Название: Система автоматического управления раскислением и легированием стали
Вид работы: статья
Рубрика: Промышленность и производство
Размер файла: 15.33 Kb
Скачать файл: referat.me-305657.docx
Краткое описание работы: В современном сталеплавильном производстве широкое распространение получило проведение раскисления и легирования стали при выпуске металла из печи в ковш с последующей десульфурацией на установке доводки металла или установке «печь-ковш».
Система автоматического управления раскислением и легированием стали
Система автоматического управления раскислением и легированием стали
Храпко С. А., Старосоцкий А. В., Донецкий национальный технический университет
В современном сталеплавильном производстве широкое распространение получило проведение раскисления и легирования стали при выпуске металла из печи в ковш с последующей десульфурацией на установке доводки металла или установке «печь-ковш». При этом для определенных групп марок сталей часто ставится условие минимизации или полного исключения коррекции химического состава при внепечной обработке. В связи с этим появляется задача точного расчета количества раскислителей и легирующих, необходимых для гарантированного получения заданного состава металла при минимальной стоимости использованных материалов. Минимизация стоимости материалов подразумевает выход на нижние (или заданные) пределы содержания элементов в готовом металле, что приводит к еще более жестким требованиям к системам управления. Особенно актуальной эта задача становится при многокомпонентном составе металла и легирующих и широком наборе регламентированных элементов.
Поставленная задача является задачей условной оптимизации, т.е. поиска таких значений оптимизируемых переменных (масс материалов Xj), при которых достигается минимум целевой функции (суммарная стоимость материалов), при условии выполнения заданных ограничений на оптимизируемые переменные (требования к составу металла, который должен удовлетворять заданным пределам)
Отметим, что зависимость состава металла от масс материалов имеет сложный нелинейный характер, что связано с физико-химическим взаимодействием элементов и их перераспределением между металлом, шлаком и газом, поэтому ограничения являются нелинейными функциями относительно оптимизируемых переменных.
Главный недостаток всех известных систем, реализованных в сталеплавильном производстве к настоящему времени, определяется линейным характером используемых в них моделей и отсутствием учёта зависимости усвоения элементов от текущего физико-химического состояния системы металл-шлак. Такие системы расчёта шихты оптимального состава основаны на модели равномерного смешения жидких веществ с заданными коэффициентами, учитывающими угар отдельных элементов из общей массы ферросплавов. Именно недостоверность коэффициентов усвоения (КУ) различных элементов и определяет низкие точность расчёта и прогнозирующую способность подобных систем, поскольку усвоение сложным образом зависит от многих факторов, главным из которых является физико-химическое состояние ванны (состав и окисленность металла, состав и количество шлака, температура и др.), а также взаимное влияние элементов друг на друга (например, раскислителей).
Принципиальным решением этой задачи является использование матрицы дифференциальных коэффициентов усвоения (ДКУ), представляющих собой изменение массы элемента i в металле при добавлении любого другого элемента j в систему.
ДКУ определяются из текущего распределения элементов между металлом, шлаком и другими фазами на основе термодинамической модели расчета равновесного состава многофазной многокомпонентной системы ОРАКУЛ [2]. Алгоритм расчета ДКУ изложен в предыдущей работе [1].
Наличие численных значений ДКУ позволяет строго вычислить влияние каждого материала на состав металла (а при необходимости, и шлака) с учетом окисленности системы, взаимного влияния элементов и их перераспределения между фазами, например, изменение массы элемента i в металле при добавлении материала j.
ДКУ позволяют проанализировать взаимное влияние элементов; кроме того, можно следить за использованием элементов конкретного материала. Например, 1кг ферросиликохрома содержит всего 0.42кг хрома, но за счёт восстановительного действия кремния даёт увеличение содержания хрома в металле на 0.47кг, почти такое же, как и феррохром (0.55кг), несмотря на существенно большее содержание хрома в последнем (0.67кг). Другими словами, извлечение хрома из феррохрома составляет 82%, а из ферросиликохрома — 112% (т.е. превышает в 1.36 раза!).
