Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Разработка и внедрение методов анализа и прогноза показателей работы доменной печи с целью совершенствования технологии выплавки чугуна

РГБ ОД

1 7 ОКТ 1996 На правах рукописи

I /

¡У ГШЕЕВА Лариса Юрьевна

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА

Специальность 05. 16. 02 - Металлургия черных металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1996

Работа выполнена на кафедрах "Металлургических печей" и "Рудно-термических технологий" Уральского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Ю.Г.Ярошенко

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент С.А.Загайнов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор С.В.Шаврин; кандидат технических наук В.Н.Потанин

Ведущее предприятие - АООТ "Металлургический

завод им А.К.Серова"

Защита диссертации состоится " ¥ " 1996 г. "

в "_" ч на заседании специализированного совета Д 063. 14. 01

по присуждению ученой степени кандидата технических наук Уральского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, Уральский государственный технический университет, ученому секретарю совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " £ " 19Э6 г.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, доктор технических

наук

Н.С.Шумаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В период перехода к рыночной экономике, характеризуемой нестабильным спросом на металлопродукцию, изменением условий снабжения предприятий железорудными материалами и к оксом, а также изменением цен на сырье и железнодорожные перевозки, условия работы доменных цехов существенно изменились. Эти изменения приводят к необходимости частых перешихтовок и периодическому переводу печей на тихий ход. Нередко возникают задачи выплавки чугуна по спецзаказам. Таким образом, доля времени, в течение которого печи работают в переходных режимах, существенно возрастает, а следовательно, возрастают потери, связанные с этими режимами работы печи. При управлении доменным процессом, по-прежнему, актуальной является задача снижения затрат топлива и других природных ресурсов. Решение этой задачи связано с количественной оценкой показателей работы доменной печи и их изменений при варьировании топливно-сырьевых условий и требований, предъявляемых к продукции.

Для расчета показателей доменной плавки широко используются метода математического моделирования с элементами оптимизации. Наиболее пригодными для решения задач анализа и прогноза показателей работы печи оказались принципы натурно-математического моделирования. Применение такого рода моделей, работоспособных только в прямом информационном сопряжении с самими объектами и предусматривающих математическую обработку информации, сдерживается в большинстве случаев отсутствием алгоритмов, которые обеспечивали бы достаточно надежное решение в условиях неполной и . зашумленной информации о параметрах процесса.

Целью работы явилась разработка методов анализа причин изме-

нения показателей работы печи и прогноза доменной плавки по реальной информации о процессе с учетом нелинейности доменного процесса и действующих возмущений, создание и внедрение алгоритмов и реализующих их вычислительных программ, предназначенных для решения комплекса задач ведения доменной плавки.

Научная новизна. Сформулирован подход к использованию реальной информации о процессе при решении задач многомерных систем, основанный на избыточности информации и заключающийся в структурной адаптации модели. Разработана балансовая модель доменного процесса с переменной структурой. Разработана методика и дана количественная оценка нелинейности показателей доменного процесса и пределов изменения режимных параметров, в пределах которых возможно использование линейных и линеаризованных соотношений. Разработан метод учета влияния действующих возмущений на изменение показателей работы печи при изменении режимных параметров плавки, основанный на применении готовых решений задачи нестационарного теплообмена в слое при противотоке и балансовой модели.

Практическая значимость. Разработанная модель и предлагаемые методы учета нелинейности процесса и действующих возмущений позволяют получать надежную интервальную оценку по реальной информации о процессе. Использование модели в условиях доменного цеха АООТ "Металлургический завод им. А.К.Серова" позволило решить ряд конкретных задач ведения доменной плавки.

Реализация результатов работы. Разработанные на основе балансовой модели с переменной структурой метода решения технологических задач реализованы в виде пакета прикладных программ.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на 2-й научно-технической конференции "Пути улучшения газомеханики шихт" (Караганда, 1990); на Национальной научно-технической конференции с международным участием "Новые и усовер-

шенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов" (Болгария, 1990); на Всесоюзном научно-техническом совещании "Средства и системы автоматического управления процессами газопылеочистки в цветной металлургии" (Свердловск, 1991); в материалах международного конгресса (Тула, 1992); на научно-технической конференции,. посвященной 75-летию образования металлургического факультета Уральского государственного технического университета, "Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов" (Екатеринбург, 1995). Созданный пакет прикладных программ использован лабораторией экономии и нормирования материальных и энергетических ресурсов Уральского института металлов при планировании доменного производства, внедрен на АООТ "Металлургический завод им. А.К.Серова" для решения технологических задач.

Публикации.По рассматриваемым вопросам опубликовано 13 работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (135 наименований), приложений; изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц и 33 рисунка.

Предмет защиты■ На защиту вынесены: 1)подход к построению балансовой модели доменного процесса с переменной структурой и результаты опробования модели; 2) методика оценки нелинейности показателей доменного процесса; 3) методика оценки потерь, связанных с действием возмущений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава Состояние вопроса и постановка задач исследования Первая глава состоит из четырех разделов, посвященных описанию объекта исследования, аналитическому обзору и обоснованию направления работы.

При решении задач оценки и анализа показателей работы домен-

ной печи комплекс современной доменной печи следует рассматривать как управляемую технологическую систему, состояние которой определяется закономерностями доменного процесса, системой подготовки шихтовых материалов и отработки продуктов плавки, системой сбора и обработки информации, влиянием переменных факторов и функционированием контура управления с участием технологов (рис.1). Такая система уникальна по своим характеристикам, зависящим в свою очередь от реальных условий производства.

Аналитический обзор существующих методов описания закономерностей доменного процесса выполнен с точки зрения их применения для решения задач оценки показателей работы доменной печи и их изменений при вынужденных или планируемых изменениях параметров процесса. Обзор включает в себя рассмотрение общих основ построения математических моделей доменного процесса, анализ функциональных (поведенческих), детерминированных (балансовых и кинетических) моделей доменного процесса и, учитывая, что доменная печь работает преимущественно в переходных режимах, методов описания ее динамических свойств.

Отмечено, что зависимости, установленные в результате аналитического описания явлений доменной плавки, обладают большими прогнозными возможностями. Основы построения детерминированных моделей сложились в результате развития теории тепло- и массооб-мена в доменной печи. Большой вклад в исследование тепловых явлений доменного процесса внесен уральской школой металлургов.

Общим недостатком балансовых методов расчета доменной плавга является необходимость применения эмпирических соотношений, характеризующих эффективность использования тепловой и химическо! энергии газового потока. Сложность использования таких моделей з основном обусловлена низкой достоверностью информации о работ; доменной печи. Создание моделей, описывающих теплообмен с учета

"у,и

- - + - - 1 1 • 1

системы

подготов-

1 ки шихты,

комбини-

° 1 рованного дутья »

1 1 1 ♦ ! 1 1 1 1

V ——

|2Х + -

I I I

±

технологический агрегат

4

| |система | у |отработ-'

продук-

тов

плавки

1_

4- 4-I I

система обора инфомации

т

л_I

контур управления

-,-,-1-

+ t +

I I I

ь ----- +-1-+-

Ц1 А1 О1

управляемая технологическая система

Рис Л. Доменная печь как управляемая технологическая система /о,ио,Уо-0тчетные данные о параметрах и показателях работы домен-

ной печи; У-входные воздействия; и-управляющие воздействия; У-выходные показатели процесса; гх~неконтролируемые изменения внутренних характеристик процесса; у-неконтролируемые изменения входных и управляющих воздействий; г^-потери чугуна со скрапом и шлаком, вынос колошниковой пыли; Ц-целевая функция управления; А-алгоритм управления; О-ограничения

термодинамики и кинетики процессов, не позволяет устранить основного противоречия модельного подхода, а именно: увеличение числа учитываемых факторов не приводит к повышению надежности результатов моделирования. Наиболее пригодными для решения рассматриваемой задачи являются разрабатываемые в Уральском государственном техническом университете и Сибирской горно-металлургической академии принципы натурно-математического моделирования, позволяющие учесть разнообразие и нестабильность реальных условий доменного производства. Данный подход применим при разработке моделей любого класса.

Обзор показал, что большинство применяемых в условиях доменных цехов методик анализа и прогноза показателей работы печи ориентировано на использование достоверной информации о процессе, не учитывает действие возмущений и использует линейные и линеари-

^иихиши

Глава 2^. Разработка методов анализа и прогноза показателей работы доменной печи по реальной информации о технологическом процессе

Вторая глава содержит четыре раздела, в которых рассматриваются

вопросы разработки в рамках натурно-модельного подхода балансовой

модели доменного процесса с переменной структурой и методики

оценки достоверности используемой информации.

