Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

МЕЩЕРЯКОВ Александр Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ КОНВЕРТЕРА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Научный консультант: доктор технических наук, профессор ЛУКЬЯНОВ Сергей Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор РАДИОНОВ Андрей Александрович кандидат технических наук ГОЛОВИН Вячеслав Васильевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский институт)

Защита состоится 23 марта 2012 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГТУ.

Автореферат разослан 21 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук., доцент К.Э. Одинцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кислородно-конвертерный передел жидкого чугуна в конвертерах с верхним типом продувки через фурму технически чистым кислородом - основной сталеплавильный процесс в мире. Одним из основных факторов, определяющих производительность кислородного конвертера, является коэффициент его использования. Повышение значения коэффициента использования кислородного конвертера прямо связано с сокращением времени простоя агрегата на устранение последствий выброса расплава через горловину конвертера на его корпус и прочее технологическое оборудование.

С целью предотвращения выброса расплава на современных конвертерах применяют системы виброакустического контроля процесса продувки, работающие как в режиме советчика технологического персонала, так и в качестве диагностирующего звена в системах предотвращения выбросов расплава посредством управления электроприводом перемещения кислородной фурмы. Показатели эффективности и алгоритмы работы данных систем в литературе не описаны и являются коммерческой тайной фирм разработчиков.

Эксплуатация российской системы виброакустического контроля процесса продувки Мониторинг-К и анализ существующих систем управления электроприводом кислородной фурмы конвертера выявили следующие проблемы: отсутствуют конкретные технологические требования к электроприводу кислородной фурмы конвертера с позиции автоматического предотвращения выбросов расплава; системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертера построены без возможности предотвращения выбросов расплава в автоматическом режиме; система виброакустического контроля Мониторинг-К не обеспечивает достаточную достоверность диагностирования возможности выброса расплава.

Создание системы автоматического управления электроприводом кислородной фурмы конвертера на основе новой, более достоверной системы диагностирования возможности выброса расплава позволит эффективно предотвращать выбросы расплава, сократить время простоя кислородного конвертера на выполнение ремонтных работ и, как следствие, повысить производительность кислородного конвертера.

Цель работы. Разработка системы автоматического управления электроприводом кислородной фурмы конвертера, обеспечивающей увеличение производительности кислородного конвертера за счет предотвращения простоев конвертера и потерь металла по причине выбросов расплава при продувке кислородного конвертера.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

- анализа известных технологических требований к электроприводу кислородной фурмы конвертера с позиции предотвращения выбросов расплава через горловину кислородного конвертера;

- анализа существующих способов диагностирования возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера и оценки достоверности диагностической информации системы Мониторинг-К;

- статистического анализа временных диаграмм изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера в нормальном режиме продувки и при возникновении выбросов расплава через горловину кислородного конвертера;

- определения диагностических признаков возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера в характеристиках изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера, а также их значений для условий кислородных конвертеров ОАО ММК;

- разработки новой методики и алгоритма диагностирования возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера по характеристикам изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера и технологических параметров продувки;

- разработки конкретных технологических требований к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиций предотвращения выбросов расплава через горловину кислородного конвертера;

- разработки функциональной схемы и алгоритма работы системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертера, обеспечивающих предотвращение выбросов расплава через горловину кислородного конвертера;

- анализа возможностей реализации разработанных технических решений существующими схемами электропривода;

- экспериментальной оценки эффективности предлагаемых методик и технических решений на действующих кислородных конвертерах.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием статистических и частотных методов анализа временных рядов, методов машинного моделирования и методов дискретной математики. Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода кислородной фурмы кислородных конвертеров №1,2 ОАО Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО ММК).

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достоверностью диагнозов о возможности выбросов расплавов, полученных в результате опытно-промышленной эксплуатации внедренной системы технического диагностирования на кислородных конвертерах №1,2 ОАО ММК, а также сопоставлением теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований на действующих конвертерах ОАО ММК.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Результаты анализа технологических требований к электроприводу кислородной фурмы с позиции предотвращения выбросов расплава и возможностей их реализации типовой схемой электропривода.

