gototopgototop

УДК 004

Оптимизация технологических параметров на не системы

Самолетова Полина Алексеевна – студент Южно-Уральского государственного университета.

Аннотация: Разработка алгоритма оптимизации и реализация на его основе экспертной системы, позволяющей выбрать подходящий режим работы доменной печи, с целью снижения удельного расхода кокса и повышения производительности.

Ключевые слова: Доменный процесс, автоматизация, тепловой режим, алгоритм.

Введение

Доменный процесс является наиболее консервативным из всех процессов черной металлургии. В этом легко убедиться с помощью простого перечисления существовавших параллельно с доменным и последовательно сменявших друг друга процессов передела чугуна в железо и сталь: кричный, пудлинговый, тигельный, бессемеровский и томасовский, сименс-мартеновский, и современных процессов передела – кислородно-конвертерный и электроплавка стали в дуговых печах.

Большинство металлургических комбинатов старается повысить объем производства и усилить конкурентоспособность продукции. Для достижения этой цели необходимо улучшить процесс выплавки в доменных печах чугуна. Одним из важнейших показателей является качество кокса, так как от его расхода зависит технико-экономические показатели и эффективность производства чугуна.

В настоящее время все доменные печи в той или иной мере оборудованы автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП), функциональные возможности которых варьируются от чисто информационных до прямого управления процессом.

АСУ ТП доменного производства представляют собой сложные системы, различающиеся по структуре, назначению, целям и технологическим особенностям реализации. Развитие и совершенствование информационных функций АСУ ТП привело к созданию автоматизированных информационных систем технического обслуживания и управления (АИСТОУ). По решаемым задачам АСУ ТП доменной печи можно отнести к данному классу, ведь помимо традиционных функций к плавке относятся следующий приведенные задачи [2, с. 298]:

  • поиск аварийных ситуаций и необходимая сигнализация;
  • диагностика оборудования, архивация данных о состоянии оборудования, архивация технологической информации, запись журнала событий;
  • обеспечение доступа персонала к информации, создание суточных и различных документов.

АИСТОУ используют технологии открытых систем реального времени. Используют стандартные сетевые средства связи; программная совместимость с распространенными компьютерными платформами; значительные ресурсы для хранения данных.

Влияние технологических параметров на эффективность доменной плавки

Под нормативной оценкой влияния параметров доменной плавки на расход кокса и производительность доменной печи понимается определение величин изменений расхода кокса и производительности при изменении отдельных параметров плавки и их совокупности. Наличие такой оценки необходимо для выполнения оперативного анализа технологии, результативность которого зависит от полноты и качества используемой информации [3, с. 4].

Использование в течение многих лет для этих целей известного перечня технологических факторов и установленного эмпирически влияния каждого из них на расход кокса и производительность показало неоднозначность во многих случаях этого влияния и необходимость создания системной методики.

Методика предназначена для использования при анализе изменений удельного расхода кокса и производительности доменных печей под влиянием изменений технологических параметров доменной плавки. Такой анализ выполняется при сопоставлении периодов работы доменных печей с различными значениями технологических параметров доменной плавки, определяющими величины удельного расхода кокса и производительности (пофакторный анализ). В основе этого анализа лежат количественные соотношения между изменившимися параметрами (факторами) и удельным расходом кокса (производительностью доменных печей), которые определяются эмпирически либо аналитически.

На результат доменной плавки влияет множество технологических параметров. Самые распространенные – качество шихты, параметры дутья, свойства и состав продуктов плавки, режим загрузки и выпуска.

Оптимизация технологических параметров

Перед оптимизации технологических параметров, участвующих в определение рабочих режимов доменной печи (табл. 1), необходимо узнать к какой группе они относятся.

Таблица 1. Технологические параметры, участвующие в определении рабочих режимов доменной печи.

1

Производительность чугуна, т/сут

2

Удельный расход кокса, кг/т

3

Расход холодного дутья, м3

4

Температура горячего дутья, С0

5

Расход пара на увлажнение, т/час

6

Расход природного газа, м3

7

Температура природного газа, С0

8

Содержание O2  в дутье, %

9

Перепад давлений общий, ат.

10

Давление колошникового газа, ат.

11

Содержание в чугуне Mn, %

12

Содержание в чугуне Si, %

13

Содержание в шлаке Al2O3, %

14

Содержание в шлаке FeO, %

15

Истираемость кокса по показателю M10, %

16

Дробимость М25, %

17

Содержание золы, %

18

Содержания в коксе фракции +80 мм, %

19

Содержание С в коксе, %

20

Реакционная прочность (CRI), %

21

Горячая прочность (CSR), %

22

Содержание Fe в агломерате, %

23

Основность агломерата, д.е.

24

Содержание Zn в агломерате, %

25

Содержание фракции 5-0 в агломерате, %

26

Доля агломерата рудной шихты

27

Доля Михайловских окатышей в шихте

228

Доля Соколовских окатышей в шихте

229

Содержание Ti в чугуне, %

Все параметры можно поделить на две группы: известные, получаемые от предприятия, и расчетные, вычисляемые по формулам. При вычислениях необходимо знать все коэффициенты влияния технологических параметров для режима работы доменной печи.

Данные коэффициенты находятся путем кластерного анализа (или кластеризация). Задачей кластерного анализа является разбиение множества объектов на группы, называемые кластеры. Внутри каждой из групп должны быть «похожие» объекты, а объекты разных групп должны быть как можно более отличны друг от друга [1, с. 164].

После завершения кластерного анализа и получения результатов возможна корректировка выбранной метрики до получения оптимального результата.

По всем известным входным технологическим параметрам (прочность на истирание (М10), содержание в коксе фракции +80 мм, содержание золы и т.д.) производится кластерный анализ. Кластерный анализ представляет собой зависимость изменений производительности и изменений удельного расхода кокса от входных параметров. В результате анализа получаем коэффициенты влияния каждого технологического параметра. При помощи известных коэффициентов произведем необходимые технико-экономические расчеты.

Входные параметры обновляются через определенный период времени, обрабатываются и в дальнейшем участвуют в вычислениях.

Для хранения всех данных по печи (цеху) существует таблица. В ней хранятся значения параметров, позволяющие произвести все необходимые расчеты, а также минимальные и максимальные значения величин для оптимизации. Значения параметров делятся на две группы, первая – это значения, меняющиеся при запуске или обновление таблицы в связи с изменением периода, вторая – это значения, которые мы можем изменить, для поиска наилучшего показателя.

Все расчетные факторы зависят от одного или нескольких параметров, которые нам известны и обновляются после определенного периода (неделя/месяц).

Алгоритм оптимизации заключается в поиске наилучших показателей и выбора такого режима работы, при которых будут достигнуты желаемые результаты. Данный алгоритм дает советчиком мастеру (рис. 1).

Заключение

Оптимизация технологических параметров доменного производства позволяет понять, как тот или иной параметр влияет на расход кокса и производство чугуна.

Разработанная экспертная система, которая рассчитывает все изменения расхода кокса и производства чугуна от влияния технологических параметров, помогает узнать какое содержание того или иного параметра нужно увеличить или уменьшить для наилучшего результата.

1

Рисунок 1. Алгоритм оптимизации автоматизированной системы управления тепловыми режимами работы доменной печи.

Список литературы

  1. Казаринов Л.С. Метод эффективного управления доменным процессом на основе кластерного анализа / Л.С. Казаринов, Т.А. Барбасова, Х.М. Мохсен // Вестник. – 2016. – №2. – С. 164-169.
  2. Спирин, Н.А. Информационные системы в металлургии: конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) / Н.А. Спирин, В.В. Лавров. – Екатеринбург.: Уральский государственный технический университет, 2004. – 495 с.
  3. Товаровский, И.Г. Нормативная оценка влияния параметров доменной плавки на расход кокса и производительность / И.Г. Товаровский // Сталь. – 2014. – №5. – С. 4-11.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail