Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

энергии 6000 кВт при неизменной производительности дает эко номию 5500 долл, в месяц, а при повышении коэффициента нагрузки

сталеплавильном цехе с установками мощностью 20 МВт при коэф­ фициенте нагрузки 0,85 стоимость электроэнергии снижается на 10 тыс. долл/месяц. При этом расходы на установку вычислительной машины «Продак-50» окупаются в течение 7 месяцев [72].

Фирма «Атлантик Стил» (США) для регулирования нагрузки в цехе с двумя электропечами с кожухом диаметром 5,5 м использо­ вала счетно-решающее устройство, которое наряду с минимизацией стоимости потребляемой электроэнергии регулирует мощность дуг

стем, чтобы уменьшить износ футеровки, инструктирует плавильщика

орациональном ведении плавки, регистрирует данные о процессе. Коэффициент нагрузки максимален, когда плавки идут «вразбивку»,

т.е. когда на одной печи идет расплавление, а на другой — рафини­ рование, выпуск, очистка, заправка, и минимален, когда плавки идут параллельно. Зависимость коэффициента нагрузки от графика работы печей показана на рис. 72.

Фирма «Атлантик Стил» разработала метод регулирования на­ грузки, обеспечивающий оптимальное чередование плавок на двух печах в результате распределения между ними подаваемой мощности. По этому методу в одной из печей (ведущей) происходит распределе­ ние мощности, а другая печь получает только ту энергию, которую не может использовать ведущая печь.

Нагрузка регулируется следующим образом. Счетно-решающее устройство на основании составленных предварительно для каждой плавки графиков энергия—время рассчитывает требуемый на бли­ жайшие 30 мин суммарный расход энергии, сравнивает его с имею­ щейся энергией и в случае необходимости рассчитывает величину кор­ рекции электрической мощности для отстающей печи таким обра­ зом, чтобы расход энергии по двум печам не превысил установлен­ ного лимита. При этом мощность корректируется только в период плавления шихты, в период же рафинирования, а также во время проплавления колодцев в шихте предусмотрены стандартные расходы энергии. Ведущая печь также может быть ограничена в потреблении энергии, если требуемое сокращение расхода не может быть покрыто за счет энергии отстающей печи.

Вместе с тем вычислительная машина следит за тем, чтобы коэф­ фициент нагрузки не уменьшался ниже определенного уровня, обусловленного соответствующим контрактом с фирмой-поставщи- ком энергии.

Эффективность регулирования коэффициента нагрузки на заводе фирмы «Атлантик Стил» ясно иллюстрируется рис. 73, из которого видно, что увеличение коэффициента нагрузки на 0,1 повышает производительность цеха на 10—12% и снижает стоимость электро­ энергии на 5—6% [73, 74].

149

На металлургическом заводе фирмы «Христианиа Спигерверк» в Осло (Норвегия) ЭВМ установлена для управления электрическим режимом 50-т дуговой печи, работающей в режиме сверх высокой мощности (39 MBA). Функции этой ЭВМ весьма разнообразны. Предусмотрено три панели управления: для сталевара, шихтового двора и изменения параметров, характеризующих ход плавки.

ЭВМ выдает информацию сталевару о номере загруженной бадьи, израсходованной на данной ступени напряжения электроэнергии, температуре ванны, распределении по фазам мощности и коэффициен­ тов износа футеровки (произведения мощностей и напряжений дуг, являющиеся мерой эрозии футеровки при прочих равных условиях), а также о температуре (и ее производной) в точках максимального нагрева футеровки. Сталевар с учетом этой информации задает уро­ вень мощности печи.

На панели шихтового двора имеется цифровая индикация элек­ трической энергии, введенной в печь, по которой можно оценить продолжительность подготовки следующей бадьи с шихтой. ЭВМ задает ступень напряжения печи и корректирует уставки регулято­ рам перемещения электрода пропорционально коэффициенту износа футеровки.

Использование ЭВМ позволило увеличить кампанию по футе­ ровке в среднем со 180 до 250 плавок. Свод выдерживает до ПО пла­ вок. Общая стоимость футеровки на 1 т слитков ниже, чем при работе печи с трансформатором мощностью 14 MBA [75].

Фирмы «Стил Пич энд Тозер» и «Феранти» разработали систему управления цехом с использованием цифровой управляющей вычи­ слительной машины (УВМ) типа «Аргус-108», работающей в режиме советчика оператора [76]. Основная задача УВМ— непрерывно предсказывать, какое превышение договорной величины или недо­ бор электроэнергии будут к концу контролируемого получаса, и при­

150

нимать решение об отклонении одной из печей на низшую ступень напряжения и мощности.

Структурная схема системы управления представлена на рис. 74. Основой системы управления является УВМ типа «Аргус-108».

Вблизи УВМ расположены источники питания и аппаратура, предназначенная для получения информации в двоичном коде из цеха и проверки ее, а также для передачи управляющих воздей­ ствий, полученных от УВМ в цех.

