Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Основы создания алгоритмов управления с учетом межцикловых зависимостей
1.1. Аналитический обзор предшествующих исследований 12
1.2. Обобщенная структура системы управления с учетом межцикловых зависимостей 41
1.3. Методика построения межцикловых зависимостей 46
ГЛАВА 2. Построение и управление межцикловыми зависимостями
2.1. Оценивание межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки стали 52
2.2. Методики специальной подготовки металлолома и извести 59
2.3. Методика ухода за футеровкой конвертера 75
ГЛАВА 3. Алгоритмы управления кислородно-конвертерной плавкой стали
3.1. Структура алгоритмов расчета шихты 90
3.2. Оценивание коэффициентов алгоритма расчета шихты 121
3.3. Корректирующие алгоритмы с учетом динамики плавки стали 127
3.4. Исследование алгоритмов расчета шихты 139
Выводы и заключения
Библиографический список
- Обобщенная структура системы управления с учетом межцикловых зависимостей
- Оценивание межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки стали
- Методика ухода за футеровкой конвертера
- Оценивание коэффициентов алгоритма расчета шихты
Введение к работе
Актуальность проблемы. Существующие подходы, методы и формализованные алгоритмы управления сложными технологическими процессами, к числу которых следует отнести и кислородно-конвертерную плавку стали, базируются в основном либо на представлениях и моделях внутренних механизмов протекающих процессов, либо на функциональных зависимостях, отражающих вход-выходные соответствия этих процессов. В значительно меньшей степени учитываются свойства различного рода внешних и внутренних возмущений, действующих на процесс, особенно неконтролируемых возмущений. Одним из конструктивных подходов здесь можно считать косвенное оценивание так называемых приведенных возмущений с последующим их учетом при выработке управляющих воздействий. Однако такой подход развит и успешно применяется только для непрерывных процессов- Из содержательных соображений и практики управления циклическими объектами следует, что процессы на текущем цикле зависят не только от начальных условий и координат состояния текущего цикла, но и предыстории прошлых циклов. Например, для кислородно-конвертерной плавки стали важным является состояние футеровки конвертера, сравнительно медленно изменяющейся от плавки к плавке и в подавляющем числе случаев объективно неконтролируемой; также содержат медленноменяющиеся неизмеряемые составляющие характеристик шихтовых материалов. В то же время можно утверждать, что от 40 до 60% вариаций выходных воздействий циклических технологических процессов обусловлены именно неконтролируемыми возмущениями. Поэтому актуальным следует считать распространение подхода с оцениванием приведенных возмущений и на циклические процессы.
При некоторых свойствах приведенных возмущений даже их полный учет не может привести к желаемой эффективности управления. Последнего можно достичь только с расширением пространства управляемых факторов, в данном
4 случае за счет активного управляемого влияния на свойства приведенных
возмущений. А это возможно при правильной постановке и решении важной
задачи совместного управления внешними воздействиями и преобразующими
их каналами технологических процессов.
Диссертация выполнена в соответствии с планами хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ: федеральной целевой программы «Интеграция» (1997 — 2002 г.), гранта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук по направлению «Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология» (2000 - 2002 г.), комплексными программами создания и развития АСУ ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (г. Новокузнецк), ОАО «Северсталь» (г. Череповец),
Цель и задачи диссертации- Развитие подхода к управлению с учетом неконтролируемых возмущений в приложении к циклическим технологическим процессам. В рамках этой цели выделены конкретные задачи. 1. Обоснование расширения объекта управления циклическими процессами с учетом межцикловых зависимостей. 2. Формирование общей структуры алгоритма управления с межцикловыми зависимостями, 3- Разработка методик управления свойствами межцикловых зависимостей кислородно-конвертерного производства стали. 4. Построение межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки стали, 5, Конкретизация алгоритмов управления кислородно-конвертерной плавкой стали. 6. Промышленная проверка и внедрение разработанных методик и алгоритмов.
Методы выполнения работы» Обобщение практического опыта управления циклическими объектами; методы теории автоматического управления, идентификации, прогнозирования нестационарных временных последовательностей, статистической обработки данных; проведение промышленных экспериментов.
5 Научная новизна диссертации.
1- Расширение циклических объектов управления с включением в их
структуру межцикловых зависимостей. Понятие «межцикловые зависимости»
и методики их определения,
Обобщенная структура алгоритма управления с межцикловыми зависимостями и управляемым влиянием на их свойства.
Межцикловые зависимости кислородно-конвертерной плавки стали, представленные статистическими характеристиками составляющих межциклового приведенного возмущения.
Методики целенаправленного влияния на свойства межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки путем специальной подготовки извести с рациональным гранулометрическим составом, металлолома с удалением неметаллических включений, ухода за футеровкой конвертера.
Результаты исследования разработанных алгоритмов и методик, доказывающие повышение эффективности управления на 17-25% по сравнению с алгоритмами, в которых не учитываются межцикловые зависимости.
Практическая значимость. Обобщенные структуры алгоритмов, их конкретизации, построенные межцикловые зависимости, методики специальной подготовки извести, металлолома, ухода за футеровкой конвертера могут быть использованы при разработке алгоритмического обеспечения кислородно-конвертерной плавки стали, в практике подготовки шихты плавки, а также при обучении студентов соответствующих специальностей.
Реализация результатов работы. В кислородно-конвертерном цехе №2 ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (г. Новокузнецк) внедрены алгоритмы расчета шихтовых материалов и суммарного количества кислорода на плавку, методики специальной подготовки извести и металлолома. В сталеплавильном производстве ОАО «Северсталь»
(г. Череповец) внедрены алгоритмы управления кислородно-конвертерной плавкой стали с учетом предыстории работы конвертеров, методика ухода за футеровкой конвертера.
Предмет защиты и личный вклад автора,
1 - Расширенный объект управления циклическими процессами с введением межцикловых зависимостей.
Обобщенная структура алгоритма управления циклическими объектами и его конкретизация для кислородно-конвертерной плавки.
Методики специальной подготовки извести и металлолома» ухода за футеровкой конвертера,
Межцикловые зависимости кислородно-конвертерной плавки.
Результаты исследования и внедрения алгоритмов и методик в кислородно-конвертерных производствах.
Личный вклад автора заключается в развитии подхода и формировании общей структуры алгоритма управления циклическими процессами, конкретизации алгоритмов и построении межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки стали, разработке, проверке и внедрении алгоритмов управления и методик специальной подготовки металлолома, извести и ухода за футеровкой конвертера.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на 6 конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия; реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2002 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2003, 2004 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2003 г.), III Региональной научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, реинжиниринг, автоматизация» (Новокузнецк, 2004 г.).
7 Во введении обоснована актуальность проблемы, кратко
охарактеризованы полученные научные и практические результаты,
используемые методы исследования и содержание диссертации по главам.
В первой главе приведен анализ предшествующих исследований по общетеоретическим вопросам синтеза алгоритмов управления в условиях неопределенностей и разработкам алгоритмов управления кислородно-конвертерной плавки стали. На основе обобщения теоретических исследований и практического опыта управления циклическими процессами металлургического производства сформирована обобщенная структура системы управления- Для описания внешних воздействий введено новое понятие «межцикловые зависимости» как реально присущие для цикловых процессов свойства, характеризующие развитие системы от цикла к циклу. Межцикловые зависимости предложено описывать автокорреляционными функциями приведенных к управляющим входам преобразующего механизма неконтролируемых воздействий, рассчитанных для каждого прошедшего цикла. Описана методика построения межцикловых зависимостей.
Во второй главе приведены конкретные мероприятия по управлению межцикловыми зависимостями для кислородно-конвертерного процесса, а также рассмотрена возможность целенаправленного изменения структурой объекта- Представлены результаты исследования и оценки эффективности управления межцикловыми зависимостями. Разработана методика ухода за поверхностью футеровки конвертера и поддержания степени износа футеровки в требуемых пределах на основе интегральных показателей топографии внутренней поверхности футеровки,
В третьей главе разработан и проанализирован алгоритм расчета компонентов шихты и интегрального расхода кислорода на плавки с учетом межцикловых зависимостей. Описана общая структура алгоритма. Приведены результаты промышленных испытаний разработанных алгоритмов расчета шихтовых материалов и расхода кислорода на плавку.
