Введение к работе
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 рас-
плава 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:
Результаты анализа технологических требований к электроприводу кислородной фурмы с позиции предотвращения выбросов расплава и возможностей их реализации типовой схемой электропривода.
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.
Методика и алгоритм диагностирования возможности выброса расплава через горловину кислородного конвертера по характеристикам изменения виброускорения корпуса кислородного конвертера, обеспечивающие высокую достоверностью диагнозов.
Конкретные технологические требования к электроприводу кислородной фурмы с позиции автоматического предотвращения выбросов расплава через горловину кислородного конвертера.
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 кислородно-конвертерной выплавки стали.
Результаты опытно-промышленной эксплуатации предлагаемых методик и технических решений на действующих конвертерах №1,2 ОАО «ММК» и оценки их эффективности.
Научная новизна:
Разработаны технологические требования к системе управления электроприводом кислородной фурмы конвертера с позиции автоматического предотвращения выброса расплава по причине нарушения нормального хода продувки конвертера.
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.
Разработана функциональная схема системы управления электроприводом кислородной фурмы, отличающаяся наличием блока диагностирования возможности выброса расплава в своем составе.
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 научно-технических 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.