2. Результаты статистического анализа временных диаграмм изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера в нормальном режиме продувки и при возникновении выбросов расплава через горловину кислородного конвертера. Диагностические признаки возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера, основанные на спектральном анализе временных диаграмм изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера.

3. Методика и алгоритм диагностирования возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера по характеристикам изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера, обеспечивающие высокую достоверностью диагнозов.

4. Конкретные технологические требования к электроприводу кислородной фурмы с позиции автоматического предотвращения выбросов расплава через горловину кислородного конвертера.

5. Функциональная схема со звеном диагностирования возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера в своем составе и алгоритм управления электроприводом кислородной фурмы конвертера, учитывающие особенности технологического процесса кислородноконвертерной выплавки стали.

6. Результаты опытно-промышленной эксплуатации предлагаемых методик и технических решений на действующих конвертерах №1,2 ОАО ММК и оценки их эффективности.

Научная новизна:

1. Разработаны технологические требования к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиции автоматического предотвращения выброса расплава по причине нарушения нормального хода продувки конвертера.

2. Определены диагностические признаки возможности выброса расплава из кислородного конвертера по характеристикам изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера. Разработаны методика и алгоритм диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера.

3. Разработана функциональная схема системы управления электроприводом кислородной фурмы, отличающаяся наличием блока диагностирования возможности выброса расплава в своем составе.

4. Разработан алгоритм управления электроприводом кислородной фурмы, реализующий в соответствии с технологическими требованиями целесообразное положение фурмы над расплавом.

Практическая значимость работы. Разработанная система управления электроприводом кислородной фурмы на базе новой системы диагностирования возможности выброса расплава позволяет в автоматическом режиме предотвратить выбросы расплава из кислородного конвертера. Созданы предпосылки увеличения производительности кислородных конвертеров за счет снижения времени простоев.

Установлено, что разработанные система управления электроприводом кислородной фурмы и система диагностирования возможности выброса расплава могут быть реализованы на существующем штатном оборудовании АСУ ТП конвертера.

Результаты диссертационной работы переданы ОАО ММК и приняты к внедрению. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной системы управления электроприводом кислородной фурмы на конвертерах №1,2 ОАО ММК составляет 2,2 млн. руб. в год.

Реализация работы. Экспериментально подтверждена эффективность методики и алгоритма диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера. Алгоритм диагностирования возможности выброса расплава из конвертера реализован на действующем оборудовании системы сбора данных виброускорения корпуса кислородных конвертеров №1,2 ОАО ММК и внедрен в опытно-промышленную эксплуатацию. За время опытной эксплуатации на кислородных конвертерах №1,2 выявлено 23 и 26 случаев нарушения нормального хода продувки, что позволило предотвратить выбросы расплава через горловину кислородного конвертера.

По экспериментальным данным 34 случаев диагностирования возможности выброса расплава из кислородных конвертеров №1,2 ОАО ММК (г.

Магнитогорск) доказана эффективность алгоритма управления электроприводом кислородной фурмы конвертера.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (г. Тула, 2010 г.); III Международном промышленном форуме Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении (г.

Челябинск, 2010 г.); 10-й научно-технической конференции молодых специалистов, инженеров, техников в ОАО ММК (г. Магнитогорск, 2010 г.); VII Международной научно-технической конференции Современная металлургия начала нового тысячелетия (г. Липецк, 2010 г.); 67-ой и 68-ой научнотехнических конференциях (г. Магнитогорск, 2009, 2010 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных трудах, в том числе 1 статье в рецензируемом издании из перечня ВАК и патенте РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования. Работа изложена на 135 страницах, содержит 35 рисунков, 22 таблицы и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первой главе дан анализ технологических особенностей производства стали на кислородных конвертерах с верхним способом продувки кислородом через опускаемую в конвертер фурму. Показано, что одним из резервов повышения производительности кислородного конвертера является предупреждение выбросов расплава на корпус конвертера и другое технологическое оборудование. Отмечено, что системы управления типовым электроприводом кислородной фурмы не обеспечивают автоматического предотвращения выброса расплава. Применяемая для раннего диагностирования возможности выброса расплава система Мониторинг-К не обладает достаточной достоверностью диагнозов. Поставлена задача разработки системы управления электроприводом кислородной фурмы, обеспечивающей автоматическое предотвращение выбросов расплава в процессе продувки стали в конвертере.

Кислородный конвертер (рис.1) представляет собой открытый сверху сосуд грушеобразной формы и состоит из корпуса с футеровкой 1, опорного кольца конвертера 2, цапф конвертера 3, механизма поворота конвертера 4.

Через горловину кон вертера вдоль верти кальной оси Y над расплавом 5 опускается кислородная фурма 6. Перемещение кислородной фурмы осуществляется электродвигателем M1.

Одним из основных технологических требований, предъявляемых к процессу кислородно Рис. конвертерной выплавки стали, является требование поддержания уровня газошлакометаллической эмульсии 7 в ванне конвертера в заданном диапазоне в течение всей плавки посредством целесообразного, технологически обоснованного управления положением кислородной фурмы 6. Особенно критично повышение уровня шлакометаллической эмульсии выше нормы, что приводит к выбросам расплава 8 через горловину конвертера. Выбросы расплава являются характерным сопутствующим явлением при выплавке стали в кислородном конвертере. Простой агрегата на очистку технологического оборудования после выброса расплава может составлять до 40 минут, что по времени соответствует длительности одной плавки. Экономический ущерб от одного выброса расплава может достигать 600 тыс. руб.

К электроприводу кислородной фурмы предъявляются типовые технологические требования: диапазон изменения скорости при перемещении кислородной фурмы 0 0,9 м с ; плавный пуск и торможение с ускорением не более 2 м с2 ; автоматическая остановка фурмы на заданной высоте над уровнем расплава. Выполнение указанных требований позволяет получать различные марки стали заданного качества.

В результате анализа технологических требований и существующих систем управления электроприводом кислородной фурмы, установлено: применяемые системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертеров обеспечивают выполнение лишь обязательных технологических требований; коррекция положения кислородной фурмы при появлении угрозы выброса расплава осуществляется в ручном режиме; в системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертеров не предусмотрена техническая возможность автоматического управления положением кислородной фурмы с целью предотвращения выбросов расплава при продувке кислородного конвертера; технологические требования к электроприводу кислородной фурмы с точки зрения предотвращения в автоматическом режиме выбросов расплава при продувке кислородного конвертера не определены.

Исследование причин возникновения выбросов расплава из кислородного конвертера, способов предотвращения и диагностирования возможности выброса расплава показало: прямое измерение параметров расплава в конвертере технически невозможно; диагностирование состояния процесса плавки на российских и зарубежных конвертерах выполняется на основе анализа косвенных показателей (характеристик отходящих газов, вибрации и шума при продувке стали в конвертере); наиболее перспективным является способ контроля вибрации корпуса конвертера и вибрации кислородной фурмы; основным способом предотвращения выбросов расплава, особенно на ранней стадии нарушения нормального хода продувки стали, является целесообразное изменение положения кислородной фурмы над расплавом в конвертере.

На всех кислородных конвертерах №1-3 ОАО ММК применяется система вибрационного контроля процесса продувки Мониторинг-К разработки НПП Техноап, в которой по характеру изменения значений виброускорений цапфы конвертера вдоль осей X, Y, Z (рис. 1) определяется возможность выброса расплава. Информация о возможности выброса расплава передается на главный пост управления оператору продувки, который при наличии других косвенных признаков (яркость пламени, наличие выбивающегося дыма) в режиме ручного управления электроприводом опускает кислородную фурму на 0,1 - 0,2 м с целью предотвращения инцидента.