Недостаточная достоверность информации, связанная с несовершенством способов контроля доменного процесса, ошибками измерения, ограниченной точностью измерений и обработки результатов измерения, ошибками при передаче данных, делает задачу оценки качества информации принципиальной. Требования к качеству информации возрастают при решении задач сопоставительного анализа и прогноза доменной плавки, когда погрешности измерения режимных параметров могут быть сопоставимыми с их изменением.

На рис.2 представлен разработанный в диссертационной работе общий подход к использованию отчетных данных в качестве основной информации при решении технологических задач. Он связан с избыточностью информации для описания многомерных технологических систем и положением о том, что инструментальные и систематические погрешности информационных каналов стабильны во времени. Избыточность информации позволяет, используя независимые способы расчета показателей процесса, получать многовариантную оценку их действительных значений. При достоверной информации о процессе все оценки должны совпадать.В реальных условиях оценки могут различаться. Использование информации в полном объеме позволяет оценить ее достоверность.

Отчетные данные базовый период

Отчетные данные сопоставимый период

_|

j Анализ и| Н коррек- |-|тировка | ! отчетных Н данных |

I_I

Расчет] показа |-телей | работы |— печи

Сопоста вимый анализ показа-jтелей ! ■-1-1

Результаты}

анализа

t

1—|Выбор структуры модели!

Т

Исходные данные для прогноза

Расчет прогнозируемых показателей работы печи и оценка надежности найденных решений

Результаты

прогноза

Рис.2. Схема решения задач многомерных систем при избыточности информации

Реализация данного подхода требует структурной адаптации модели к используемому массиву исходных данных. Структурная адаптация модели должна осуществляться в процессе оценки достоверности информации.

В основу принятой для разработки методики анализа и прогноза показателей доменной плавки математической модели доменного процесса (модели УПИ) положено уравнение теплового баланса нижней зоны доменной печи, записанное в следующей форме:

г +V31750CPe]VVQii=Qnn' Ы

где цг-суммарная тепловая мощность газового потока, поступающего в нижнюю зону печи, кДж/мин; р-производительность печи,т/мин; Ощ-приход тепла в нижнюю зону печи с шихтовыми материалами, кДж/т чугуна; r^-степень прямого восстановления, [Ре]-содержание железа в чугуне,%; 31750-тепловой эффект реакции прямого восстановления железа, кДж/т чугуна; Оф-затраты тепла на разложение карбоната кальция флюсов, кДж/т чугуна; С^-тепловые потери в окружающую

среду через фурменный пояс, распар и заплечики, кДж/т чугуна; Скудельная энтальпия продуктов плавки, кДж/т чугуна.

В соответствии с принятым системным подходом к анализу показателей работы печи.(см.рис.1) балансовое уравнение было дополнено статьей, учитывающей тепловые затраты на восстановление железа и нагрев той доли чугуна, которая теряется в процессе выпуска продуктов плавки (0^):

0^= (31750[1е ]г(1+(0пп-1000сш (^+50)11) , (2)

где с -теплоемкость шлака, кДж/кгК;^-температура чугуна,°С; и-йыход шлака, т/т чугуна; ар-потери чугуна, д.ед.

Входящие в уравнение теплового баланса показатели процесса определяются по известным зависимостям. Система уравнений решается в рамках следующих допущений:

Агч=к^Л[31]; Дт£0=0; Ат]н=0; Лар=0; ¿0^=0,

где т^-степень использования СО в области восстановления вюсти-

та, д.ед.; ти -степень использования водорода, д.ед. пг

С целью повышения надежности оценок в модели использованы балансовые соотношения в приращениях, позволяющие исключить влияние инструментальных и систематических погрешностей информационных каналов.

Выполненный в первом разделе главы анализ известных балансовых соотношений доменной плавки показал, что в общем случае система уравнений, решаемая относительно показателей доменной плавки (удельного расхода кокса, производительности), является избыточной, а оценка показателей - многовариантной.

Во втором разделе главы приведены результаты анализа структур, входящих в системы уравнений и переменных, используемых в качестве зависимых. Выделены три основные системы уравнений.

