее, агрегат имеет ряд нерешенных проблем, относящихся к качеству покрытия, устойчивости и стабильности отдельных узлов и механизмов. Наличие подобного рода проблем обусловлено с одной стороны: физическим и моральным износом отдельных узлов стана, с другой стороны: технологией и работой механического оборудования, настройкой электроприводов.					
     Вся технологическая линия состоит из 3 секций: размоточная, технологическая и намоточная (рис. 1. ).

     Рисунок 1. – Технологическая схема АНГЦ: размоточная секция:                                        1 - размоточный агрегат, 2 – направляющий валок; технологическая секция:             3 – устройство предварительного нагрева проволоки, 4 – ванна обезжиривания; 5 – ванна отжига, 6 – ванна охлаждения с душированием оборотной водой, 7 – ванна травления, 8 – обтир, воздушный сдув, 9 – ванна промывки в оборотной воде, 10 - обтир, воздушный сдув, 11 – участок флюсования, 12 - обтир, воздушный сдув, 13 – проходная сушилка, 14 – ванна оцинкования, 15 – ванна охлаждения в оборотной воде, 16 – установка омыления; намоточная секция: 17 - намоточный агрегат.
     1. Размоточная секция состоит из размоточного агрегата и направляющего валка. 
     Размоточный агрегат (рис.1. , поз.1) не оснащен электроприводом. На металлических шпилях крепятся сменные бобины с проволокой. Размотка осуществляется путем снятия проволоки с вращающейся бобины под действием силы тяги намоточного агрегата. Направляющий валок (рис.1. , поз.2) также не оснащен электроприводом.
     2. Технологическая секция состоит из устройства предварительного нагрева проволоки, ванны обезжиривания, ванны отжига, ванны охлаждения с душированием оборотной водой, ванны травления, устройства обтира и воздушного сдува, ванны промывки в оборотной воде, устройства обтира и воздушного сдува, участка флюсования, устройства обтира и воздушного сдува, проходной сушилки, ванны оцинкования, ванны охлаждения в оборотной воде устройства омыления. 
     Устройство предварительного нагрева (рис.1. , поз.3) осуществляет нагрев проволоки до температуры 100 - 120 0С отходящими газами ванны оцинкования.
     Ванна обезжиривания (рис.1. , поз.4). В качестве основного элемента используется свинец при температуре 490 – 510 0С, а также засыпка – молотый антрацит фракцией 5 – 15 мм, толщина фракции 80 - 120 мм. Нагрев свинца в ванне обезжиривания осуществляется пламенным способом. Под днищем ванны находится полость, где размещены 3 газовые горелки. Горелки расположены определенным образом, так, чтобы с одной стороны технологически процесс протекал более удачно (свинец нагревался больше посередине и у первого края ванны), а с другой стороны, чтобы износ (прогар) дна был наименьшим. 
     Ванна отжига (рис.1. , поз.5). В качестве основного элемента используется свинец при температуре 700 – 720 0С, а также засыпка – молотый антрацит фракцией 5 – 15 мм, толщина фракции 80 - 120 мм.
     Ванна охлаждения с душированием оборотной водой (рис.1. , поз.6), подача воды в которую осуществляется жидкостным насосом.
     Ванна травления (рис.1. , поз.7): массовая концентрация HCl - 100-150 [г/л], FeCl2 – не более 130 [г/л], температура раствора 45 – 50 [?С]. Ванна подогревается одиночной газовой горелкой для поддержания необходимой температуры.
     Устройства обтира и воздушного сдува (рис.1. , поз.8, 10, 12), в которых сдув осевших частиц осуществляется центробежными вентиляторами. 
     Ванна промывки (рис.1. , поз.9), в которую оборотная вода подается из ванны охлаждения после отжига с температурой 40-60 ?С, в остальные ванны подача осуществляется с температурой окружающей среды.
     Участок флюсования (рис.1. , поз.11): массовая концентрация NH4Cl - 80-140[г/л], HCl - не более 2 [г/л], FeCl2 - не более 5 [г/л], температура расплава - 30-40 [°С]. Подача смеси осуществляется с помощью электронасосных агрегатов, присутствует обдув вентилятором.
     Проходная сушилка (рис.1. , поз.13), сушка в которой осуществляется отходящими дымовыми газами, подача которых осуществляется вентилятором дымоудаления, до температуры 120 0С.
     Ванна оцинкования (рис.1. , поз.14): температура, в зоне нагрева - не более 850 ?С, температура расплава цинка в рабочей зоне - 450-470 ?С, вид засыпки - молотый антрацит фракцией 5-15 мм, толщина слоя 80-120 мм. Нагрев аналогичен ваннам обезжиривания и отжига. Подача цинка взамен израсходованного на процесс осуществляется вручную. В связи с этим могут возникать неточности в регулировании уровня металла в ванной и выпуску бракованной продукции.
     Ванна охлаждения в оборотной воде (рис.1. , поз.15), которая подается электронасосными агрегатами, осуществляется при температуре не более                30 0С.
     Устройство омыления (рис.1. , поз.16): омыление осуществляется эмульсией на основе «Вектол С» марки 102 концентрации 1-3% при температуре 30-40 ?С. Подача оборотной воды осуществляется электронасосными агрегатами. Покрытие осуществляется с помощью установки покрытия воском.
     3. Намоточная секция включает в себя намоточный агрегат (рис.1. , поз.17), осуществляющий сбор проволоки большими мотками типа «розетта» 200-1000 [кг]. Является самым ответственным элементом всей системы. Осуществляет тягу проволоки через все перечисленные выше структурные элементы технологического цикла. 
     Фактически намоточный аппарат представляет собой систему из 24 пар электродвигателей и 24 механических устройств для обеспечения намотки и тяги проволоки. Двигатель, расположенный сверху, имеет мощность 2 кВт (20 штук) и 4кВт (4 штуки) и тянет проволоку и распределяет ее по сборочной основе (якорю); нижний двигатель мощностью 0.09 кВт равномерно вращает якорь с малой скоростью.
1.3.2 Описание линии горячего оцинкования 
     Современные технологии, применяемые на металлургических заводах, в ряде случаев, совершенны, и не требуют прямого участия человека в процессе производства, или же стремятся к этому. Основа их работы – в автоматическом измерении, контроле и управлении всеми процессами технологического цикла.
     Для осуществления автоматической работы необходимо учитывать технические особенности конкретного агрегата. Это позволяет найти наиболее слабое, и весомое звено системы, определить устойчивость всей системы - обуславливающее выход всего агрегата из работы; в конечном счете, повысить надежность. Система, разработанная для конкретного агрегата, может быть применена и на другом агрегате сходного структурного типа, как в неизменном виде, так и в модернизированном, более четко учитывая новые особенности.
     Однако процесс осуществим при естественном условии нормальной работы, как непосредственно управляющей среды, так и электрической сети, осуществляющей питание и поддерживающей работоспособность системы. Естественно, что огромную роль играет не только наличие или отсутствие питающего напряжения, но и качество электрической энергии, причем такого уровня, который будет удовлетворять потребностям конкретного аппарата – что может быть выше норм ГОСТ и ПУЭ в несколько раз. Встает задача поддержания качества электрической энергии в точке присоединения потребителя, или на более высоком (в сторону высшего напряжения) уровне. 
     Для осуществления контроля и управления станом необходимо одновременно обрабатывать и анализировать множество различных данных. Это влияет на задачи планирования работы систем. Следовательно, необходим анализ надежности как элемент планирования. Первым этапом будет - анализ механической (технологической) надежности конкретного агрегата с изучением особенностей производства, вторым - анализ надежности электрической сети.
     Оценим причины сбоя в работе и выхода из строя каждого узла линии оцинкования (рис. 1. ) и последствия данного события:
     1) Возможные причины сбоев в работе размоточного агрегата (рис.1. , поз.1):
- разрушение подшипника в подвижном элементе;
     Ориентировочный срок службы шариковых подшипников при температуре +40 0С составляет не менее 40 000 часов. С учетом продолжительного использования оборудования выход из строя подшипника возможен. Вероятность выхода из строя каждого подшипника в год составляет не более 10% для каждого из 24 элементов. Статистически не чаще 1 – 3 раз в год, и носят единичный характер. 
     Ущерб производству не велик, расходы – заложены в нормативные. Возобновление процесса производится путем подвязки оборванной проволоки, к соседней участвующей в рабочем процессе. Время возврата звена в работу не более 1 часа.
     - человеческий фактор (ошибка, задержка оператора при замене размотанной бобины на новую). Не чаще 5 – 10 раз в год. Носят единичный характер по отношению ко всем 24 элементам. 
     Ущерб производству не велик, расходы – заложены в нормативные. Возобновление процесса производится путем подвязки оборванной проволоки к соседней участвующей в рабочем процессе. Время возврата звена в работу не более 1 часа.
     2) Сбои в работе направляющего валка (рис.1. , поз.2) не зарегистрированы. При планово-предупредительном ремонте (ППР) проводится профилактика и устранение неполадок. Вероятность выхода из строя минимальна. 
     3) Сбои в работе устройства предварительного нагрева проволоки (рис.1. , поз.3) не зарегистрированы. Работа элемента зависит от элементов 4, 5 (рис. 1.) 
     4) Возможные причины сбоев в работе ванны обезжиривания (рис.1. , поз.4):
     - прогар дна ванны влечет за собой самые большие убытки и полную остановку технологического цикла без возможности оперативного устроения проблем и срочного ввода агрегата в работу. Вероятность происшествия этого события составляет 1 раз в год;
     - выход из строя одной из горелок. Может быть вызвано выходом из строя как непосредственно газовой горелки, так и электрического привода шторок (заслонок) газового нагревателя. Влечет за собой нарушение технологического цикла: нарушение температурного режима процесса. Высока вероятность взрыва газа при аварии данного звена. Событие маловероятно, за исключением прекращения подачи электроэнергии на электропривод шторок;
     - остановка радиального вентилятора дымоудаления. На технологический процесс особого влияния не имеет, но может быть создана опасная обстановка для рабочего персонала вследствие насыщения воздуха цеха вредными веществами. Возможно при прекращении подачи электроэнергии на данный потребитель;
     - человеческий фактор. Не своевременное обслуживание ванны обезжиривания, и как следствие, потеря уровня свинца в ванной, недостаточное смачивание стальной проволоки. Влечет за собой выпуск брака. Событие маловероятное.
     5) Возможные причины сбоев в работе ванны отжига (рис.1. , поз.5) такие же, как и для элемента 4.
     6) Ванна охлаждения с душированием оборотной водой (рис.1. , поз.6): надежность элемента высока в связи с простотой его исполнения. Возможные причины сбоев в работе следующие:
     - прекращение подачи оборотной воды вследствие поломки жидкостного насоса. Не несет высокого ущерба производству, не взывает полную остановку стана. Событие маловероятно за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель.
     7) Возможные причины сбоев в работе ванны травления (рис.1. , поз.7) следующие:
     - выход из строя электронасосных агрегатов подачи кислоты.  Предусмотрено резервирование. Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель;
     - выход из строя привода шторки газовой горелки. Событие маловероятно, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель;
     - подача кислоты не надлежащего качества, ведущая к появлению брака;
     - человеческий фактор.
     8) Возможные причины сбоев в работе установок обтира и воздушного сдува (рис.1. , поз.8,10,12):
     - выход из строя центробежного вентилятора. Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Не влечет значительных нарушений техпроцесса.
     9) Возможные причины сбоев в работе ванны промывки (рис.1. , поз.9):
     - выход из строя электронасосных агрегатов подачи оборотной воды.  Выход из строя маловероятен и не влечет за собой тяжелых последствий для технологического цикла, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель.
     10) Возможные причины сбоев участка флюсования (рис.1. , поз.11):
     - выход из строя электронасосных агрегатов. Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Влечет выпуск бракованной продукции;
     - выход из строя вентилятора. Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Не влечет значительных нарушений техпроцесса;
     - выход из строя привода шторки газовой горелки. Событие маловероятно, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. 
     11) Возможные причины сбоев в работе проходной сушилки (рис.1. , поз.13):
     - выход из строя вентилятора дымоудаления (сушило). Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Влечет выпуск бракованной продукции.
     12)  Возможные причины сбоев в работе ванны оцинкования (рис.1. , поз.14):
     - прогар дна ванны. Влечет за собой самые большие убытки и полную остановку технологического цикла, без возможности оперативного устроения проблем и срочного ввода агрегата в работу. Вероятность происшествия этого
события составляет 1 раз в год;
     - выход из строя привода шторки газовой горелки; либо самой горелки. Событие маловероятно, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель;
     - выход из строя двигателя вытяжной вентиляции ванны оцинкования. Событие маловероятно, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель.  Влечет за собой превышение ПДК вредных веществ в рабочей зоне;
     - человеческий фактор. Подача цинка взамен израсходованного на процесс осуществляется вручную. В связи с этим могут возникать неточности в регулировании уровня металла в ванной и выпуску бракованной продукции.
     13)  Возможные причины сбоев в работе ванны охлаждения в оборотной воде (рис.1. , поз.15)
     - выход из строя электронасосных агрегатов подачи оборотной воды.  Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Не влечет за собой тяжелых последствий для технологического цикла.
     14) Возможные причины сбоев в работе установки омыления (рис.1. , поз.16):
     - выход из строя электронасосных агрегатов подачи оборотной воды, и установки покрытия воском. Выход из строя маловероятен, за исключением прекращения подачи электроэнергии на данный потребитель. Не влечет за собой тяжелых последствий для технологического цикла.
     15)  Возможные причины сбоев в работе намоточного агрегата (рис.1. , поз.17).
     - нарушение технологической скорости тяжения проволоки. Может вызвать как появление брака (при очень быстром тяжении) так и перегорание проволоки в ваннах обезжиривания и отжига (при замедлении или остановке тяги);
     - механическое повреждение узла намотки или двигателя. Вероятность не высока. Неполадки минимизируются при ППР. Носят единичный характер.
     - сбой в работе микрокроконтроллера. Всецело зависит от качества питающего напряжения. Носит единичный характер, либо массовый характер при провалах напряжения. Влияние на технологический процесс – абсолютное. Возвращаются в работу после сбоя в короткий промежуток времени (в зависимости от характера, длительности провалов напряжения) 
     - человеческий фактор (ошибка оператора).
     Обобщая выше сказанное, можно сделать вывод о том, что узлы 4, 5, 7, 14, 17 являются наиболее значимыми, выход из строя которых влечет за собой полную остановку агрегата или создание опасности для жизни людей.
      



















































