Синяков Руслан Валерійович. Розробка елементів системи автоматизованого проектування технологічного процесу виплавки сталі у надпотужній ДСП

Краткое описание

Синяков Руслан Валерійович. Розробка елементів системи автоматизованого проектування технологічного процесу виплавки сталі у надпотужній ДСП: дис... канд. техн. наук: 05.16.02 / Донецький національний технічний ун-т. - Донецьк, 2005.

Синяков Р.В. «Розробка елементів системи автоматизованого проектування технологічного процесу виплавки сталі у надпотужної ДСП». Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 Металургія чорних металів. Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2005.
У дисертаційній роботі одержав подальший розвиток математичний опис динаміки фізико-хімічних процесів у сталеплавильній ванні надпотужній ДСП із метою створення на цій основі системи автоматизованого проектування технологічного процесу.
На основі матеріального балансу і принципу рівноваги отримана модель окислювання вуглецю, що дозволяє описати наявні експериментальні і виробничі дані по кінетиці окислювання вуглецю без припущення про зміну ланок, що лімітують, в області «критичних концентрацій». Вперше показано, що аналогічні особливості окислювання кремнію й марганцю також можуть бути описані шляхом термодинамічного аналізу.
На основі відомих теоретичних уявлень про двостадійну схему окислювання домішок у сталеплавильній ванні, запропоновано новий метод обліку кінетичних зміщень окисних процесів для умов виплавки сталі у надпотужній ДСП.
Вперше отриманий кількісний опис «ефекту накачування» на основі спільного рішення рівняння Гіббса-Дюгема й закону простих кратних відносин. Запропоновано технологічні прийоми, що дозволяють знизити й стабілізувати вміст азоту в металі у надпотужній ДСП.
Вперше розроблена методика автоматизованого проектування технологічного процесу виплавки сталі у надпотужній ДСП. Розроблено методику оперативної корекції проекту технологічного процесу виплавки стали. На основі розроблених методів створена САПР ТП плавки сталі у надпотужній ДСП.

У дисертаційній роботі дістав подальший розвиток математичний опис динаміки фізико-хімічних процесів у сталеплавильній ванні надпотужній ДСП із метою створення на цій основі системи автоматизованого проектування технологічного процесу.
1. Виконано порівняльний аналіз літературних й розрахункових даних динаміки окислювання домішок. Показано, що багато фізико-хімічних особливостей реального процесу, що раніше зв'язувалися з кінетикою, можуть бути адекватно описані у квазістатичному наближенні. Зокрема, характерний злам на кривій окислювання вуглецю й інших елементів, що одержав назву «критичної концентрації», не зв'язаний зі зміною ланок, що лімітують, або іншими кінетичними явищами. Його положення не залежить від інтенсивності уведення кисню й майже не залежить від температури, але може залежати від зовнішніх факторів, що впливають на засвоєння кисню металом - конструкції фурми, фізичні властивості шлаку та ін. Під час відсутності шлаку «злам» спостерігається в крапці рівних мольних концентрацій вуглецю й кисню в металі.
2. Запропоновано метод урахування кінетичних зсувів, що дозволяє адекватно описувати динаміку процесів, хід яких істотно відхиляється від рівноважного (наприклад, при продувці металу зверху). Визначено коефіцієнти розробленого методу для умов виплавки сталі у надпотужній ДСП. Для ДСП-1 Білоруського металургійного заводу коефіцієнт кінетичного зсуву перебуває в діапазоні 0,10-0,12 хв-1. Проведені промислові випробування показали точність прогнозу основних контрольованих елементів не нижче 20% відн.
3. Проведено дослідження з кінетики видалення азоту плавки у надпотужній ДСП. Показано, що вміст азоту в металі завжди багато нижче рівноважного із пічною атмосферою й при витримці, як правило, продовжує віддалятися від рівноваги. Подібні явища звичайно зв'язують із взаємодією потоків, розглянутих у термодинаміці необоротних процесів. У дійсній роботі запропоновано математичний опис цього явища на основі термодинамічного рівняння Гіббса-Дюгема й закону простих кратних відносин. Вперше показано, що для забезпечення зниженого вмісту азоту в металі, необхідно підтримувати парціальний тиск кисню на границі шлак-газ не нижче 10-3Па. Показано теоретичну можливість глибокої деазотації металу до вмісту азоту до 10-8% мас.
4. Розроблено технологічні прийоми, що дозволяють стабілізувати вміст азоту в металі на рівні 0,005 0,006%. При проектуванні ТП виплавки сталей з регламентованим вмістом азоту система відповідним чином коректує технологічний процес. Статистичною обробкою даних знайдений коефіцієнт швидкості видалення азоту, що враховується при розрахунку поточного складу металу. Для умов ДСП-2 ММЗ коефіцієнт склав 1,17 10-2%/годину.
5. Розроблено метод попереднього автоматизованого проектування технологічного процесу плавки сталі у надпотужній ДСП, заснований на ретроспективному статистичному аналізі роботи конкретного сталеплавильного агрегату й технологічних розрахунках. Ретроспективний аналіз діючого виробництва дозволяє із самого початку врахувати всі умови конкретного виробництва - вид і стан обладнання, специфіку й можливості забеспечуючих служб, кваліфікацію персоналу й т.д. Проект плавки являє собою сукупність погоджених у часі детальних графіків роботи всіх механізмів і пристроїв печі, що забезпечують хід технологічного процесу, моменти підвалки чергових кошиків, динаміку зміни складу і мас металу й шлаку, середньої температури системи по ходу плавки, а також повну калькуляцію витрат по переділу.
6. Розроблено метод оперативної корекції технологічного процесу плавки у надпотужній ДСП. На цій основі реалізована система ситуаційного керування.
7. Показано можливість реалізації елементів оптимального керування при веденні плавки в автоматичному режимі на прикладі узгодження швидкостей нагрівання металу й окислювання домішок на заключній стадії плавки. Цільовою функцією є мінімальна вартість набору шихтових матеріалів й енергоносіїв, обмеженнями - хімічний склад металу, шлаку і температура, а також організаційні й технологічні (на виконавчі механізми, режими введення матеріалів, тривалості окремих періодів та ін.)
8. Створена САПР ТП впроваджена в складі системи керування ОРАКУЛ на промислових дугових сталеплавильних надпотужніх печах ДСП-1 й 2 Білоруського, а також ДСП-2 Молдавського металургійних заводів. При веденні плавки в автоматичному режимі витрата електроенергії знизилася в середньому на 21,6 кВт-г/т шихти (-4,5 %), тривалість роботи під струмом знизилася в середньому на 2,4 хв (-4,4 %). Економічний ефект від впровадження склав 116499 доларів США на рік на ДСП-1 по даним БМЗ.