Анализ данных эксплуатации системы Мониторинг-К выявил следующие недостатки: значительное число ложных диагнозов возможности выброса расплава (более 20% от всех диагнозов), что приводит к неоправданным снижениям интенсивности дутья, повышенному расходу шлакообразующих материалов и, в итоге, ведет к снижению производительности кислородного конвертера; диагноз возможности выброса расплава выдается за интервал времени менее 7 с до наблюдения выброса расплава, что в совокупности со временем реакции оператора продувки (5-10 с) и инерционностью электропривода кислородной фурмы не позволяет гарантировано предотвратить выбросы расплава; имеют место выбросы расплава по причине ошибочных действий обслуживающего персонала.

В связи с изложенным, предложено решение задачи предотвращения выбросов расплава через горловину кислородного конвертера средствами автоматизированного электропривода кислородной фурмы выполнить в следующей последовательности: разработать и внедрить новую систему технического диагностирования возможности выброса расплава с более высокой степенью достоверности диагностирования; определить конкретные технологические требования к электроприводу кислородной фурмы с позиций предотвращения выбросов расплава; разработать алгоритм и функциональную схему системы автоматического управления электроприводом кислородной фурмы конвертера при возможности выброса расплава.

Вторая глава посвящена разработке методики диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера по изменению характеристик виброускорения корпуса кислородного конвертера вдоль его трех ортогональных осей Х, Y, Z. Выполнен спектральный анализ временных диаграмм изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера при нормальном ходе плавки и при возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера. Определены восемь диагностических признаков проявления возможности выброса расплава при продувке стали в кислородном конвертере в спектральных характеристиках изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера. Предложена новая методика диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера.

По архивным данным системы вибрационного контроля МониторингК в сформированы массивы из 239 тыс. временных диаграмм виброускорения корпуса кислородного конвертера при нормальном ходе продувки и тыс. временных диаграмм за 20 с до выброса расплава.

Установлено, что индивидуальное наблюдение случайной величины суммарного расхода кислорода дутья в момент выброса расплава с вероятностью p 0,95 находится в интервале 1420 м3 Q[O2] 16700 м3. Предложено выполнять диагностирование возможности выброса расплава при выполнении указанного условия.

По данным созданных массивов в результате сравнительного частотного и статистического анализа изменения характеристик виброускорения корпуса кислородного конвертера вдоль его осей X,Y,Z при нормальном ходе продувки стали и при появлении угрозы выброса расплава из конвертера доказано: числовые характеристики компонент амплитудного спектра изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера в диапазоне частот 0,1-100 Гц однородны (рис. 2,а,б) и не могут быть использованы в качестве диагностических признаков; в качестве диагностических признаков могут быть приняты величины значимых компонент амплитудного спектра изменения значений ACX,дБ 50,виброускорения корпуса кисвозможность 40,лородного конвертера, расвыброса 30,расплава 20,считанные по критерию мак10,симума приращения инфор,мации, для фиксированных -10,fh, Гц -20,диапазонов частот:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1ACX,дБ а) bX,1(0,1 0,9Гц), bX,2 (2,9 6,3Гц), 50,40,0 нормальный bX,3(23,3 31,8Гц),bY,1(0,1 0,7Гц), 30,0 ход продувки 20,bY,2 (3,4 7,8Гц), bY,3(22,1 30, 2Гц), 10,,0 bY, 4 (73,9 98,4Гц),bZ,1(20,7 29,5Гц), -10,fh, Гц и темп изменения значимой -20,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1компоненты bY,2 амплитудноб) ACX,дБ ACX,дБ 10 -выбр выбр го спектра виброускорения 0 --10 -норм норм корпуса кислородного кон-20 -fh, Гц fh, Гц -30 --40 -80 вертера (bY,2 / t) 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 75,6 75,7 75,8 75,9 76 76,(рис. 2, в,г); по изменению в) г) отдельных диагностических Рис. признаков сделать однозначный вывод с высокой достоверностью о возможности выброса расплава невозможно; с целью сокращения количества диагностических признаков по методу деревьев решений выполнен расчет четырех комплексов диагностиI ческих признаков возможности выброса расплава: Gвыбр {bX,2,bY,2,bY,3}, II IV Gвыбр {bX,1, bY,1, bY,3}, GвIII {bY,2, bY,2 t,bZ,1}, Gвыбр {bX,3,bY,4}; по измеыбр нению каждого из комплексов диагностических признаков сделать однозначный вывод с высокой достоверностью о возможности выброса расплава не возможно; диагностирование возможности выброса расплава необходимо проводить по реализации всех комплексов диагностических признаков.