2 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ВАННЫ ОЦИНКОВАНИЯ
2.1 Теплотехнический расчет ванны оцинкования
     В основе теплового баланса любой установки лежит закон сохранения энергии. По результатам расчета теплового баланса можно дать обоснованную оценку степени совершенства работы лини оцинкования, а также определить основные показатели работы ванны оцинкования, а именно коэффициент полезного действия, показывающий какой процент тепла идет на выполнение работы. Чаще всего тепловой баланс определяют для нахождения расхода топлива в единицу времени.
     Уравнение теплового баланса определяется по формуле []:
                                                     (2.1) 
     где Qприх – приходная часть, учитывающая все источники энергии, кВт·ч;
     Qрасх – расходная часть, учитывающая все виды тепловых потерь, кВт·ч.
     При замене пламенного способа нагрева на индукционный пропадают следующие потери:
     - уносимые продуктами сгорания;
     - теряемые вследствие химической неполноты сгорания топлива;
     - теряемые в зоне кольца и верхнего слоя над кольцом;
     - теряемое вследствие механической неполноты сгорания топлива.
     Вторая часть уравнения теплового баланса (2.1) учитывает все виды тепловых потерь агрегата (как на полезный технологический процесс, так и на сопутствующие непроизводительные потери) и определяется по формуле [22]:
                    (2.2)
     где Qнагр.пр. – количество теплоты, идущей на нагрев проволоки, кВт·ч;
     Qпов. – количество теплоты, теряемое через поверхность ванны (насыпной слой шамота), кВт·ч;
     
