Разработка технических решений для контроля и управления тепловым состоянием дуговой сталеплавильной печи
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в России и за рубежом для производства высоколегированных сталей широкое распространение получили электродуговые сталеплавильные печи (ДСП) различного типа. Преимуществами электродугового способа являются высокая производительность и способность использовать в качестве сы рья металлический лом. Для современных дуговых печей существует ряд недостатков и проблем устойчивой эксплуатации, связанных с низким уровнем контроля и управления технологическими параметрами процесса.
В области образования дуги выделяется большая мощность, и вследствие этого возникают проблемы равномерного нагрева для плавления шихтовых материалов, загруженных в печь. Существует необходимость поддержания заданного электрического режима работы печи с заданными значениями тока, напряжения и мощности при заданных значениях длины дуги. В процессе плавки в электродуго вой печи длина электрической дуги постоянно меняется без заданного алгоритма управления, что непосредственно влияет
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРАКТИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ 7
1.1 Динамичность мирового производства стали 7
1.2 Классификация дуговых сталеплавильных печей 9
1.3 Характеристика оборудования для выплавки стали в ДСП 10
1.4 Производственный процесс на сталеплавильном производстве 13
1.5 Основные химические реакции в процессе плавки стали 15
1.6 Энергия плавления в печи 16
1.6.1 Сырье для производства стали в ДСП 18
1.7 Огнеупорные материалы, используемые для футеровки ДСП 20
1.8 Анализ существующих систем автоматического управления процессом плавки в дуговых печах 22
1.8.1 Типовые замеры температуры в ДСП 23
1.8.2 Существующие автоматические регуляторы мощности дуги 24
1.9 Существующие способы контроля параметров дуговой печи 26
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 29
2.1 Методики проведения исследований 29
2.1.1 Методика проведения промышленного эксперимента 29
2.1.2 Определение статистических зависимостей 29
2.2 Влияние температуры металла на тепловое состояние сталеплавильной печи 32
2.2.1 Изучение влияния температуры металла на температуру футеровки и электродов во время плавки 32
2.2.2 Методы измерения температуры 35
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА НА ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ 38
3.1 Характеристика оборудования, использованного для изучения 38
3.1.1 Описание оборудования лабораторного эксперимента 38
3.1.2 Оборудование, используемое для проведения промышленного эксперимента 41
3.2 Способы управления автоматизации дсп 45
3.2.1 Управление тепловым состоянием дуговой сталеплавильной печи 45
3.2.2 Математическая модель системы управления энергетическим режимом ДСП 47
4 ИЗУЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЛАВКИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ 50
4.1 Разработка способа контроля параметров дуговой сталеплавильной печи 50
4.2 Моделирование процесса плавки металлолома в ДСП 53
4.3 Предложенная система управления дуговой сталеплавильной печью 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Макаров, А.Н. Теория и практика теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания: монография / А.Н. Макаров. - Тверь: ТГТУ, 2007. – 184 с.
Малиновский, В.С. Технико-экономические аспекты альтернативных технологий плавки металла в дуговых печах / В.С. Малиновский, Ф.Е. Дубинская // Электрометаллургия. – 1999. – № 3. – С. 8-16.
Никольский, Л.Е. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей / Л.Е. Никольский, В.Д. Смоляренко, Л.Н. Кузнецов. – М.: Металлургия, 1981. – 344 с.
Окунева В.А. Разработка способов улучшения технико- экономических показателей и методики выбора рациональных режимов плазменнодуговых сталеплавильных печей: дис. канд. техн. наук. – М., 2015. – 155 с.
Тимошпольский, В.И. Анализ энерготехнологических режимов работы дуговых сталеплавильных печей при использовании различных видов шихты / В.И. Тимошпольский и др. // Литье и металлургия. – 2006. – № 4 (40). – С. 19–23.
Белковский, А.Г. Современное состояние и тенденции развития технологии производства стали в ДСП и их конструкций / А.Г. Белковский, Я.Л. Кац, М.В. Краснянский // Бюллетень «Черная металлургия». – 2013. – № 3. – С. 72–88.
Григорян, В.А. Теоретические основы электросталеплавильных процессов / В.А. Григорян, Л.Н. Белянчиков, А.Я. Стомахин. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.
Гудим Ю.А. Производство стали в дуговых печах. Конструкции, технология, материалы / Гудим Ю.А., И.Ю. Зинуров, А.Д. Киселев. – Новосибирск,2010. – 546 с.
Вапник, М.А. Автоматическое управление руднотермическими элек- тропечами (Контроль положения конца электрода зоны коксования) / М.А. Вапник, Э.Э. Семенов. – М.: НИИТЭхим, 1977. – 25 с.
Воронов, Г.В. Аэродинамика и тепловое состояние современной дуговой сталеплавильной печи / Г.В. Воронов, В.А. Гольцев, И.В. Глухов // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2016. – №1. – С. 28-34.
Шевелев, Л.Н. Современное состояние и перспективы развития мирового рынка стали / Л.Н. Шеве
Система вдувания кислорода и углеродсодержащих материалов ускоряет поступление экзотермического тепла и активно повышает дожигание. Глубокий ввод струи под уровень жидкой стали обеспечивается конструкцией выступающей панели системы. Робот для очистки рабочего окна очищает эту зону от лома во время завалки, поэтому нет необходимости в оконной горелке или фурме. Система распознавания появления шлака по инфракрасному излучению ИРИС определяет идеальный момент для выпуска плавки с минимальным попаданием шлака в ковш. Благодаря роботу для очистки выпускного отверстия не только сократилась продолжительность этой операции и высвободилось рабочее время, но и значительно улучшились условия труда обслуживающего персонала. Печь ДСП-180 имеет характеристики, показанные в таблице 3.4.