Повышение уровня автоматизации процессов
Получение сведений о процессах, протекающих в доменной печи, оценивается как одно из достижений доменного производства за последние 100 лет, поскольку разрешает оптимизировать доменный процесс, быстро снизить энергопотребление и повысить эффективность выплавки чугуна.
Трудности в изучении явлений, протекающих в печи, долгое время сдерживали развитие и создание автоматизированных совокупностей управления доменной плавкой. Сейчас наметилась четкая тенденция к обнаружению количественных закономерностей разных явлений с применением усовершенствованной измерительной техники математическому описанию процессов.
Таковой подход стал вероятен благодаря большим достижениям в области измерительной и вычислительной техники, формированию прикладных дисциплин теории управления, возможности применения ЭВМ для анализа, управления и прогноза процессом выплавки чугуна на базе математических моделей. В этих условиях наиболее значимое значение имеет верное представление о ходе протекания процессов в доменной печи, исходя из этого существует тесная зависимость между развитием техники, применяемой для измерения пораметров процесса, и уровнем адекватности математических моделей.
Первостепенное значение получает возможность стремительного и правильного сбора данных и результатов измерений, и их обработки посредством современной вычислительной техники. Иерархическая структура АСУ ТП в СССР и за границей по большей части сходится и представлена четырьмя уровнями автоматизации.
Первый уровень – измерительно-регулировочная аппаратура. Это нижний уровень, в базе которого положено метрологическое обеспечение технологического процесса. Одновременно с этим направляться очень выделить метрологическое обеспечение как фундамент автоматизации и возрастающую его роль в управлении доменной плавкой.
Эффективность применения автоматизированных совокупностей во многом определяется соответствием качества метрологического обеспечения создаваемым математическим моделям. В работе справедливо отмечено, что практика внедрения в 70-х г. АСУ ТП на последовательности доменных печей без соответствующего метрологического обеспечения часто приводила не только к понижению эффективности применения ее систем, но и в некоторых случаях к их дискредитации.
Второй уровень – локальные совокупности автоматического контроля (САК), регулирования и стабилизации (САР) технологических процессов. К ним относятся совокупности дозирования массы шихтовых материалов, стабилизации температуры давления и горячего дутья колошникового газа, распределения по фурмам газа, контроля прогара воздушных фурм и др.
Третий уровень – системы управления и автоматического контроля доменной плавкой с применением ЭВМ: АСУ шихтоподготовкой и загрузкой в печь, АСУ тепловым состоянием печи, АСУ газораспределением, АСУ ходом печи, АСУ воздухонагревателями, СЦКУ – совокупность управления и централизованного контроля и др.
Четвертый уровень – комплексная автоматизированная совокупность управления технологическим процессом доменной плавки на базе математических моделей с применением ЭВМ. Схема рационального количества автоматизации доменных печей, принятия в СССР приведена на рис. 1.
На данный момент первые два уровня автоматизации достигнуты фактически на всех современных доменных печах.
Рис.1. Схема рационального количества автоматизации доменных печей: уровень автоматизации – метрологическое обеспечение; 1-36 – средства автоматического измерения, контроля и испытания (СИ) технологических параметров шихты, шихтоподачи и загрузки в печь; 37, 38 – СИ воздухонагревателей и дутья; 79-103 – СИ продуктов доменной плавки; 104-126 – СИ оборудования печи и доменного процесса; 127-173 – СИ грануляции шлака; II уровень автоматизации – локальные совокупности автоматического контроля, регулирования и стабилизации (САР) технологических параметров: 1 – запаса шихтовых материалов в бункерах; 2 – дозирования массы шихтовых материалов; 3 – шихтоподачи и загрузки печи; 4 – распределения шихтовых материалов на колошнике; 5 – расхода холодного дутья; 6 – расхода технологического кислорода; 7 – расхода газа; 8 – расхода угольной пыли; 9 – температуры тёплого дутья; 10 – влажнолсть тёплого дутья; 11 – распределения по фурмам газа; 12 то же угольной пыли; 13 – то же тёплого дутья; 14 – температуры подкупольной территории воздухонагревателей; 15 – теплота сгорания смешанного газа на отопление воздухонагревателей; 16 – работы воздухонагревателей; 17 – давления колошникового газа; 18 -распределения газового потока по сечению шахты печи; 19 – прогара воздушных фурм; 20 – работы холодильников печи; 21 – выпуска продуктов плавки; 22 – количества леточной массы, подаваемой в канал чугунной летки; 23 – придоменной грануляции шлака; III уровень автоматизации – системы управления и автоматического контроля доменной плавкой (с применением ЭВМ): 1 – АСУ шихтовкой, шихтоподачей и загрузкой в печь; 2 – АСУ подачи и подготовки дутья; 3 – АСУ доменным процессом, включая управление тепловым состоянием, ходом печи и. газовым потоком; 4 – совокупность управления и централизованного контроля; IV уровень автоматизации – комплексная автоматизированная совокупность управления технологическим процессом доменной плавки (АСУ ТП)
В области измерения весов стали широко распространены тензометрические датчики с погрешностью измерения ±(0,05-0,1)%. Они отвечают твёрдым требованиям по быстродействию, надёжности и точности в тяжелых условиях эксплуатации, и характеризуются удобством обслуживания и простотой конструкции, удобством выходных ввода и линейностью характеристик информации в ЭВМ. Созданные на базе таких датчиков совокупности взвешивания сырья снабжают точность измерения ± 0,2%.