8 В приложении представлены акты о внедрении результатов
диссертационной работы А.М, Петрунина в кислородно-конвертерном цехе №2 ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», в сталеплавильном производстве ОАО «Северсталь». Приведены фрагменты исходных данных для ККЦ №2 ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» и сталеплавильного производства ОАО «Северсталь».
Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, лауреату премии Совета Министров СССР, Государственной премии СССР, Заслуженному изобретателю РСФСР ЛЛ. Мышляеву. Автор признателен коллективам ООО «Научно-исследовательский центр систем управления» и кафедры систем автоматизации СибГИУ за плодотворное сотрудничество и помощь в работе.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ
MZP - преобразующий механизм циклического процесса (циклический объект
управления);
MWW - преобразующий механизм внешних воздействий;
U - вектор управляющих воздействий процесса, включающий:
G4, G,!, Gu, Gp, Ga-массу чугуна, лома, извести, руды, агломерата, т;
Jo2~ интенсивность подачи кислорода, м /мин;
Нф -расстояние между кислородной фурмой и уровнем ванны, м;
Y - суммарное количество кислорода, израсходованного за плавку, м ;
Лг - доля тяжеловесной составляющей в ломе, %;
W - вектор внешних воздействий процесса, включающий:
т - длительность межциклового простоя конвертера без чугуна, мин;
Si4, МпЧ) Рч, S4 - содержание кремния, марганца, фосфора, серы в чугуне, %;
Тч - температура чугуна, С;
02д - содержание кислорода в дутье, %;
Y - вектор выходных воздействий процесса, включающий:
С, Mn, SMe, Р - содержание углерода, марганца, серы и фосфора в
металлической ванне как по ходу продувки, так и в конце ее, %;
МпО, СаО, Si02, FeO - содержание оксида марганца, оксида кальция,
кремнезема, оксида железа в шлаке, %;
Т - температура металлической ванны, С;
Y - вектор заданных значений выходных воздействий процесса,
включающий:
С , Р , Т - задания на содержание углерода, фосфора и температуру металла на
первой повалке конвертера, %, С;
S - вектор состояния объекта управления;
10 Z = {U,W,Y,Y*,S} - обобщенный вектор, включающий информацию о
управляющих и внешних воздействиях, а также фактических и заданных
выходных воздействиях процесса и состояния объекта управления:
UBf WE, YE, Y*B - базовые значения соответствующих воздействий;
Дипр - приращения соответствующих воздействий, обусловленные эффектом
изменения приведенного возмущения.
Индексы: "М'\ "Т" сверху обозначены соответственно модельные и требуемые значения исследуемых воздействий; "D" сверху действительные значения воздействий; "W" снизу - принадлежность к преобразующему механизму внешних воздействий; "Р" снизу принадлежность к преобразующему механизму циклического процесса; ** * " сверху - задание;
Символы **—**, "Э'\ означают сглаженные и экстраполируемые значения воздействий.
Межцикловые зависимости - реально присущие для цикловых
процессов свойству характеризующие развитие системы от цикла к циклу.
Экстраполяция — оценивание будущих значений состояния и выходных воздействий на основе информации только об их предыстории.
Координатные возмущения ~ вариации воздействий относительно их базовых (опорных) уровней.
Параметрические возмущения — вариации свойств объекта во времени или в зависимости от условий его функционирования, отображенные через изменения параметров (коэффициентов) математических моделей.
Приведенные возмущения - определяемая расчетным путем оценка совокупности всех эффектов неконтролируемых возмущений, выраженная в масштабе изменения выходных или входных управляющих воздействий.
Определяющие воздействия - такие величины, которые характеризуют
свойства шихтовых материалов, задания на химсостав и температуру
металла, простои конвертера, номер плавки с начала кампании по
футеровке агрегата, продувочной фурмы и др.