Определены выражения для расчета отношений правдоподобия принадлежности реализации комплексов диагностических признаков областям диагноза возможности выброса расплава:

18,59(bX,2 4,21)2 5,86(bY,2 8,48)2 111,38(bY,3 2,96)e I 3,19 ;

выбр 13,29(bX,2 2,15)2 20,03(bY,2 3,34)2 1201,46(bY,30,816)e 1013 9,81106 )2 93,7(bY,14,61107 )2 1,32(bY,3 7,1106 )4,62(bX,1 e II 4,82 ;

выбр 1013 5,3106 )2 31(bY,12,57107 )2 20,03(bY,3 3,81106 )2(bX,1 e (1) 1014 1,35106 )2 2,79(bY,2 t9,78107 )2 0,25(bZ,12,34106 )3,28(bY,2 e III 3,7 ;

выбр 1013 2,57107 )2 6,15(bY,2 t5,3106 )2 1,65(bZ,1 3,81106 )12,8(bY,2 e 1014 3,09107 )2 0,13(bY,4 1,55106 )21,1(bX,3 e IV выбр 1,92.

1013 2,21107 )2 0,89(bY,4 6,12107 )15,1(bX,3 e Диагностическим условием возможности выброса расплава является выполнение неравенства D 1 (рис. 3), где D max(I *, II *, III*, в в выбр выбр выбр IV * ) - максимум отношений правдоподобия принадлежности реализации выбр комплексов диагностических признаков диагнозу возможности выброса расплава.

Разработана методика диаbY,3, (DВ 1) гностирования возможности вы107 м / сброса расплава из кислородного конвертера: n 1. Осуществляется проверка выполнения неравенства bY,2, 107 м / с1420 м3 Q[O2 ] 1,67104 м3. Если указанное неравенство не выполняется, то диагноз о возможности выброса расплава отвергается, в bX,2, противном случае производятся 107 м / сдальнейшие расчеты.

Рис. 2. Создается сдвиговый диагностический массив [AX, AY, AZ ] мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера вдоль трех ортогональных осей Х, Y и Z.

3. Выполняется фильтрация импульсных помех в массиве [AX, AY, AZ ] по выражению:

S(A(t 4...t)) DИП . (2) S(A(t 8...t 4)) Если выполняется условие DИП 1, 22, то из диагностического массива [AX, AY, AZ ] исключаются значения виброускорения корпуса кислородного конвертера на временном интервале 4 с.

4. Выполняется расчет значений компонент амплитудных спектров ACX [ fh ], ACY [ fh ], ACZ [ fh ] изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера в интервале частот 0,1-100 Гц по методу авторегрессионного спектрального анализа.

5. Рассчитываются величины значимых компонент амплитудного спектра изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера вдоль каждой оси X, Y, Z по выражению:

nKf bi ACi ( fh) Kf. (3) hn 6. Выполняется фильтрация величин значимых компонент по методу экспоненциального сглаживания.

7. Рассчитывается темп изменения значимой компоненты bY,3 амплитудного спектра изменения мгновенных значений виброускорения корпуса кислородного конвертера bY,3 / t.

8. По выражениям (1) выполняется расчет отношений правдоподобия принадлежности реализации комплексов диагностических признаков диагнозу возможности выброса расплава.

9. Выполняется проверка условия DВ 1. Если соотношение выполняется, то формируется диагноз возможности выброса расплава.

В третьей главе разработаны функциональная схема, алгоритм и программа диагностирования возможности выброса расплава. Приведены результаты испытания системы в лабораторных условиях и опытнопромышленной эксплуатации на конвертерах №1-3 ОАО ММК.