Характерной особенностью этих систем уравнений является то, что они используют разную информацию о процессе.

Первая система уравнений основана на балансе газифицируемого углерода кокса

1,8б7§к+(С)^=С^Р, (3)

где glc-кoличecтвo газифицированного углерода кокса,кг/т чугуна;

(С) - суммарное количество газообразного углерода в природном

газе, м-^/м3; С^ - относительное количество атомарного углерода в

3 /,,3м .

пг

колошниковом газе, м-ум-!^; У^-расход природного

газа, М^/МИН'М-3!^,

и уравнении для расчета индекса непрямого восстановления железа

, НК б'

где б и б'-количество кислорода, связанного с окислами шихты и обусловленного наличием в шихте гематита, м-Ут чугуна; Н^ - относительное количество атомарного водорода в дутье, м-^/м3!^. Данная система уравнений максимально использует информацию о составе колошникового газа, расходе кокса и природного газа.

Вторая система уравнений основана на балансе газифицируемого кислорода шихты

2.6+0^Р=(2С0^+С0Ы+Н20М)уР, (5)

где (^-относительное количество атомарного кислорода в дутье, СО^СО11,!^О11- относительные количества соответст-

вующих оксидов в колошниковом газе, м-^/м3!^,

и уравнении для расчета степени непрямого восстановления железа(4). Система уравнений в полном объеме использует информацию о параметрах комбинированного дутья, составе железорудных материалов, составе колошникового газа.

Третья система уравнений основана на балансе "углерод-кисло-

род", описывающем процесс газификации углерода кокса, протекающий

в области высоких температур

1,867ёк+(С)У^=0|уРи[Ре]гй+Сэд, (6)

где Са„-количество углерода, газифицируемого при восстановлении

я

кремния, марганца, фосфора, м /т чугуна,

и балансе газифицируемого . углерода кокса (3). В полной мере используется информация о параметрах комбинированного дутья и количестве загружаемого кокса.

Каждая система уравнений дополнена двумя уравнениями для оценки производительности печи, тремя - для оценки выхода шлака и двумя - для оценки основности шлака. Уравнения используют разную информацию о составе доменной шихты.

Анализ чувствительности модели с разной структурой к изменению параметров процесса, выполненный в третьем разделе главы, подтвердил различие информации, наиболее полно используемой каждо! структурой, и позволил выделить следующие группы данных (табл.1).

Таблица :

Группы отчетных данных

Натурные данные

состав

|расход 'кокса ЖРМ

состав дутья

паРа ¡никового газа ме тры |-

УВД |00 С02 Н2

Структура модели

I +

баланс "углерод-кислород" баланс углерода

баланс кислорода

В таблице "+" отмечены натурные данные, объединенные в одну группу, чувствительность модели к которым существенна.

В диссертации приводится описание логической схемы, представляющей собой иерархически ранжированную последовательность оценок результатов расчета, которая позволяет определить наиболее

12

достоверную информацию о работе печи в базовом периоде и выбрать ту систему уравнений (структуру модели), которая использует эту информацию в качестве независимых величин.

В четвертом разделе главы приводится общая схема решения технологических задач и результаты ее опробования при достаточно стабильных условиях работы доменных печей Магнитогорского, Новолипецкого, Череповецкого, Западно-сибирского, Карагандинского, Нижнетагильского меткомбинатов в 1987-1990 годах (рис.3,а) и условиях работы доменных печей метзавода им.А.К.Серова при существенных изменениях производительности, связанных с значительными колебаниям состава доменной шихты (рис.3,6).

Глава 3^ Анализ нелинейности доменного процесса состоит из трех разделов и содержит материалы исследования, направленного на разработку методики прогнозной оценки погрешности расчета показателей работы печи за счет нелинейности доменного процесса.

Оценка надежности найденных решений заключается в построении интервала возможных значений рассчитываемых показателей.

Нелинейность процесса проявляется в непостоянстве его характеристик, в частности, в непостоянстве пересчетных коэффициентов, используемых для оценки показателей процесса при изменении его параметров. В качестве обобщенного показателя нелинейности доменного процесса предложено рассматривать относительную разность оценок изменения показателей процесса, полученных для различных условий доменной плавки

к^ШЛУ^/ДТ^-ПМОО, . (7)

где ^-коэффициент нелинейности показателя процесса, %; АУДВ, ЛУВД- модельные оценки изменения показателя процесса:

АУав=Е <к£(Х®-Х*)), АУва=2(к®(Х^-Х®)), (8)

где Х^,Х®-значения 1-го параметра в периоды А и В; - пере-

счетные коэффициенты для 1-го параметра в периоды А и В.