Базовый режим кислородно-конвертерного процесса - усредненные не менее чем по 10 плавкам значения контролируемых входных, состояний и выходных воздействий, на которых балансовые и термодинамические модели обеспечивают приемлемые показатели точности,
Р елейно-экспоненциальное сглаживание (РЭС) временных рядов данных - сочетание экспоненциального и релейного сглаживания обеспечивающее помехозащищенность результатов от обычных и грубых ошибок,
Требуемые значения масс шихтовых материалов - это такие их значения, которые обеспечивают точное выполнение заданий на выходные воздействия кислородно-конвертерного процесса при удовлетворительном течении основных физико-химических превращений в газовой, металлической и шлаковой фазах.
Размерность коэффициентов пересчета в корректирующих моделях полиномиального вида определяется в виде следующего соотношения
размерность определяемой величины размерность определяющего фактора
Обобщенная структура системы управления с учетом межцикловых зависимостей
Таким образом, из анализа литературных данных можно сделать следующие выводы: 1. Неконтролируемые возмущения вносят значительный вклад, в среднем 40 - 60%, в вариации состояний и выходных воздействий объектов управления. 2. Достаточно эффективные методы и алгоритмы управления с косвенным оцениванием и компенсацией влияния неконтролируемых возмущений разработаны для непрерывных процессов. 3. В алгоритмах управления циклическими процессами недостаточно внимания уделяется учету предыстории функционирования объектов управления. 4. Практически отсутствуют исследования по управлению свойствами возмущений наряду с управлением непосредственно самим технологическим процессом. 5. Наиболее эффективно совместное совершенствование приемов и методов управления и технологических мероприятий. В представленной схеме действительный (D) объект управления характеризуется векторами внешних, управляющих, выходных воздействий и состояний а также преобразующим оператором Ф Входящие в приобъектную систему измерительные, вспомогательные (в том числе пересчетные модели) и исполнительные преобразователи выполняют роль стыковочных, сопрягающих и переходных звеньев при наличии разнообразных источников неопределенностей №. В силу последнего обстоятельства вектор Z, включающий в общем случае натурные, модельные и натурно -модельные данные, является неполной помехоискаженной копией действительного вектора ZD. Извлечение полезной информации из Z делается в оценивающей системе посредством фильтров и индефикаторов с выдачей оценок 2, Вырабатывающие по ним в последующих системах, соответственно, регулирующие, задающие и организующие решения JJ (метка сверху), и О (метка справа) служат для достижения общесистемных целей при ограниченных ресурсах. Данную схему системы управления (рисунок 1.7) преобразовывали с учетом следующих предположений. При управлении циклическими процессами в качестве объекта управления необходимо брать не только сам цикл, но и учитывать предысторию функционирования объекта, другими словами межцикловые зависимости. Но этого тоже не достаточно, потому что бывают такие свойства межцикловых зависимостей при которых требуемого качества управления, не достигнешь. Значит, встает вопрос об управлении этими межцикловыми зависимостями, т.е. свойствами возмущений, отсюда объект управления расширяется. Схема на рисунке 1.7. получила развитие за счет внедрения дополнительных блоков как в самом объекте управления, так и в управляющей системе. Отметим, что блоки оценивающей, регулирующей и задающей системы сведены в один блок выработки управляющих воздействий и выделены те блоки, которые представляют интерес с точки зрения управления межцикловыми зависимостями. Сформированная обобщенная структура системы управления, представлена на рисунке 1.8, где приняты обозначения: X — векторное воздействие, включающее W, U, S; индексы: "D" сверху — действительные значения воздействий; "W" снизу - принадлежность к преобразующему механизму внешних воздействий; "Р" снизу - принадлежность к преобразующему механизму циклического процесса; " " сверху — задание; ИБ - исполнительный блок; двумя линиями (=) обозначены натурные блоки, вещественные и энергетические воздействия; одной линией ( ) обозначены расчетные блоки и информационные воздействия; V — измерительные блоки." Первая часть объекта управления - преобразующий механизм циклического воздействия MZP, на который действует управляющее воздействие UDp, также на него приходят часть преобразованных возмущений WDPW и часть не преобразованных WDP. Вторая часть объекта управления - преобразующий механизм внешних воздействий MWW; на него действует внешние WD и действительные управляющие воздействия UDW циклическим ппопессом Особенностью этой схемы является совместная выработка управляющих воздействий непосредственно на преобразующий механизм циклического процесса MZP (циклический объект управления) и на преобразующий механизм внешних воздействий MWW, изменяющих их свойства в желаемом направлении. Управляющие воздействия JJ и U могут быть координатными, операторными (параметрическими) и структурными. К числу последних относятся и технологические мероприятия для повышения эффективности систем управления. Для описания внешних воздействий введено понятие "межцикловые зависимости" как реально присущие для цикловых процессов свойства, характеризующие развитие системы от цикла к циклу. Общая постановка задачи управления циклическими процессами сформулирована в следующем виде.