В системе предусмотрено три датчика времени: первый и второй, установленные на подстанции энергоснабжающей компании, вы­ дают сигналы получасовых и пятиминутных интервалов, третий (кварцевые часы) — сигналы пятисекундных интервалов. На ряду с этим используются часы-датчики секундных, минутных и часовых импульсов.

Информация о потребляемой электроэнергии поступает от счет­ чиков трех видов. На вводном общецеховом фидере расположено два счетчика, посылающие импульсы соответственно через каждые 100 и 26,6 кВт-ч, причем импульсы второго счетчика используются лишь при работе цеха в режиме ограничения мощности. Кроме того, на фидере каждой печи имеется счетчик, выдающий импульсы через каждые 10 кВт-ч.

В цехе расположен пульт ручного ввода информации, который позволяет оператору передавать на УВМ информацию о запазды­ вании плавки, массе загрузки, номере печи, выплавляющей ответ­ ственный сплав и др. После того, как УВМ приняла эту информацию, на пульте против соответствующей кнопки загорается сигнальная лампа.

Предусмотрено два вида регистрации информации о ходе процесса: при помощи быстродействующего ленточного перфоратора и 11 теле­ тайпов, установленных в помещении УВМ, в цехе, в помещении квантометров и в помещении пульта управления. На цеховые телетайпы выдается информация не только от УВМ, но и от цифрового вычис­ лительного устройства, расположенного в помещении квантометров. Применение УВМ обеспечивает снижение среднего потребления мощности минимум на 5 тыс. кВт.

Расчет шихты и легирующих присадок

Весьма эффективно использование вычислительной техники для расчета состава заваливаемой в печь металлошихты и количества легирующих материалов, присаживаемых по ходу плавки.

Американская фирма «ИБМ» разработала специально для метал­ лургической практики процессов загрузки материалов СМАП, состоящий из входного преобразователя, вычислительного и реги­ стрирующего устройства. В процессор вводится информация, содер­ жащая данные о химическом составе и стоимости всех видов скрапа, имеющегося в цехе, о требуемом химическом составе металла по расплавлении и предполагаемом угаре элементов. На основании этих данных СМАП по методу линейного программирования рассчи-

151

тывает набор компонентов загрузки, отвечающий условию мини­ мальной стоимости, и выдает результаты расчета на печатающее устройство. Кроме того, процессор выдает рекомендации на приобре­ тение шихтовых материалов, обеспечивающих производство стали по наиболее низкой цене [77].

Величина экономического эффекта от использования шихтовок оптимального состава зависит от производительности цеха, сорта­ мента выплавляемых сталей, вида скрапа и др. По данным фирмы «Охалета и Ламина» (Мексика), сокращение расходов на металло­ шихту для цеха с четырьмя дуговыми печами емкостью 31, 77 и 93 т, использующими в качестве шихты губчатое железо, отходы собствен­ ного производства, местный и импортный лом, составляет 11% по сравнению с расходами, рассчитываемыми по обычным методам [78].

Пражским научно-исследовательским институтом черной метал­ лургии создана аналоговая вычислительная машина для расчета количества легирующих присадок, которая установлена на стале­ плавильном заводе Польди СОНП в г. Кладно. В вычислительную машину для расчета вводятся следующие исходные данные:

масса и химический состав ванны до легирования; требуемый химический состав металла к концу плавки или данного периода плавки; имеющиеся в наличии легирующие присадки и их химиче­ ский состав; показатели, ограничивающие технологические условия.

Используя эти данные, вычислительная машина определяет вид и массу требуемых легирующих присадок для достижения заданного состава ванны. Благодаря повышению точности и скорости расчетов на вычислительной машине достигается значительный экономиче­ ский эффект [79].

Управление технологическим процессом

ЭВМ для управления всем технологическим процессом плавки в дуговых печах применяют на ряде металлургических заводов США, Канады, ФРГ и других стран. Для управления технологическим процессом плавки применяют математические модели всех стадий металлургического процесса от выпуска до выпуска, разработанные для сталей всех марок и возможных методов их выплавки. В основу математической модели положены материальный и тепловой балансы, а также эмпирические зависимости, полученные статистическими исследованиями. Отклонения от стандартного процесса обрабаты­ ваются ЭВМ для дальнейшей коррекции программы плавки.

Перед началом плавки ЭВМ находит в блоках памяти заказан­ ную марку стали и выдает на печать общую программу ее выплавки. На основании математической модели ЭВМ рассчитывает количество электроэнергии, необходимой для расплавления шихты с учетом количества тепла, получаемого металлошихтой при подогреве при­ родным газом, тепла экзотермических реакций при вдувании в печь кислорода и потерь энергии, связанных с простоями печи или уве­ личением длительности плавки.

Вычислительная машина рассчитывает и выдает плавильщику в качестве рекомендаций оптимальные параметры электрического

153