Для контроля состава колошникового газа применяют анализаторы, основанные на инфракрасном, кондуктометрическом и весов-спектрометрических способах. Точность газового анализа достигнута ± 0,5%.
Большое количество внимания уделяют контролю распределения шихтовых газового потока и материалов в рабочем пространстве доменной печи, что разрешает на базе данной информации оптимизировать режимы массо-и теплообмена и существенно улучшить применение химической и тепловой энергии газов. Развитие автоматизации доменного производства ведут в направлении создания отдельных систем с последующим объединением в единую совокупность управления процессом на базе мини- либо микро-ЭВМ, которые связаны с центральной совокупностью ЭВМ.
Самый отработаны и стали широко распространены автоматизированные системы сбора, обработки информации о работе представления и печи на экранах, цветных дисплеев в цифровом виде либо в виде динамических графиков; управления шихтоподготовкой и загрузкой материалов в доменную печь, и работой воздухонагревателей; контроля прогара фурм; прогноза и диагностики наиболее значимых параметров доменного процесса на базе математического моделирования.
Главные функции системы управления шихтоподготовкой и загрузкой печи заключаются в управлении загрузкой шихтовых материалов в бункеры шихтоподачи, их выгрузкой из бункеров и транспор-. тировкой в бункеры взвешивания; взвешивании отобранного материала и корректировке с учетом отклонений от заданной массы в прошлых циклах, и корректировке сухой массы кокса в зависимости от его влажности; управлении транспортировкой материалов из взвешивающих бункеров; контроле подачи материалов на основной загрузочный конвейер; контроле готовности загрузочного устройства к приему материалов и выгрузкой в доменную печь.
Такие системы обширно распространены во многих государствах и смогут входить в состав АСУ ТП доменных печей либо эксплуатироваться самостоятельно. В отдельных системах производятся кроме этого расчеты материальных и тепловых балансов. К числу главных функций совокупности управления воздухонагревателями относят регулирование температуры дутья; автоматическое переключение воздухонагревателей; управление процессом нагрева дутья с оптимизацией режима работы методом воздуха горения расходов и соответствующего регулирования топлива, и переводом воздухонагревателей из одного режима в второй.
Обобщение информации о ходе процесса и представление ее в эргономичном для технологов виде есть одним из главных направлений автоматизации доменного производства. С целью этого предлагают разные дисплейные варианты, отражающие на экранах исходную и обработанную данные в концентрированном виде, разрешающие все реже обращаться конкретно к контрольно-измерительным устройствам. Вторым серьёзным направлением есть углубленное изучение доменного процесса на базе новейших разработок в области измерительной создание и техники адекватных математических моделей.
На данный момент обширно используют моделирование распределения шихтовых материалов на колошнике в зависимости от метода загрузки, преследуя цель оптимизации газораспределения в печи, формирования рациональной когезивной территории и, как следствие, успехи большой степени применения химической и тепловой энергии газа при высокой интенсивности плавки. В большинстве случаев, эти модели базируются на расчетных и экспериментальных траекториях перемещения материалов при загрузке в печь с учетом углов откоса в скорости и печи их опускания в разных территориях по сечению колошника.
Конечной целью есть оптимизация газового потока в зависимости от распределения рудной порозности и нагрузки шихты. Использование таких моделей разрешает руководить распределением газового потока и материалов в печи и повышать эффективность доменной плавки. Недочётом моделей есть зависимость конечных результатов от принятых в модели значейий углов откоса материалов, влияния газового потока на чертей траекторий ссыпания материалов, их перераспределения в печи при перемещении и другие.
Вследствие этого воображает интерес определение рудных нагрузок в разных кольцевых территориях печи по фактическому составу радиального газа и параметрам комбинированного дутья без информации о загрузке материалов. На данный момент такая модель, созданная ЛПИ совместно с ЧерМК, проходит отработку на замечательной доменной печи № 5 количеством 5500 м3.
Разработку моделей теплового режима доменной печи ведут по нескольким направлениям. Большая часть первоначально созданных методов управления тепловым режимом доменной плавки базировалось на сведении материальных и тепловых балансов. В будущем они дополнялись элементами математической статистики. Эти модели по большей части отражали статику процесса и частично динамику (статистические модели).
Такие модели, не смотря на то, что и они не отражают полностью динамику процесса, нашли использование на практике. Сделана попытка создания автоматизированной совокупности управления тепловым состоянием доменной печи с применением созданной в Университете неприятностей управления АН СССР адаптивной совокупности с идентификатором в контуре управления.
В ДМетИ на базе способа регулирования теплового состояния доменной печи по расшифровке трансформаций состава колошникового газа создали модель, которая апробирована на доменных печах № 8 и 9 комбината “Криворожсталь”. В модели применяли многомерный ситуационный подход к анализуизменений всех контролируемых параметров процесса. Метод представляет собой расчетную схему, в которой предусмотрено регулирование теплового состояния как по возмущениям, так и по отклонениям нагрева печи от нормы, и его адаптацию к настоящим условиям протекания процесса.
Более полными моделями, в большей мере отражающими динамику процесса, являются модели, базирующиеся на физико-химических, газодинамических и теплотехнических закономерностях восстановления в потоке. Из-за отсутствия надежных данных для описания процессов в нижней части печи по окончании перехода материалов в пластическое и жидкое состояние самые реальными на данный момент являются модели, обрисовывающие явления массо-и теплообмена лишь в “сухой” территории (при сотрудничестве газов с жёсткими материалами).
Наряду с этим процессы описываются дифференциальными уравненимя с частными производными с линеаризацией по территориям печи. Однако разработка моделей с полным описанием доменного процесса (среди них и перехода материалов в жидкое состояние) длятся. Так, имеются сообщения о выполненном во Всесоюзном научно-исследовательском университете металлургической теплотехники (ВНИИМТ) математическом описании тепло-и массообменных процессов в горне доменной печи.
Модель реализована на ЭВМ и есть частью математической модели всего доменного процесса, созданного во ВНИИМТ. В МИСиС создали комплексную модель, включающую кинетикодинамичекую модель восстановления оксидов железа и математические модели газодинамики и теплоообмена, основанные на уравнениях фильтрации газов через слой кусковых теплового баланса и материалов, представленных в виде совокупностей дифференциальных уравнений в частных производных с заданием граничных условий. Посредством данной модели изучили новые технологические режимы плавки на доменной печи № 5 количеством 3200 м3“Новолипецкого металлургического комбината (HJIMK).
В Японии на базе упрощенной кинетической модели доменной плавки создали автоматизированную совокупность управления тепловым режимом доменной печи № 2 завода Кокура. Ее изюминкой есть наличие адаптивной обратной связи при выработке управляющих действий для уточнения прогноза и исключение неточностей в регулировании при большом уровне помех. Совокупность прогнозирует температуру чугуна и определяет нужное изменение расхода мазута.
Подобная модель, созданная ИЧМ при участии ЧерМК и ЛПИ, проходит адаптацию на доменной печи № 5 количеством 5500 м3 ЧерМК.
Большое внимание сейчас уделяют моделированию размещения территории когезии в доменной печи. Такие модели созданы в ФРГ и Японии. На данный момент подобные разработки показались в СССР.
Созданы математические модели, разрешающие оценить положение территории когезии в доменной печи, во ВНИИМТ, НПО “Черметавтоматика”, МИСиС, Университете металлургии УО АН СССР и Уральском политехническом университете. Приобретают распространение диагностические совокупности управления работой доменной печи типа “GO-STOP”, созданной в Японии. В базу этих совокупностей положен способ анализа группы показателей, основанный на логической формализации действий умелого оператора.
Использование таких совокупностей, трудящихся в рекомендательном режиме, разрешает выбрать рациональные режимы доменной плавки. Оснащение современных доменных печей новейшей контрольно-из-мерителеной аппаратурой, прогресс в разработке математических моделей доменного процесса, а также в применении вычислительной и дисплейной техники разрешили создать иерархические комплексные совокупности управления, в которых на самый низком уровне находится программное логическое управление либо мини-микро-ЭВМ, которые связаны с центральной ЭВМ.