Оценивание межцикловых зависимостей кислородно-конвертерной плавки стали
Вопрос управления внешними воздействиями рассмотрим на конкретном примере влияния на свойства межцикловых зависимостей таких технологических приемов, как специальный способ подготовки металлолома и использование извести с более ограниченным гранулометрическим составом для кислородно-конвертерного процесса в условиях ОАО «ЗСМК».
Специальная подготовка металлолома заключается в том, что в копровом цехе введена система двойного перегруза металлолома. Она включает в себя поднятие металлолома магнитом на высоту 4-5 метров, затем магнит размагничивается и металлолом падает на специально подготовленную площадку- Эта операция может проводиться до 4 раз. Вследствие удара металлолома о площадку, часть загрязнений, в виде мусора, земли, песка и т.д., отделяется от металлолома, после чего он отправляется в конверторный цех на плавку. Известь, используемая в ККЦ-2 ОАО «ЗСМК», получается путем обжига известняка в прямоточных шахтных печах и имеет широкий диапазон изменения фракции от 0 до 60 мм. Обжиг производиться природным газом с помощью семи водоохлаждаемых балок с 7 горелками, вмонтированными в каждую из них. Балки расположены на двух горизонтах обжиговой печи: на отметках 14.2 м (три балки) и 17.2 м (четыре балки). Сжигание газа в шахтных печах производится в двух ярусах, в верхнюю часть зоны обжига подается 60%т в нижнюю часть зоны обжига 40% газа от общего количества. Для обжига используется известняк Гурьевского рудоуправления в соотношении Карачкинского (40%) и Мал осалаирс кого карьеров (60%) с размером фракции 40-80 мм. Соотношение фракций, по нижнему пределу - 40 мм не более 7% от общей массы и по верхнему пределу - 80 мм не более 9% от общей массы. Известняк содержит в среднем CaO+MgO (не менее) - 53.5%, Si02 (не более) - 1.5%, S (не более) - 0.06% , Р (не более) - 0,06% - Температура выгружаемой извести не более 70С. Известь, полученная в таких шахтных печах отличается высокой степенью неоднородности: наряду с нормально обожженными кусками извести одновременно обнаруживается необожженный известняк и пережженная твердая известь. Это обусловлено особенностями обжига в прямоточных шахтных печах основными из которых, являются следующее. 1. Невозможностью обеспечить равномерное распределение газового потока по сечению шахты. 2. Недостаточное перемешивание кусков обжигаемого материала при сходе их вниз. В этих условиях естественно было предположить, что существует оптимальный фракционный состав извести, который наиболее полно удовлетворяет требованиям кислородно-конвертерного передела, т.е. имеет высокую реакционную способность, достаточно низкие п.п.п. (потери при прокаливании) и при этом имеет оптимальную скорость усвоения шлаком при продувке. Именно поэтому на действующей прямоточной шахтной печи №12 ОАО «ЗСМК» было проведено исследование по изучению связи между гранулометрическим составом извести и ее физико-химическими свойствами. Для автоматического отбора проб извести с конвейеров CK-I (конвертерная известь из печей № 1-Ю) и СК-22 (известь из печей №11-12) существуют специальные установки. В установку для автоматического отбора проб извести входят. 