В случаях, когда решение указывает на невозможность в заданных условиях гарантированного попадания в требуемый состав, разработанная система предлагает перечень оперативных решений. В автоматическом режиме решения принимаются системой самостоятельно в пределах заранее заданного перечня и приоритетов. По окончании каждой плавки информация о фактически полученном составе металла автоматически используется для адаптации параметров модели (самообучения).
Разработанная система входит в состав пакета «ОРАКУЛ», внедрена на Молдавском металлургическом заводе, где используется для решения следующих задач: оперативное управление процессом плавки в режиме «советчика» (выдает рекомендации персоналу) и в составе АСУ ТП (выдает управляющие сигналы на дозаторы).
Выводы.
Качественно новая информация, содержащаяся в величинах Uij, позволяет принципиально расширить возможности оптимизации легирования, раскисления и рафинирования металла. При этом учитывается не только влияние элементов, содержащихся в металле, но и влияние состава шлака, например, на распределение серы. Становится возможной оптимизация не только легирующих, но и шлакообразующих материалов (например, извести для десульфурации). Эти задачи не решены ни в одной из других существующих систем.
Список литературы
1. Управление сталеплавильными процессами на основе современных физико-химических представлений. Пономаренко А.Г., Окоукони П.И., Храпко С.А., Иноземцева Е.Н. Труды 4-го конгресса сталеплавильщиков.– Москва, 1997. C. 35-40.
2. Храпко С.А. Термодинамическая модель системы металл-шлак для АСУ и машинных экспериментов по оптимизации технологии сталеплавильного процесса / Дисс. канд. техн. наук. - Донецк, 1990.
Похожие работы
-
Факторы, влияющие на раскисление стали и образование неметаллических включений
Повышение качества металла является важнейшей народнохозяйственной проблемой. Актуальность проблемы «чистой стали» обусловлена непрерывным ужесточением требований, предъявляемых потребителями к качеству металла.
-
Устройство и назначение агрегата внепечной обработки стали типа печь-ковш
Печь-ковш состоит из камеры, установленной на самодвижущейся тележке, и вакуумного трубопровода в стационарном своде. Агрегат внепечной обработки предназначен для скачивания шлака, электродугового подогрева, вакуумирования и перемешивания металла.
-
Система автоматического регулирования уровня металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок
Математическая модель технологического процесса работы машины непрерывного литья заготовок. Методика определения динамических характеристик и передаточных коэффициентов элементов системы. Анализ и оценка устойчивости системы автоматического регулирования.
-
Производство стали
Особенности технологии выплавки стали. Разработка способов получения стали из чугуна. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали. Технологические операции кислородно-конверторной плавки. Производство стали в мартеновских и электрических печах.
-
Внепечная обработка стали
Выбор и обоснование футеровки сталеразливочного ковша. Выбор дутьевых продувочных устройств. Расчет основных параметров обработки стали: раскисление и легирование; процесс десульфурации стали в ковше. Технологические особенности внепечной обработки стали.
-
Определение основных параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья
Методика упрощенного расчета параметров технологии плавки IF-стали в конвертере с верхней подачей дутья. Расчет выхода жидкой стали перед раскислением, составление материального баланса. Определение расхода материалов на плавку, выхода продуктов.
-
Плавка стали в основных дуговых печах
Содержание Введение………………………………………………………………….………3 1. Устройство дуговых печей 1.1. Общее описание дуговой электропечи…………………………..………4 2. Выплавка стали в основных дуговых электропечах
-
Расчет мартеновской плавки
Определение среднего состава металлошихты, состава металла по расплавлении, количества руды в завалку, количества шлака, образующегося в период плавления, состава металла перед раскислением, количества руды в доводку. Расчет материального баланса.
-
Десульфурация чугуна
Затратность процесса получения в доменной печи чистых по сере чугунов и разработка методов внедоменной десульфурации чугуна. Снижение затрат в сталеплавильном цехе в результате изменений технологии организации внепечной обработки стали магнием и содой.
-
Термодинамика и кинетика взаимодействия фаз при внепечной обработке
Система управления, осуществляющая прогноз химического состава и температуры металла, основана на термодинамическом расчете равновесного состава. Для реализации этого подхода необходимо определить критерии равновесия; выбрать уравнения состояния фаз.