13

а)

б)

ДКрося.,

КГ/Т чугуна

10

-5

-10

о о 1 / О 4» / У

О •/ *

у о ° ' о >

/ 'V- • /. а о

-10

-5

о 5 го

ДКлт»., кг/т чугуна

90 ЛКрасч. г кг/т чугуна

40

-40

-30

/ /

Л /У \ V >

у & ' / •

/ У / и / / /

-80

-40 -0 40 80

ДКотч., кг/т чугуна

Рис.3.Сопоставление рассчитанных (ЛКрасч) и отчетных (ЛКотч) изменений удельного расхода кокса о Типовая методика • Модель

В табл.2 приведет значения коэффициента нелинейности удельного расхода кокса, полученного по данным о работе доменных печей ММК (5^). Здесь же приведены результаты расчета коэффициента нелинейности по разработанной в диссертации методике аналитической оценки коэффициента нелинейности (К^)-

Таблица 2

Данные об изменениях режимных параметров работы доменных печей и значения коэффициента нелинейности

№ печи | Период ДРе, Ды, АУпг'Мд'йКотч' дкдв, &кВА, ""■}......

I А ( В %■ % м3/т °С кг/т кг/т кг/т % %

. 3 1987 1988 0,7 0,0 -2,5 -71 5,04 5,99 -5,73 4,34 4,67

3 1988 1989 -0,2 0,1 -2,2 16 4,14 4,38 -4,47 2,05 1 ,37

3 1987 1989 0,5 0,1 -4,7 -55 9,18 6,64 -6,38 3,92 1 ,81

5 1987 1988 0,7 0,2 -7,0 34 -10,9 -12,57 12,38 1 ,48 2,07

5 1988 1989 0,1 -0,4 3,5 -29 3,37 3,30 -4,83 46,36 49,10

5 1987 1989 0,8 0,6 -3,5 5 -7,53 -8,73 8,82 1 ,03 0,46

10 1987 1988 0,1 0,2 3,6 33 -5,60 -6,36 6,19 2,74 4,09

10 1988 1989 0,1 0,3 -12,0 42 4,60 4,93 -4,85 1,62 4,06

10 1987 1989 0,2 0,1 -8,0 75 -1 ,01 0,21 -0,05 76,19 102,4

При разработке методики аналитической оценки коэффициента нелинейности показателей процесса использованы методы диф$еренци-альной геометрии, в рамках которых нелинейность функции (У = У(Х)) определяется ее кривизной (к)

й=У"/{^1 + (У' >2]3. О)

При оценке нелинейности показателей доменного процесса рассмотрены зависимости удельного расхода кокса от основных режимных параметров доменной плавки (содержания кислорода в дутье, влажности дутья, расхода природного газа, температуры дутья) и показателей, характеризующих восстановительную работу газового потока (степени использования монооксида углерода и степени использования водорода).

Можнр. выделить два типа нелинейности: I)нелинейность, непосредственно связанная с нелинейностью и взаимообусловленностью влияния режимных параметров на состояние процесса; 2 Нелинейность, опосредованная через изменение теплового эквивалента кокса и связанная с действием обратных связей. Зависимость теплового эквивалента кокса от реальных условий определяет нелинейность влияния многих параметров на основные показатели процесса.

Используя понятие кривизны функции (9), предложено следующее выражение для вычисления коэффициента нелинейности показателя процесса У=У(Х1,Х2,Х^...Х^)

Г *2°Н 1

г г Г-?-ту3 Щ-— |ЛХ АХ

кд=- ---2 -, (10)

0^-2СдОн/зХ1ДХ1] ?(аОн/0Х1АХ±)

где а - кривизна функции зависимости удельного расхода кокса от 1-го режимного параметра, Оц-обобщенный показатель теплового состояния низа доменной печи, кДж/т чугуна; о -тепловой эквивалент

К

кокса, кДж/кг кокса.