1) механический пробоотборник ковшевого типа, смонтированный в головной части конвейера; 2) комбинированная дробилка СМД 115, состоящая из щёковой и валковой дробилок, с крупностью дробления от 2 до 12 мм; обе дробилки смонтированы на одной раме и имеют разный электропривод; 3) секторного опробователя, сокращающего отобранную пробу в 20 раз; в движение приводится через клиноременную передачу и редуктор; 4) шкаф электроаппаратуры с кнопками запуска и остановки установки. Установка запускается через заданный промежуток времени. За время одного отбора происходит 3-4 вращения ковша пробоотборника. При необходимости возможен запуск установки с помощью кнопок на шкафе электроаппаратуры. Отобранная проба поступает в комбинированную дробилку, где проходит две стадии дробления и попадает в опробователь секторный. Сокращенная проба по пропускной трубе попадает в накопительную ёмкость, а отходы пробы в бункер извести. Согласно схеме контроля в аглоизвестковом производстве, 3 раза в смену (каждые 4 часа - в 2, 6, 10, 14, 18, 22 часа), контролер забирает накопившуюся пробу из накопительной емкости на складах извести №1 и 2. Вес пробы будет зависеть от производительности конвейеров СК-1 и СК-22 за данный промежуток времени. Подготовку пробы, расчет минимальной массы точечной пробы и вес объединенной пробы контролер производит согласно инструкции РД 14-16-1-89- Пробу из накопительной емкости контролер методом конусования и квартования сокращает до массы от 1.0 до 1.5 кг и переносит в проборазделочное помещение, где дробит на малой щёковой дробилке ЩС 25 40 до крупности менее 3 мм. Перед подготовкой пробы извести контроллер очищает оборудование от остатков предыдущей пробы. Путем конусования и квартования контролер производит сокращение пробы до 0-2 кг и истирает её на дисковом истирателе до полного прохождения через сито с сеткой 0.2 мм. Из подготовленной до крупности 0.2 мм пробы контролер выделяет 2 навески массой не менее 50.0 г каждая. Одна навеска доставляется контролером в химическую лабораторию АИП, а контрольная хранится в эксикаторе не более 3 суток. В течение месяца отбирались пробы извести на выходе из шахтной печи №12 ОАО «ЗСМК», химический состав которых затем усреднялся. Результаты представлены в таблице 2,4.
Методика ухода за футеровкой конвертера
Применение принципиально новых средств контроля дает широкие возможности для совершенствования анализа и управления технологическими процессами. К числу таких средств относится лазерный сканер для контроля топографии внутренней поверхности футеровки кислородного конвертера.
Для этого был использован лазерный сканер кампании «Спектра-Физике», устройство с программным обеспечением LR-2000 (версия 1.50). Оно позволяет в широком диапазоне изменять время сканирования конвертера посредством изменения шага сканирования (от 1 - 1000 мм) и угла изменения сечения (от 5-15) (рисунок 2.9). В таблице 2.10 приняты следующие обозначения: Point - номер точки замера; Area - сторона конвертера (south - южная, north - северная, bottom низ, tap - вверх и т.д-), Depth — глубина конвертерной ванны, мм; Angle — угол замера сечения, град.; Radius - радиус конвертерной ванны, мм. Для эксплуатации устройства предполагается привязка к фиксированной системе координат, в частности к кожуху конвертера по расположенным на нем реперным (опорным) точкам с последующей оценкой изменения толщины футеровки конвертера. Расположение реперных точек весьма важно, поскольку от того, насколько жестко они располагаются в пространстве, зависит точность привязки сканера к системе координат и, соответственно, точность замера топографии футеровки,, Реперные точки решено было расположить на нижней части кожуха конвертера в районе крепежных устройств днища, поскольку эта зона конвертера наименее подвержена короблению и загрязнению шлаком и металлом. Количество реперных точек определяется размером сканируемого объекта. В данном случае было использовано семь опорных точек, так как наиболее рациональным расстоянием между точками по длине окружности для обеспечения требуемой точности привязки по системе координат считается 1-1.5 метра.