Разработанная функциональная схема системы диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера приведена на рис. 4, где А1, А2, А3 - датчики виброускорения корпуса кислородного конвертера вдоль его осей X, Y, Z; БУС - блок усиления сигналов; УФО - блок усиления, фильтрации и обработки сигналов виброускорения корпуса кислородного конвертера; РСД - рабочая станция диагностики; ПК - персональный компьютер; ГПУ - главный пост управления конвертера. Диагноз о возможности выброса расплава передается на главный пост оператора конвертера, а также может быть передан и в смежные системы.

На основании предложенной методики диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера разработаны алгоритм и программа технического диагностирования с учетом особенностей технологического процесса выплавки стали в кислородном конвертере. С целью сокращения капитальных затрат на внедрение разработанная система диагностирования возможности выброса расплава реализована на аппаратной части существующей системы Мониторинг-К в виде отдельного программного модуля МК.

Выполнена апробация и отладка разработанной программы в лабораторных условиях в режиме обработки архивных данных. Точность диагностирования составила более 95 %.

Разработанная программа МК внедрена в опытнопромышленную эксплуAX, AY, AZ ax, ay,a z атацию на кислородных конвертерах №(17.04.2010 г.) и №QО 2, Hф (05.04.2010 г.) ОАО ММК. За время опытAX,AY,AZ ной эксплуатации системой диагностирования выявлены 49 из Рис. случаев выброса расплава (табл.) при более низком количестве ложных диагнозов по сравнению с системой Мониторинг-К. Доказано, что количество ложных диагнозов в системе МК в 7 раз меньше, чем в системе Мониторинг-К, что свидетельствует о достаточно высокой надежности новой системы и возможности ее использования в качестве диагностического звена в системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера.

Доказано, что для предотвраТаблица щения более 90% выбросов расплава Выбросов Верных Конвертер из кислородного конвертера коррекрасплава диагнозов тирующее перемещение кислородной №1 25 фурмы на 0,2 м вниз должно быть №2 28 окончено не позже чем через tЗК max 15с после формирования диагноза возможности выброса расплава.

В четвертой главе: определены конкретные технологические требования к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиции предотвращения выбросов расплава по причине нарушения нормального хода продувки. Разработаны функциональная схема и алгоритм системы управления электроприводом кислородной фурмы, обеспечивающие автоматическое предотвращение выбросов расплава при продувке кислородного конвертера. Приведены результаты оценки эффективности предложенных технических решений.

В результате статистического анализа временных диаграмм работы электропривода кислородной фурмы при предотвращении оператором в ручном режиме выброса расплава после получения предупреждающего сигнала из системы МК определены требуемые параметры (временные интервалы и уровни положения кислородной фурмы) работы электропривода кислородной фурмы с целью гарантированного предотвращения выбросов расплава в автоматическом режиме.

Сформулированы конкретные технологические требования к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиции предотвращения выбросов расплава через горловину конвертера:

1. В системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера по характеристикам виброускорения корпуса конвертера должно выполняться диагностирование возможности выброса расплава.

2. Система управления электроприводом кислородной фурмы конвертера должна иметь возможность целесообразного автономного управления электроприводом с целью автоматического предотвращения инцидента в случае появления диагноза о возможности выброса расплава:

а) перемещения кислородной фурмы конвертера вниз на HКФ 0, 2 м от рабочего положения и реализации режима останов в течение t 25c ;

кор,max б) дополнительного перемещения кислородной фурмы конвертера вниз на 0,2 м от корректированного положения и реализации режима останов в течение t 25c ;

кор,max в) после нормализации процесса плавки система управления электроприводом кислородной фурмы конвертера должна иметь возможность перемещения кислородной фурмы в рабочее положение со скоростью 0,011 м/с.

