УДК 669.184.65.011.56 §
о г*
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКОЙ :
а.
>
© Е.Ф.Литвиненко, В.И.Товкун, С.Д.Коцур, А.Г.Коваленко, А.А.Сенаторов |
ЦНИИчермет им. И. П. Бардина, СП «МЕТАЛЕН», |
ОАО «Енакиевский металлургический завод» 5
В конвертерном цехе СП «МЕТАЛЕН» (ОАО «Енакиевский металлургический завод») внедрена и находится в эксплуатации с февраля 2002 года компьютерная система расчета продувки и шихтовки плавки*. Она предназначена для повышения технико-экономических показателей конвертерной плавки путем оптимизации технологии и улучшения организации производства.
Металлургические предприятия Украины работают в условиях дефицита металлолома, высокой нестабильности характеристик перерабатываемого сырья и, в связи с этим, применяемой технологии. Так, доля зашлакованного скрапа в металлозавалке составляет 60-70% и более, расход чугуна на плавку, его химический состав и температура, а также параметры кислородного дутья варьируются в широких пределах. Использование системы в этих условиях позволяет существенно увеличить долю плавок, имеющих по окончании продувки температуру, содержание углерода и фосфора, основность шлака в заданных пределах, а также снизить долю плавок, требующих проведения корректирующих операций (додувок на «температуру» и «углерод», охлаждения в связи с перегревом).
В основе системы — статическая модель управления конвертерной плавкой с адаптацией параметров по фактическим результатам, достигнутым на ранее проведенных плавках. Математическая модель базируется на взаимосвязанных уравнениях баланса (выхода жидкой стали, температурного, кислорода, извести), работающих одновременно, и дополненных рядом нелинейных функционалов. Ранее в статических моделях управления конвертерной плавкой реальное время, либо параметры, измеряемые в реальном времени, не использовались в качестве аргументов. Отличительной особенностью внедренной компьютерной системы является дополнение статической модели элементами динамического управления. Ввиду того, что в конвертерном цехе СП «МЕТАЛЕН» отсутствует система анализа отходящих газов, в качестве динамических элементов приняты следующие параметры продувки: интенсивность продувки кислородом, давление кислорода перед измерительной диафрагмой, положение кислородной фурмы. Цикличность опроса этих параметров составляет 2-3 с, а цикличность перерасчетов системы - 4-6 с.
В состав компьютерной системы, работающей в режиме «советчик мастера», входят (рисунок):
- автоматические рабочие места (АРМ) конвертеров № 1-3, расположенные в главных постах управления;
- АРМ мастера конвертерного отделения на рабочей площадке конвертеров;
- сервер с АРМ администратора сети в машинном зале АСУ ТП;
* Литвиненко Е.Ф., Вакула B.C. Развитие систем управления выплавкой стали в кислородно-конвертерных цехах//Металлурги-ческая и горнорудная промышленность. 2003. № 8. С. 154-157.
- АРМ пользователей, находящихся вне конвертерного цеха (начальник ККЦ, сталеплавильная лаборатория Технического управления и др.).
На АРМ конвертеров реализованы функции:
- контроля параметров продувки;
- расчета рекомендуемых расхода кислорода, продолжительности продувки, основности шлака и массы извести на плавку; прогнозируемые отклонение от заданной температуры стали и масса охладителя (при перегреве), масса стали по окончании продувки, химический состав миксерного чугуна (для использования в расчетах, в случае запаздывания результатов анализа), содержание фосфора и серы в расплаве по окончании продувки; при необходимости - расчет шихтовки предстоящей плавки — рекомендуемых масс чугуна и лома (до 10 различных видов лома);
- формирования журналов по проведенным плавкам (результаты расчета, фактически достигнутые параметры, результаты адаптации математической модели); база данных превышает тысячу плавок.
На АРМ мастера конвертерного отделения реализованы функции:
- просмотра журналов плавок, проведенных на каждом конвертере в реальном масштабе времени;
- расчета шихтовок плавок для каждого конвертера - рекомендуемых масс чугуна и лома, дополнительно — рекомендуемой массы чугуна при заданной массе лома в завалочном совке (используется для предотвращения заведомо «холодных» или «горячих» шихтовок плавок, требующих впоследствии значительного передува, или додувок «на температуру», или охлаждения).
На АРМ администратора сети реализованы функции контроля функционирования сервера и работоспособности компьютерной сети в целом, поддержки базы данных (справочно-нормативной и оперативной), единой для всех АРМ сети.
На АРМ «удаленных» пользователей реализованы функции:
- просмотра журналов плавок, проведенных на каждом конвертере, в реальном масштабе времени;
- проведения «игровых» вариантов расчетов процесса продувки и шихтовки плавки с использованием актуальных значений параметров математической модели, достигнутых на конвертерах к текущему моменту времени.
Компьютерная система универсальна — она имеет гибкую структуру, предусматривающую различные варианты технологии конвертерной плавки. Настройка структуры производится пользователем, что позволяет легко трансформировать ее для условий производства практически любого цеха с конвертерами любой емкости. Система надежна и устойчива в процессе эксплуатации — более чем за двухлетний период ее эксплуатации не отмечено сбоев специального программного обеспечения. Редкие сбои связаны в основном с надежностью используемой
ч-о о
>
к 2
CD Q-Ш 0J Q. CD
5 =
m ^
Э >
raU
3<
УСО
I
УСО
г
АРМ мастера конвертерного отделения
УСО
АРМ конвертера № 1
КО
АРМ
конвертера N2 2
КО
АРМ конвертера № 3
Сервер
« s ш ?
I -£ 2 0J о
го
та _q Ч с; >■ о
КО
КО
АРМ
начальника ККЦ
КО
7\ АРМ
| сталеплавильной лаборатории
Структурная схема компьютерной системы управления конвертерной плавкой (УСО - устройство связи с объектом, КО - коммуникационное оборудование)
компьютерной техники и функционирования операционной системы (Windows NT).
Технологический персонал легко и в короткие сроки обучается работе с системой. При этом процесс работы оператора с системой строго контролируется самой системой, не позволяя вводить случайные ошибки. Ручной ввод информации предельно упрощен.
Специальное программное обеспечение разработано с учетом возможности его использования как в цехах с развитым информационным обеспечением, позволяющим автоматически вводить большинство контролируемых параметров в систему, так и в цехах, где оператор вводит необходимые для расчетов параметры вручную.
Таблица 1. Основные показатели работы конвертерного цеха при использовании компьютерной системы и без нее
Показатели Сравнительный Период Период промышленной
период освоения эксплуатации
01.01.00-31.12.00 01.06.01-31.08.01 01.02.02- 01.02.03-
31.01.03 31.01.04
Выплавлено плавок 12390 1838 13572 15815
Проанализировано плавок 10270 1489 13345 14139
Количество плавок выплавленных - 88,3 93,6 97,2
с использованием системы, %
Достигаемые показатели после продувки
Температура стали, "С:
фактическая 1618,1 1620,0 1626,4 1621,2
задание - 1627,6 1626,8 1625,9
Содержание углерода, %
фактическое 0,057 0,056 0,076 0,070
задание - 0,061 0,067 0,068
Количество плавок в соответствии с заданием
после продувки, %:
по температуре (1610-1650 °С) 52,8 66,9 77,1 69,3
по углероду (0,04-0,12%) 71,2 72,4 82,5 77,5
по температуре и углероду одновременно 40,5 46,7 63,3 57,1
Количество плавок, %:
«холодных» (Т < 1610 °С) 37,1 24,6 16,1 24,5
«горячих» (Т > 1650 °С) 10,1 8,5 6,8 6,2
«передутых» (С < 0,04%) 21,8 19,2 6,0 13,4
Таблица 2. Основные расходные показатели конвертерной плавки (на основе анализа калькуляций себестоимости)
при использовании компьютерной системы и без нее о
Показатели Сравнительный Период промышленной эксплуатации
период 1-й год 2-й год
Удельный расход, кг/т стали:
чугуна 860,0 890,8 884,9
лома 257,3 240,8 251,2
извести 76,4 76,4 74,5
известняка 2,0 3,9 1,4
конвертерного шлака 0,3 0,8 0
Расход кислорода, м3/т стали 68,7 67,8 67,8
Количество шлака, кг/т стали 148,0 171,3 160,0
Угар, кг/т стали 111,4 121,8 124,6
Содержание в чугуне, % :
0,910 0,824 0,750
Мп 0,310 0,690 0,450
Б 0,034 0,037 0,038
Р 0,072 0,180 0,129
Параметры конвертерного шлака
Содержание Рео6щ, % 16,02 18,00 17,01
Основность 2,95 3,28 2,89
Таблица 3. Удельные расходы кислорода (мэ) и шлакообразующих материалов (кг) на 1 т переработанного чугуна
Материал Сравнительный период Период промышленной эксплуатации
1-й год 2-й год
Кислород 79,90 76,08 76,60
Известь 88,78 85,72 84,16
Известняк 2,37 4,36 1,54
Конвертерный шлак 0,33 0,93 0,04
Проанализированы основные технологические показатели (табл. 1), достигнутые за период промышленной эксплуатации компьютерной системы, в сравнении с показателями работы цеха до ее использования (сравнительный период) и в период ее освоения (только на двух конвертерах). Полученные результаты убедительно свидетельствуют о повышении (более чем на 30% по сравнению с прежним уровнем) доли плавок, выплавляемых в соответствии с заданием, и снижении доли плавок, требующих проведения корректирующих операций (додувок и охлаждений). Более высокая доля «холодных» плавок (как следствие, и более высокая доля «передутых» плавок) за второй год эксплуатации, по сравнению с первым, обусловлена выполнением требований руководства завода по снижению расхода чугуна и повышением доли лома в шихтовках плавок по сравнению с расчетом. В это же время чугун стал «химически более холодным» (табл. 2), а доля перерабатываемого зашлакованного скрапа в металлозавалке возросла.
Для оценки экономической эффективности использования компьютерной системы, показатели расхода кислорода дутья и шлакообразующих материалов (см. табл. 2) приведены в сопоставимые условия и пересчитаны на 1 т перерабатываемого чугуна. Это обусловлено тем, что в конце 2001 г. в цехе была существенно изменена технология конвертерной плавки в связи с большим дефицитом лома и значительным (до 0,2%) повышением содержания фосфора в чугуне. Установлено, что удельны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.