Для замера толщины огнеупора определяется координата точки на внешней поверхности футеровки. Внутренняя точка рабочей футеровки, прилежащей к арматурной, определяется по конструкционным размерам агрегата, которые вводятся в память компьютера (рисунок 2.9). Затем по этим двум точкам вычисляется толщина в каждой точке замера, произведенного сканером.
В процессе работы со сканером отрабатывались различные методики проведения измерений: частота проведения замеров, отработка шага замера и угла, под которым производится переход на следующее сечение (рисунок 2.10),
В качестве критерия дш отработки метелики проведения замера было принято минимальное время сканирования при достаточной информативности получаемого замера. Шаг сканирования варьировался в диапазоне 50 -- 300 мм, угол перехода на следующее сечение - в диапазоне 5-20{\ частота проведения замера - в диапазоне от 20 - 200 гшовок,
Б итоге, на основании выбранного критерия для конвертора салкой 400 і; шаг принят равным 200 мм, угол -10 , частоте проведения знморов, при производстве стаж рядового сирідмеїгге - каждые 80-100 плавок, так как большая частота проведения замеров пок&чывает примерно одинаковые результаты (рисунок 2.11), Как видно из рисунка ртнит между замерами составляет максимальное отклонение по толщине -30 мм, что соответствует толщине шлакового покрытия. Уменьшение частоты сканирования может привести к тому, нто может быть своевременно пе обнаружена зона локального износа, Кроме тогов выбранный диапазон проведенні адмеров совпадает с остановкой конвертера на аамеау летотных блоков, ш проведение заыщгл отнимает минимум времени. Операция полного сканирования занимает, в зависимости от опыта оператора от 30-45 минут. Діш сканирования локальных мест футеровки эта операция сокращается до 15-25 минут.
Для начала сканирование производится подготовка оборудования, связанная с начатом эксплуатация сканера. Для этого на цапфе конвертера крепятся устройство для определения угла наклона конвертера относительно вертикали - - угломер. Па днище конвертера укрепляются метки находящиеся в одной плоскости строго перпендикулярна вертикальной оси конвертера. Полный замер футеровки для большегрузного конвертера производится в два мриеш. Поскольку размеры горлодашы ограничивают видимость верхней части цщшндра.
Но мере разгара футсрошш изменяются підродинам и ческне условия работы конвертерной ванны, в частности соотношение высоты металлической ванны (Но) к сё іішрияе (D); при этом изменяются условия межфазного взаимодействия, что влияет на полноту прохождения реакций, % следовательно, и эффективность применяемого управлении. Максимальному использованию рафинирующих свойств шлака моїуг ііреиятствовагь также отклонение фурмы от оси симметрии, что, во-первых, ухудшает условия перемешивания - сдвигая контуры циркуляции в ванне к стеши футеровки-» во-вторых, сокращает поверхность в іаимодейстьіия фаз, исключая циркуляцию удаленных о і реакционной зоны объемов металла. Кроме того, прилегающие к стенкам футеровки циркулирующие потоки, сталкиваясь с шероховатостью стенок, переходя еще более в турбулентный режим течения, уменьшают скорости доставки элементов к месту реакции. Все это отражается на рафинирующей способности конвертера (удаление серы, фосфора), а также на выход жидкого металла тіж. Рассмотренные положения послужили основой при выборе соответствующих показателей, которые совместно с ранее предложенными показателями (H&/D) помогают описать гидродинамику перемешивания конвертерной ванны. Для оценивания состояния всей футеровки с целью анализа и принятия управляющих решений необходимы интегральные показатели. Было предложено три хорошо технологически интерпретируемых показателя.