     Qбок.стен. – количество теплоты, теряемое боковыми и задней стенками                       ванны, кВт·ч;
     Qпер.стен. – количество теплоты, теряемое передними стенками ванны, кВт·ч;
     Qнеуч. – неучтенные тепловые потери, кВт·ч;
     Qцинка – количество теплоты, идущее на полезную работу (разогрев цинка и поддержание его в расплавленном состоянии), кВт·ч.
     Рассмотрим физическую сущность каждой статьи расходной части теплового баланса.
     Количество теплоты, идущей на нагрев проволоки, определяется по формуле [24]:
                                           (2.3)
     где iн – энтальпия (теплосодержание) при начальной температуре проволоки, [27];
     iк – энтальпия при конечной температуре проволоки, ;
     P – производительность ванны, ; 
      
     Потери тепла через поверхность ванны (насыпной слой шамота) определяются по выражению:
                                        (2.4)
     где qпов. – плотность теплового потока поверхности ванны, ;
     Sпов. – площадь поверхности ванны, м2.
     Плотность теплового потока поверхности ванны вычисляется по формуле [29]:
                                    (2.5)
     где ?пов. – коэффициент теплопроводности слоя шамота на поверхности ванны, ;
     ?i – толщина слоя шамота на поверхности ванны, м;
     t1 – температура под слоем шамота, 0С;
     t2 – температура над слоем шамота, 0С.
     Средняя температура шамота на поверхности ванны равна:
                                              (2.6)
      
     Коэффициенты теплопроводности слоя шамота на поверхности ванны определяется по формуле:
                                     (2.7)
     Подставив числовые значения в формулы (2.4) – (2.7), рассчитаем:
      
      
     
     Тепловые потери боковых и задней стенок ванны находятся по формуле:
                                       (2.8)
     где qбок.стен. – плотность теплового потока боковых стен ванны, ;
     Sбок.стен. – площадь боковых стен ванны, м2.
     Плотность теплового потока боковых и задней стенок ванны вычисляется по формуле:
                                          (2.9) 
     где tперв. – первоначальная температура слоя шамота, °С;
     tокр.ср. – температура окружающей среды, °С;
     ?i – толщина i – того слоя шамота, м;
     ?i – коэффициент теплопроводности i – того слоя шамота, ;
     n – число слоев шамота;
     ?1 – коэффициент теплоотдачи между слоями стенки ванны, ;
     ?2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки ванны в окружающую среду, .
     Расчетные величины слоев шамота боковых и задней стенок ванны будут равны:



     Среднее значение температуры в слоях шамота боковых .......................