|
|
© В.Г. Скрябин, Д.В. Скрябин, 2002
| Вверх |
| Публикации: | АСУТП | Теория и технология | Научные работы | Главная |
2-я международная научно-практическая
конференция
«Автоматизированные печные агрегаты и
энергосберегающие технологии в металлургии»
Автоматическое управление технологическими процессами выплавки может быть осуществлено за счет применения математических моделей расчета текущих температуры, химического состава, масс металла и шлака. Примером такой системы является ОРАКУЛ, где математические модели синтезированы на основе балансовых и фундаментальных физико-химических, термодинамических зависимостей. В этой системе можно выделить три основных взаимосвязанных интеллектуальных модуля:
- проектирование технологического процесса (МПТП);
- прогноз химического состава (МПХС);
- расчет средней температуры металла (МРСТ).
Входными переменными моделей являются расходы всех видов поступающих в ДСП материалов и энергоносителей (лом, газы, электроэнергия, шлакообразующие и др.). На основе заданной (принятой) технологии сразу же после поступления информации о марке стали и применяемом ломе МПТП проектирует режим ведения плавки, рассчитывая графики работы устройств печи и отдачи материалов. На основании рассчитанных графиков осуществляется выдача управляющих сигналов всем устройствам печи (тракт сыпучих материалов, топливно-кислородные горелки, фурмы, система трансформатор-регулятор, механизм наклона печи). По ходу плавки МПТП доступна текущая расчетная информация от МПХС и МРСТ, на основании которой отслеживается соответствие проекту фактических режимов ведения плавки. Модуль проектирования постоянно учитывает возникающие отклонения фактических графиков работы механизмов и устройств от заданного и осуществляет пересчет проекта, стремясь обеспечить рациональную траекторию перевода системы металл – шлак – газ из текущего состояния в заданное.
МПХС определяет текущие химический состав и массы расплавов металла и шлака, используя для этого результаты работы МРСТ. За определенный промежуток времени рассчитать приращение температуры расплава в печи, а затем и его среднюю температуру, можно из отношения поглощенной им порции тепла к суммарной теплоемкости металла и шлака. Приращение тепла можно определить из уравнения текущего теплового баланса, как разницу между поступающим в печь теплом (приход) и уходящим из печи (расход). К приходной части относится электрическая энергия и экзотермическое тепло химических реакций, а к расходной – тепло эндотермических процессов, тепловые потери, тепло уносимое отходящими газами и скачиваемым шлаком. Для этого нужно определять текущие массы отходящего газа, скачанного и остающегося шлака, окислившихся элементов, стали. Поэтому, очевидно, что параллельно с тепловым балансом необходимо рассчитывать текущий материальный баланс.
С целью достижения приемлемой погрешности расчета температуры, например, менее 10оС, желательно синтезировать модель максимально детерминированной. Вместе с тем, нельзя избежать стохастичности из-за ряда не измеряемых параметров:
- различия в химическом составе и удельной теплоте плавления видов металлолома;
- отдача и поглощение тепла футеровкой печи;
- масса “болота” металла и шлака;
- текущие количества скачиваемого шлака и просасываемого через печь воздуха,
- тепловые потери,
- коэффициенты использования коксика, кислорода, природного газа.
Этим объясняется то, что в разработанной математической модели необходимо идентифицировать и настраивать для конкретной ДСП параметры, учитывающие указанные выше неопределенности.
Единственным параметром, с помощью которого можно определить адекватность модели объекту - замер температуры, но отклонения значений измеренной температуры от истинной средней температуры в ванне металла неизбежны из-за нестационарности по ряду причин. При вводе в эксплуатацию МРСТ по определенному алгоритму оценили отклонения измеренных температур от неизвестной средней температуры жидкого металла в ДСП. Для ДСП-2 Молдавского металлургического завода такие отклонения, с желаемой величиной менее 8оС, наблюдали всего лишь на 37,6% плавок (с числом замеров от 2 до 5 на одной плавке). Количество таких замеров составило 49,5%. Отмечены и максимальные отклонения -57,9оС и 57,5оС. Для ДСП-1 Белорусского металлургического завода отклонения менее 8оС были на 10,8% плавок (с числом замеров от 2 до 9 на одной плавке). Количество таких замеров составило 43,8%. Максимальные отклонения -62оС и 63,4оС. Уже только на основании этих данных можно сказать, что температурная неоднородность ванны жидкой стали в период доводки может быть 60оС, а количество недостоверных замеров составляет более 50%.
Причиной изменения смещения рассчитанной температурной кривой относительно измеренной от плавки к плавке может быть и несоответствие поступающей о массе металлолома и фактическим значениям. Ошибка в измерении массы лома на 1т смещает рассчитанную температуру примерно на 10оС.
В связи с упомянутой стохастичностью объекта, недостоверностью некоторых замеров температуры, погрешностью в массе металлозавалки в МРСТ введен блок адаптации рассчитываемой температуры по замерам (БАТ). В БАТ устанавливается достоверность измеренной температуры и после выполнения условий по ряду критериев корректируется тепловой баланс и соответственно рассчитанная температура.
Некоторые параметры технологии и внешней среды могут быть нестационарными, т.е. изменяться во времени. Тогда рассчитанные температуры в МРСТ могут оказаться систематически смещенными относительно измеренных температур. В таких случаях, чтобы не выполнять периодическую настройку параметров, в МРСТ введен блок самонастройки модели, который через заданное количество плавок плавно ликвидирует влияние возникшей нестационарности.
По результатам ввода в эксплуатацию МРСТ и его применения в составе АСУТП ДСП-1 БМЗ и ДСП-2 ММЗ ошибка расчета температуры в 90% случаев не превышает 1%. Это позволяет существенно снизить необходимое количество замеров температуры, а зачастую выпускать плавку из печи и без замера.
Кроме средней температуры металла, в МРСТ рассчитывается масса и доля расплавленного металлолома, по которым определяется освободившийся объем в печи и оптимизируется время подвалок. Это позволяет уменьшить длительность плавки.
Сравнительный анализ показал, что применение системы ОРАКУЛ для автоматического ведения плавки, например на ДСП-2 ММЗ, позволяет при прочих равных условиях снизить удельный расходы материалов и энергоносителей:
- электроэнергии в среднем – на 8-12 кВт·ч/т;
- извести в среднем – на 5,4 кг/т;
- порошкообразного кокса – на 1,9 кг/т.
Кроме того, отмечено увеличение выхода годной стали в среднем на 1,2 т на плавку. Главный же эффект от применения системы автоматического ведения плавки – стабилизация технологии и параметров стали, влияющие на образование дефектов НЛЗ.
|
|
© В.Г. Скрябин, Д.В. Скрябин, 2002
| Вверх |