Оценивание коэффициентов алгоритма расчета шихты
Формулы (3,47 — 3.48) получены для симплекса длина ребра которого равна единице. Для произвольной длины каждую формулу нужно умножить на длину ребра. Если поиск осуществлялся не из начала координат, а из начальной точки х, то к координатам вершин симплекса необходимо добавить координаты начальной точки - Xi и Х2 В вершинах исходного симплекса рассчитывается значение целевой функции f(x )у f(x ), f(x ). Из этих трех значений выбирается «наихудшая» точка (при поиске минимума это та точка, в которой функция принимает максимальное значение). Допустим, что это точка х1. Через центр тяжести противолежащей грани Хц_т_ = (х + к )/2 строится новая вершина симплекса х 3 симметрия «наихудшей» вершине х\ Координаты новой вершины х4 рассчитываются по формуле
В результате получается новый симплекс х2 - х - х , причем значение целевой функции в двух точках х и х уже известно- Поэтому вычисляется значение функции в точке х4 и среди всех вершин ищется вершина с «наихудшим» значением. Эта вершина вновь отображается через середину противолежащей грани и вся процедура повторяется. Признаком окончания поиска является так называемая процедура зацикливания, когда вновь отображенная вершина оказывается «наихудшей», В этом случае, если заданная точность не достигается, (точность определяется длиной ребра симплекса) необходимо уменьшить размеры симплекса. Процедура повторяется до тех пор, пока длина ребра симплекса не станет меньше заданной точности.
Следует отметить ряд положительных качеств симплекс-планирования, делающих перспективным его применение в промышленных условиях [13]. 1. Вычисление крайне просты и не требуют специальных математических или статистических знаний, все приемы формализованы, поэтому метод одинаково пригоден как для ручной, так и для реализации на ЭВМ 2. Сравнительно просто решается задача оптимизации при наличии ограничений, 3, Движение симплекса производится с каждым экспериментом, что позволяет использовать метод для целей оптимизации объектов» обладающих дрейфом параметров. 4, Направление движения определяется не точными количественными значениями отклика в вершинах симплекса, а лишь соотношением между ними. Таким образом, для адаптации коэффициентов входящих в корректирующий алгоритм использовался метод нелинейной оптимизации, симплекс - метод. Для адаптации выбраны 36 коэффициентов входящих в корректирующий алгоритм, из них выделено два наиболее существенных коэффициента по которым и осуществлялась адаптация корректирующего алгоритма. Выделение значимых коэффициентов производили путем расчетов с использованием алгоритма расчета компонентов шихты, в которой при прочих равных условиях исследуемый коэффициент менялся в интервале ±20% от значения этого коэффициента и смотрели на изменение критерия оптимизации (таблица 3-2П ). Исходя из этого, выбрали два наиболее значимых коэффициента. 1. Коэффициент пересчета изменения массы чугуна в изменение массы лома; 2. Коэффициент пересчета изменения содержания кремния в чугуне в изменение массы извести. За критерий оптимизации выбрали процент попадания в заданные диапазоны фактической и расчетной (модельной) температуры металла. Эти диапазоны составили для температуры металла -±10 С. Для того чтобы адаптируемые коэффициенты не выходили за границы допустимых значений, был применен метод штрафных функций, который основан на преобразовании функции произвольного вида при ограничениях в виде равенств и неравенств к задаче безусловной оптимизации, С помощью функций, задающих ограничения, формируется штраф, который действует таким образом, что нарушение какого-либо ограничения становится невыгодным для преобразованной задачи. Способ адаптации коэффициентов состоял в том, что подстраиваемые коэффициенты алгоритма путем итерации варьировали до тех пор, пока критерий оптимизации не достигал минимума. Найденное таким способом значение коэффициентов являлось оптимальным. Адаптацию коэффициентом проводили в глубину предыстории 5, 7, 10 и 15 плавок. Наиболее лучшие результаты получены на предыстории в 10 плавок (таблица 3.8). Для получения требуемых выходных переменных процесса очень важно обеспечить воспроизводимость физико-химических величин входящих в базовый алгоритм для расчета требуемых масс материалов на плавку. Кроме того, эта воспроизводимость положительно сказывается на точности коэффициентов пересчета корректирующего алгоритма[2]. Под воспроизводимостью физико-химических величин понимаем, нахождение в соответствующих пределах следующих величин (таблица 3,9). Известно, что на процесс шлакообразования влияет положение фурмы, дутьевой режим плавки (конструкция фурмы и интенсивность подачи кислорода) и режим ввода шлакообразующих. Установлено, что подъем фурмы относительно рабочего положения на 20 сантиметров для условий ККЦ-2 ОАО «ЗСМК» позволяет получить следующие результаты представленные в таблице ЗЛО.
