Авдиенко Ирина Валерьевна. Управление производством карбида кальция

Краткое описание

Авдиенко Ирина Валерьевна. Управление производством карбида кальция : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Санкт-Петербург, 2001.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-5/2260-9

Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)
На правах рукописи
АВДИЕНКО ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА
УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ
05Л3.06 - Автоматизация и управление
технологическими процессами и производствами (промышленность)
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научные руководители: д.т.н., проф. Сотников В.В. д.т.н. Педро А.А.
Санкт-Петербург - 2001
-2-
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 10
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 16
1.1. Технологический процесс производства карбида кальция 16
1.2. Зонное строение реакционного пространства карбидной печи 23
1.3. Влияние электрических и технологических параметров на
распределение энергии в ванне карбидной печи 26
1.4. Существующие системы управления электротермическими печами 29
1.5. Постановка задачи исследования 43
2. СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА КАРБИДА КАЛЬЦИЯ 48
2.1. Карбидная печь как объект управления 48
2.2. Расчет материального баланса карбидной печи 53
2.3. Расчет энергетического баланса 64
2.4. Основные закономерности процесса производства
карбида кальция 69
2.4 Л. Электрические характеристики руднотермической печи 71
2.4.2. Связь электрических и технологических параметров
процесса 74
2.4.3. Зависимость производительности РПТ от электрических и
технологических параметров процесса 78
2.5. Связь гармонического состава напряжения и тока с характером преобразования электрической энергии в РТП
-3¬
2.5.1. Зависимость степени развития электрической дуги от электрических параметров печи 82
2.5.2 Определение активного сопротивления ванны карбидной печи на основе гармонического анализа тока 86
2.5.3. Связь гармонического состава тока электродов с размером
углеродистой зоны и литражом карбида кальция 89
2.5.4. Использование постоянной составляющей фазного
напряжения для управления режимами выпуска расплава и перепуска электродов 91
2.6. Структура математической модели процесса получения
карбида кальцця 96
2.7. Алгоритм расчета математической модели 101
2.8. Программная реализация математической модели на ЭВМ 104
2.9. Оценка адекватности математической модели 107
2.10. Выводы к главе 2 111
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИДА КАЛЬЦИЯ 112
3.1. Постановка задач системы управления 112
3.2. Выбор критерия управления 115
3.3. Структура системы управления 117
3.4. Статическая оптимизация процесса производства карбида кальция 121
3.5. Управление длиной рабочей части электрода 125
3.6. Управление уровнем расплава карбида кальция 128
3.7. Стабилизация активного сопротивления ванны карбидной печи 131
3.8. Стабилизация литража карбида кальция 136
-4¬4, ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РТП 141
4 Л. Алгоритм расчета управляющих воздействий в блоке
статической оптимизации процесса получения карбида кальция 141
4.2. Алгоритм расчета управляющих воздействий в контуре
управления длиной рабочей части электрода 146
4.3. Алгоритм расчета управляющих воздействий в контуре
управления уровнем расплава карбида кальция 149
4.4. Алгоритм расчета управляющих воздействий в контуре
стабилизации активного сопротивления ванны печи 152
4.5. Алгоритм расчета управляющих воздействий в контуре
стабилизации литража карбида кальция 160
4.6. Анализ качества работы системы управления 167
4.7. Выводы к главе 4 169
ВЫВОДЫ 171
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Список литературы

ВЫВОДЫ
1. Разработана и реализована в виде программно-алгоритмического обеспечения на ЭВМ математическая модель процесса производства карбида кальция, включающая в свою структуру материальный баланс, энергетический баланс, расчет электротехнологических характеристик и производительности печи, гармонический анализ тока электродов, а также анализ изменения постоянной составляющей фазного напряжения.
2. Разработанная математическая модель позволяет:
• определять по материально-энергетическому балансу удельные расходы сырья и электроэнергии на одну тонну карбида кальция, а также количество и состав продуктов плавки по данным о составе сырья;
• рассчитывать электрические характеристики и производительность печной установки в зависимости от литража карбида кальция;
• оперативно определять активное сопротивление ванны печи, массу кокса в углеродистой зоне и литраж карбида кальция по характеру изменения гармонических составляющих тока электродов;
• определять моменты начала и окончания выпуска расплава и перепуска электродов по величине постоянной составляющей фазного напряжения.
3. Проведенная оценка адекватности математической модели реальному процессу производства карбида кальция дала положительный результат. Среднеквадратичное отклонение расчетных значений от экспериментальных не превышает 5%.
4. Разработаны общий алгоритм и структура системы управления электрическим режимом работы РТП и материальными потоками, обеспечивающая повышение производительности карбидной печи.
- 172-
5. Впервые в системе управления карбидной РТП реализован алгоритм оперативного определения активного сопротивления ванны печи и литража карбида кальция на основе гармонического анализа тока электродов, что позволяет осуществлять своевременное изменение электрического режима и состава шихты с целью обеспечения заданного критерия управления.
6. Впервые реализован алгоритм управления выпуском расплава и перепуском электродов по величине изменения постоянной составляющей фазного напряжения.
7. Проведенные численные исследования и анализ качества работы системы управления подтверждают целесообразность использования выбранного критерия управления и позволяют сделать вывод о том, что предложенная в работе система управления обеспечивает достижение максимальной производительности карбидной печи, осуществляет оперативное управление длиной рабочей части электрода и уровнем расплава, а также стабилизацию активного сопротивления ванны печи и литража карбида кальция.
Эффективность проведенных исследований подтверждается актом о внедрении результатов диссертационной работы в проектные решения ООО «ЭПОЛ» (г. Санкт-Петербург) по проектированию карбидных печей.