В соответствии с технологическиUЗП ми требованиями разработана функциоUкор нальная схема системы управления R у электроприводом кислородной фурмы (рис. 5). Алгоритм системы управления предложено реализовать в микропроa x, у,z цессорном блоке диагностирования и D управления БДУ, который состоит из в двух функциональных модулей: модуля диагностирования возможности выброса Рис. 5 расплава (МДВВР) и модуля управления электроприводом кислородной фурмы конвертера (МУЭПКФ). При появлении диагноза D о возможности выброса расплава блок БДУ осуществляет в формирование сигнала Uкор коррекции задания на положение кислородной фурмы, который поступает на дополнительный вход системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертера. После нормализации процесса продувки блок БДУ обеспечивает плавное перемещение кислородной фурмы в рабочее положение согласно технологическим требованиям к системе управления электроприводом кислородной фурмы. Оператор продувки имеет возможность отключить блок БДУ от системы управления электроприводом кислородной фурмы с целью ручного управления продувкой.

Предложено корректирующее воздействие Uкор HКФ из системы диагностирования и управления формировать в виде непрерывной функции в зависимости от величины и длительности формирования диагностического сигнала возможности выброса расплава. С этой целью разработана нечеткая модель формирования величины корректирующего перемещения кислородной фурмы, реализованная в среде Matlab. Построены трехмерные графики передаточной функции нечеткой модели формирования величины корректирующего перемещения кислородной фурмы при диагностировании возможности выброса расплава (рис. 6, а) и при переходе в нормальный режим продувки (рис. 6, б).

HКФ, м HКФ, м D в -0,-0,tн,с tв,с D tв,с в а) б) Рис. Разработан алгоритм автоматического управления электроприводом кислородной фурмы с целью предотвращения выбросов расплава из конвертера (рис. 7). Алгоритм обеспечивает расчет и выполнение требуемых временных интервалов работы электропривода кислородной фурмы в ходе предотвращения выброса расплава и выработку управляющих сигналов в требуемой последовательности.

С целью оценки технической эффективности разработанной системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертера написана программа по алгоритму рис. 7 и в имитационном режиме управления проверена корректность вырабатываемых управляющих воздействий. На вход системы управления из архивных данных были поданы 34 временные диаграммы изменения диагностического сигнала возможности выброса расплава. В результате сравнительного анализа реальных действий оператора по предотвращению инцидентов и управляющих воздействий системы управления была доказана эффективность принятых технических решений и разработанной программы.

Результаты работы переданы ОАО ММК с целью внедрения разрабоHКФ, P авар танной системы автоматического управления элекPавар 1? троприводом кислородной фурмы на конвертерах №13. Отмечено, что разработанная система может быть реализована на штатном D 1? в,i оборудовании данных конвертеров. Ожидаемый экоDв,i1 0? D 1? н,iномический эффект от внедрения системы автомаtв t tн t тического управления элекt t t tн t tн троприводом кислородной в в фурмы составляет 2,2 млн.

руб. в год.

D, tн, tв в HКФ HКФ,вых HКФ HКФ,вых HКФ HКФ HКФ,вых Рис. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 1. Анализ применяемых в настоящее время систем управления электроприводом кислородной фурмы конвертера показал, что они не позволяют выполнить в автоматическом режиме целесообразное управление электроприводом кислородной фурмы конвертера с целью предотвращения одного из самых распространенных и тяжелых инцидентов при выплавке стали в кислородном конвертере - выброса расплава через горловину конвертера. На действующих в Российской Федерации кислородных конвертерах управление электроприводом кислородной фурмы выполняется в ручном режиме, что изза неточности оценки ситуации и задержки принятия решений технологическим персоналом приводит к инцидентам.

2. Применяемая на ОАО ММК система технического диагностирования Мониторинг-К не обеспечивает требуемую достоверность диагностирования возможности выброса расплава. Это делает невозможным ее использование в качестве информационного звена в системе управления электроприводом кислородной фурмы, обеспечивающей предотвращение выбросов расплава через горловину кислородного конвертера в автоматическом режиме.