Расчеты величины а в области реальных значений технологических параметров доменной плавки (ММК, ДП ,КЗ-.№6 в 1987-1989; НЛМК, ДП № 6 в 1987, 1988) показали высокий уровень нелинейности показателя процесса по содержанию кислорода в дутье, влажности дутья, расходу природного газа.

Разработанная методика позволила оценить область применения линейных и линеаризованных соотношений для конкретных условий работы печи. Например, для условий работы ДП .№6 Новолипецкого меткомбината в 1988 году: изменение содержания кислорода в дутье - ±1,01%; влажности дутья - ±4,53г/м3; расхода природного газа -±73м3/т; температуры дутья - ±Ю8°С.

Глава 4. Влияние изменений условий работы печи на переходные процессы. В четвертой главе, состоящей из четырех разделов, изло-

жены результаты исследований изменения показателей работы печи при действии возмущений.

В ряде работ влияние возмущений на показатели процесса рассматривают как результат повышения среднего уровня "нагрева" продуктов плавки при увеличении колеблемости содержания кремния в чугуне (0[gj])» проявляющийся в увеличении потребности процесса в коксе (ДКа)

При выполнении данного исследования ставилась задача оценки влияния изменения режимных параметров плавки на величину потерь, связанных с действием возмущений. Величину ДК0 можно считать аддитивной составляющей общего изменения удельного расхода кокса при планируемом изменении режимных параметров плавки. Суммарное

изменение удельного расхода кокса составит

ДК2 = ЛКХ + ЛК0, (II)

где ДКХ- изменение удельного расхода кокса за счет изменения технологических параметров плавки, кг/т.

Оценка влияния действующих возмущений на колеблемость [SD выполнена двумя способами: методами статистической динамики (процесс неуправляем, возмущения - случайная величина); методами моделирования переходных состояний процесса (процесс управляем технологом, возмущения имеют детерминированный характер). В любом случае AKQ определяется статическими и динамическими характеристиками процесса.

Решение поставленной задачи потребовало: разработки методики и алгоритма моделирования переходных процессов в системе управления; выявления наиболее "опасных" (требующих больших "запасов тепла") видов возмущений; разработки методики оценки изменения динамических характеристик процесса при изменении режимных параметров плавки; разработки методики оценки изменения колеблемости ES1], а следовательно, и потребности процесса в коксе при изменении условий плавки. > IV

Принято, что структурная схема доменного процесса как объекта управления является системой с обратной связью. Динамические свойства доменной печи по каналам передачи воздействий и возмущений аппроксимированы последовательным соединением типовых динамических звеньев: звена чистого запаздывания и апериодического звена 1-го порядка. Обратная связь, имитирующая работу мастера, упрощенно представлена релейной безынерционной функцией.

Во втором разделе главы приведены результаты моделирования и анализа переходных процессов в системе управления и описано разработанное для этого алгоритмическое обеспечение. Выявлено, что при всех способах компенсации возмущений к "опасным" относятся ступенчатые и П-образные возмущения длительностью постоянной времени объекта и более.

Разработана методика оценки изменения динамических свойств доменной печи при изменении условий плавки, основанная на использовании решений задачи нестационарного теплообмена, балансовой модели доменного процесса и ряде принятых допущений.

Расчет относительного изменения постоянной времени объекта (Т0(5) ведется по формуле

АТоб = ^ + ^каж + ^нас _ ЛЧ _ Дт > (12

Тоб а'ст скаж Рнас ^ ЙРГ'

где -время установления стационарного состояния, выраженного в

оборотах шихты; скаж~ кажущаяся теплоемкость материала, кДж/кг°С;

рнас-насыпная масса материала, кг/т; К^-суммарный коэффициент

теплопередачи, приблизительно учитывающий внутреннее тепловое

о

сопротивление кусков материала, Вт/(м К); ш-отношение теплоемкости потоков газа и материала, д.вд., с учетом следующих допущений

Дт

V ст

ст _ П. Аскаж _ у/^хим^!

0; -т^-=0; ^^ = (13)

% каж

Относительное изменение времени запаздывания (тоб) рассчитывается по формуле

Дт „ АР ДО Др

об м кнас ,т.,,,

ТТ = ~ Р---П---р-' (14)

об м ннас

где Р- суточная производительность печи т/сутки; й - расход материалов, т/т чугуна.

Расчет коэффициентов передачи объекта (к0(3), показателей, входящих в формулы (13,14), и их изменений осуществляется в ходе оценки и прогноза показателей процесса с использованием разработанной балансовой модели доменного процесса.

На рис.4 приведены результаты, характеризующие степень влияния технологических параметров плавки на динамические характеристики процесса.

Если принять, что действующие возмущения являются стационарным случайным процессом с нормальным законом распределения и постоянной спектральной плотностью (3(иг)=3(0)), по дисперсия выходной величины (о) определяется из соотношения

о2 - к2 (15)

В этом случае максимальную амплитуду колебаний выходной величины (А^^) можно принять равной Зо.

При изменении динамических характеристик относительное изменение а!51-' составит тах

бАшах- Т—)-1-

В тех случаях, когда входной сигнал можно считать ступенча-

ГЧп 1

тым или П-образным возмущением, величина бА^^-1 определяется в результате прямого цифрового моделирования переходных процессов по разработанной методике.

Результаты оценки влияния мероприятий, направленных на совершенствование процесса, на величину потерь, связанную с действием возмущений, показали следующее: Iувеличение расхода

ЛТГ„- „ , 5 */о (отн)

¿К

К-р.]. % (отн)

%(отн)

А» об.

%(отн)

%(отн)

ч

0 1 2

1

1

0 1 2

V 1 1 \

0 1 2

1 1

0 1 2

\

50 10« -

\

50 100

~1-

0 50 100

1 2 А Ре, %

0 50 100

4Т „ °С

3-5

\

\

ОС

~т

Рис.4.Влияние изменения содержания в дутье кислорода (Дш) содержания железа в шихте (АЕе), температуры дутья (ЛТД степени использования СО (Дч]со) на динамические хара: теристики процесса

---- условия работы доменной печи $6 НЛМК

_ - условия работы доменной печи ЖЗ КарМК

о

о

о

риродного газа и содержания кислорода в дутье приводят к повыше-ию 0[31] при постоянных действующих возмущениях; 2Увеличение емпературы дутья как при увеличении расхода природного газа, так . при его постоянном расходе приводит к увеличению а^^; 3)меро-риятия, направленные на повышение степени использования СО, :огут привести как к снижению, так и увеличению о^р 4)наиСолее ффективным мероприятием с точки зрения управления процессом вляется улучшение подготовки железорудных материалов, то есть величение содержания железа и снижение колеблемости химсостава.

Глава 5^ Результаты опробования и внедрения задач анализа 1аботы доменных печей и прогноза показателей плавки при вменении режимных параметров. В условиях работы доменного цеха ХЮТ "Металлургический завод им. Л.К.Серова" внедрен комплекс ин-юрмационно связанных интерактивных вычислительных программ, (десь, кроме задач оценки, анализа и прогноза показателей работы сечи, рассматривается влияние параметров процесса на газодинами-геские характеристики, фурменный очаг, шлаковый режим, режим »тработки продуктов плавки. Пакет прикладных программ эксплуати-)уется с 1995 года и использован для решения ряда важных для штимизации технологии доменной плавки задач: расчет требуемой сорректировки массы кокса и флюсов в подаче при изменении шихто-шх условий; расчет состава шихты при использовании в шихте окатышей ССГОК, КГОК, отвального скрапа; выбор основности и соотно-юния "основного" и "кислого" агломератов, получаемых на собственной аглофабрике; оценка состава шлака и его вязкости при ^пользовании для промывки горна доменной печи сварочного шлака и ларганецсодержащих отходов; изменение давления газа под колошником и режима отработки продуктов плавки при вынужденном изменении троизводительности печи; оценка возможности использования кокса фракции 10-25 в реальных условиях плавки; оценка взаимосвязи

параметров фурменного очага с показателями плавки с целью опред< ления минимально возможного размера фурменной зоны.

Эксплуатация пакета прикладных программ показала его приго, ность для решения комплекса конкретных технологических задач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Сформулирован подход к использованию отчетных данных качестве основной информации при решении технологических зада1 связанный с избыточностью информации для описания многомерн технологических систем и положением о том, что инструментальные систематические погрешности информационных каналов стабильны ; времени. Разработана балансовая модель доменного процесса с пер* менной структурой и на ее основе методика оценки, анализа прич] изменения и прогноза показателей работы пета при изменении режи ных параметров плавки по реальной информации о процессе.

2.Предложен подход к оценке нелинейности доменного процесс, основу которого составляет методика аналитического расчета коэ< фициента нелинейности. С использованием методики проанализирова: особенности нелинейности доменного процесса, определены конкре-ные пределы изменения режимных параметров плавки, в котор] допустимо использование линейных и линеаризованных соотношений.

3.Разработан метод учета влияния возмущений на изменен условий работы доменной печи при изменении режимных параметр! плавки, основанный на использовании решений задачи нестационара го теплообмена в слое при противотоке и балансовой модели доме; ного процесса.

4.Опробована созданная система информационно связанн интерактивных вычислительных программ для решения больше: комплекса конкретных технологических задач. Показана ее приго, ность и целесообразность использования в качестве элемен' "Технологической инструкции" в экспертной системе, осуществляют управление доменной плавкой.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1.Совершенствование методики расчета расхода кокса и других показателей работы доменных печей на планируемый период /Раев Ю.О., Суханов Е.Л., Загайнов O.A., Гилева Л.Ю. и др. //Нормирование расхода топлива в основных технологических агрегатах черной металлургии. Свердловск:Изд-во Полиграфист, 1985.

2.Упрощенный метод расчета доменных шихт применительно к задачам анализа работы доменных печей / Онорин О.П., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю. и др. // Библ.указатель ВИНИТИ "Депонированные работы". 1990. Мб. С. 133.

3.Методика оценки минимально допустимого расхода кокса при конкретных условиях доменной плавки / Онорин О.П., Загайнов O.A., Гилева Л.Ю. и др. // Там же. С. 134.

4.Компьютерный метод анализа работы доменных печей / Суханов Е.Л., Загайнов С.А.,Гилева Л.Ю. и др. // Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и производства чугуна и ферро-сплавов:Тез.докл.Национ.науч.-техн.конф. Болгария, 1990. С.58-59.

5.Проблемы построения АСУ ТП шахтных печей / Гилева Л.Ю., Загайнов С.А., Суханов Е.Л., Ярошенко Ю.Г. // Средства и системы автоматического управления технологическими процессами газопыле-очистки в цветной металлургии: Тез.докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания. Свердловск, 1991. С. 71.

6.Применение АСУ для решения интеллектуальных задач ведения доменной плавки / Гилева Л.Ю., Загайнов С.А., Онорин О.П. и др. // Там же. С. 78.

7.Решение технологических задач доменного производства с использованием вычислительной техники / Суханов Е.Л., Загайнов С.А., Ярошенко Ю.Г., Гилева Л.Ю. и др. // Материалы международного конгресса. Тула, 1992.

8.Физико-механические, физико-химические, теплотехнические и газодинамические характеристики смеси агломерата и окатышей / Калинин А.П., Загайнов С.А., Онорин О.П., Гилева Л.Ю. // Изв.вузов. Чер. металлургия. 1992. № 4.

9.Разработка математической модели с переменной структурой для анализа и прогноза показателей работы печи на основе отчетных данных / Гилева Л.Ю., Ярошенко Ю.Г., Загайнов С.А. и др. // Там же. 1993. J6 4. С. 51-55.

10.Анализ нелинейности характеристик доменного процесса /

Гилева Л.Ю..Загайнов С.А..Ярошенко Ю.Г. и др.//Там же. 1994. Ш.

TT Т^яттлтэо TT 1П QapcfffriJrin P Л Оттптти A TT R mjarnjn na?in;niirm.TV ttdtiO—

±. «i IUHU1JU LI.Iи , uui U1U.1'jiJ J - 'l ■ , i -J i А . А А « UJUUUJJL'^ ^-j' _I J • Ц AA HA II.L AAAJ j_J'_A

метров доменной плавки на величину потерь, связанных с действием неконтролируемых возмущений // Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов: Тез. науч.-техн.конф. Екатеринбург, 1995. С. 109.

Подписано в печать 04.09.96 Формат 60x84 1/16

Бумага типографская Плоская печать Усл.п.л.1,39

Уч.-изд.л. 1,09 Тираж 100 Заказ 357 Бесплатно

Редакционно-издательский отдел УГТУ 620002, Екатеринбург, Мира, 19 Ротапринт УГТУ. 620002, Екатеринбург, Мира, 19