Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

д.т.н, проф. Богушевський В.С., Сухенко В.Ю.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

Система автоматизации дутьевого режима конвертерной плавки.

Кислородно-конвертерная плавка отличается сложностью физико-химических процессов, протекает с большой скоростью и при высокой температуре, характеризуется многорежимностью функционирования и большой размер-ностью решаемых задач, наличием нестационарных и взаимнокоррелированных шумов и помех измерения, имеет существенный дрейф рабочих параметров.

При высоких скоростях выплавки стали, имеющих место в конвертере, оператор физически не в состоянии переработать большой объем информации, выбрать наилучший режим и оперативно вмешаться в ход плавки. При ручном управлении ход продувки часто отклоняется от оптимального. Прежде всего нарушается процесс шлакообразования, в результате чего шлак либо свора-чивается, либо вспенивается, приводя к выносам и выбросам. Зачастую оператор останавливает продувку преждевременно или с опозданием. В первом случае приходится повторно, иногда по несколько раз додувать плавку, что снижает производительность конвертера. Передувка приводит к допол-нительному расходу дорогостоящих материалов, увеличивает потери железа со шлаком, снижает стойкость футеровки. Только 45...50 % плавок, а иногда и меньше, выпускают при ручном управлении с первой повалки.

Основными параметрами для управления процессом являются параметры дутьевого режима (интенсивность подачи дутья и расстояние сопла фурмы до уровня спокойного металла).

Нами исследовано влияние этих параметров на себестоимость стали (рис. 1).

Рисунок 1. Зависимость приращения удельной себестоимости стали DС_у от: а) среднеинтегральной за продувку высоты фурмы над уровнем расплава H; б) удельного на тонну стали расхода дутья v_У.

Управление плавкой разделяется на три стадии – статический расчет, контроль динамики продувки и управление плавкой в замкнутом режиме. Задачей статического расчета является определение суммарного количества кислорода на плавку и определение необходимой величины глубины реакционной зоны. Расчет производится по следующим зависимостям:

V = V⁰ + 30(m_Л - т_Л⁰) + 2,9|m_Ч -т_Ч⁰|(m_Ч - т_Ч⁰) + 190(Si_Ч - Si_Ч⁰) - -К₁[f₁(C_M.3)- f₁(C_M⁰)] - [f(m_ИК) - f(m_ИК⁰)] + 40(m_И - т_И⁰) + 130(т_Ш - т_Ш⁰) + +10(Н_З - Н⁰) + DV; (1)

v₃/H₃ = v⁰/H⁰ + 0,02(m_Л - m_Л⁰) - 0,00671(t_Ч - t_Ч⁰) - 1,67(Si_Ч - Si_Ч⁰) + +0,95(Mn_Ч - Mn_Ч⁰) - 22,3(S_Ч - S_Ч⁰) + 0,13(1/C_M.3 -1/C_M⁰) + 0,02(t_M.3 - t_M⁰) + +1,42(m_Ш - m_Ш⁰), (2)

где m_Л, m_Ч, m_ИК, m_И, т_Ш – соответственно масса на плавку лома, чугуна, из-вестняка, извести, плавикового шпата, т; Si_Ч , Mn_Ч – содержание кремния и мар-ганца в чугуне, %; C_M.3 – заданное содержание углерода в стале, %; Н_З – задан-ное среднеинтегральное за продувку расстояние торца фурменного наконечника до уровня спокойного металла, калибр; К₁, К₂ - коэффициенты регрессии, уточняемые периодической коррекцией; v₃ - заданный расход кислорода, м³/мин; t_Ч - температура чугуна,°С; t_M.3 – заданное значение температуры стали,°С; ⁰ – значение параметра в образцовой плавке.

В процессе продувки контролируются параметры шлакообразования и скорость обезуглероживания. Для этого контролируют акустические характеристики продувки и состав газа, покидающего конвертер. По этим характеристикам рассчитывают необходимые изменения дутьевого режима в процессе продувки [1].

Входная информация системы формируется аналоговыми сигналами, поступающими от датчиков, позиционными - из схем электроавтоматики, а также по сети от смежных АСУ, локальных систем автоматического управления (ЛС) и от различных автоматических рабочих мест (АРМ). Выходная информация поступает на экраны мониторов АРМов, печатающие устройства (ПЧ), а также по сети поступает как задания в ЛС.

Вся обрабатываемая информация проходит проверку на достоверность по пределам сигналов, длительности и возможному порядку следования событий. Основная технологическая информация вводится в УВК автоматически.

В состав УВК входят:

- АРМ дистрибуторщиков - рабочие станции конвертеров № 1 и № 2, расположенные в главных постах управления;

- АРМ мастера конвертерного отделения - рабочая станция площадки;

- АРМ системы управления положением фурмы конвертеров № 1 и № 2;

- сетевой концентратор - ОРС-сервер.

Система управления конвертерной плавкой представлена на рис. 2.

Система реализована на ОАО «Металлургический комбинат „Азовсталь”».

Рисунок 2. АСУ конвертерной плавкой: 1¼3-доля кремния, марганца и серы в чугуне; 4¼6-доля углерода, марганца и серы в готовом металле; 7-температура; 8–масса чугуна; 9-лома; 10-сыпучих; 11-температура металла на повалке; 12-масса раскислителей; 13-давление, 14-расход кислорода; 15-температура, 16-давление отходящих газов; 17-положение фурмы; 18-марка стали; 19-выход годного; 20-масса брака; 21-масса отходов; 22-количество продутого кислорода; 23-продолжительность продувки; 24-содержание углерода; рекомендации: масса известняка (25), извести (26), шпата (27), ферросилиция (28), ферромарганца (29), количества кислорода на плавку (30); 31-протокол плавки; 32-ТЭП плавки; 33-эффективное количество кислорода; СКП-мнемосхема процесса; ЦВМ-цифровая вычислительная машина; ЛС – локальные системы управления.

Литература:

1. Богушевский В.С. Модель управления конвертерной плавкой // Ав-томатизація виробничих процесів. –1998.–№ 1/2 (6/7).– С. 106 – 115.

2. Компьютерная модель расчета шихтовки и продувки конвертерной плавки/ В.С.Богушевский, Г.Г.Грабовский, В.М.Михайлов, Н.С.Церковницкий, М.Д.Шарбатиан// Сталь. - 2006. - № 1. - С. 18 - 21.