3. Анализ диаграмм амплитудного спектра виброускорения корпуса кислородного конвертера показал, что диагностирование возможности выброса расплава необходимо выполнять путем комплексной проверки значений компонент амплитудного спектра виброускорения корпуса кислородного конвертера, для чего предложена методика расчета значимых компонент амплитудного спектра виброускорения корпуса кислородного конвертера.

4. В результате анализа изменения величин и темпа изменения значимых компонент амплитудного спектра виброускорения корпуса кислородного конвертера по методу деревьев решений определены диагностические признаки возможности выброса расплава, а также выделены четыре группы реализаций диагностических признаков, соответствующих возможности выброса расплава.

5. Разработаны методика и алгоритм диагностирования возможности выброса расплава из кислородного конвертера, на основании которых создана программа диагностирования. Указанная программа внедрена в опытнопромышленную эксплуатацию на кислородных конвертерах №1-2 ОАО ММК и за 4 месяца эксплуатации показала высокую достоверность диагнозов: выявлено 49 из 53 случаев возможности выброса расплава. Количество ложных диагнозов по сравнению со штатной системой диагностирования возможности выброса расплава из кислородных конвертеров №1-2 снижено в 7 раз.

6. Определены конкретные технологические требования к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиций предотвращения выбросов расплава при продувке конвертера.

7. Разработана функциональная схема системы управления электроприводом кислородной фурмы, обеспечивающая автоматическое предотвращение выбросов расплава при продувке кислородного конвертера.

8. Разработан алгоритм управления электроприводом кислородной фурмы при продувке кислородного конвертера с учетом технологических особенностей и параметров кислородно-конвертерного производства стали.

9. Результаты диссертационной работы переданы для внедрения ОАО ММК. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной системы автоматического управления электроприводом кислородной фурмы на конвертерах №1-2 ОАО ММК составляет 2,2 млн. руб. в год.

Публикации автора по теме диссертации Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК 1. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С., Мещеряков А.Ю. Разработка системы диагностирования выбросов расплава из кислородного конвертера // Известия ТуГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. - Тула: Изд-во ТуГУ. - 2010.

Ч.1. - С. 177 - 183.

Публикации в других изданиях 2. Лукьянов С. И., Мещеряков А. Ю., Суспицын Е. С. Определение скорости обезуглероживания расплава по характеристикам вибрации корпуса кислородного конвертера // Электротехнические системы и комплексы:

Межвузовский сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2009. - Вып. 17. - С. 174 - 180.

3. Применение методов машинного обучения при анализе вибрации кислородного конвертера / С.И. Лукьянов, А.Ю. Мещеряков, Е.С. Суспицын и др. // Материалы 67-й научно-технической конференции. Сб. докл. конф.

- Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2009. - С. 108 - 110.

4. Лукьянов С. И., Мещеряков А. Ю., Суспицын Е. С. Интеллектуальная идентификация выбросов расплава из кислородного конвертера // Материалы конференции Инновационные технологии в обеспечении качества, энергоэффективности и экологической безопасности. Повышение конкурентоспособности металлургических и машиностроительных предприятий в современных условиях. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2010. - С. 145 - 147.

5. Лукьянов С. И., Мещеряков А. Ю., Суспицын Е. С. Анализ качества функционирования системы диагностирования выбросов расплава из кислородного конвертера // Современная металлургия начала нового тысячелетия:

сб. науч. тр. Часть 1. - Липецк: Издательство ЛГТУ. - 2010. - С. 94 - 98.

6. Мещеряков А. Ю. Разработка системы управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с целью предотвращения выбросов расплава // Материалы конференции Инновационные технологии в обеспечении качества, энергоэффективности и экологической безопасности. Повышение конкурентоспособности металлургических и машиностроительных предприятий в современных условиях. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ. - 2011.

- С. 120 - 122.

7. Патент РФ на полезную модель. RU 105626 С21С 5/30 Устройство автоматического управления электроприводом кислородной фурмы при продувке стали в конвертере / С.И. Лукьянов, А.Ю. Мещеряков, Е.С. Суспицын.

- Заявка № 2010145879/02 от 10.11.2010 // 20.06.2011 Бюл. №17.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям