АННОТАЦИЯ
Злобина С.А. Разработка автоматизированной системы управления процессом раскисления и легирования стали в конвертере в условиях ККЦ-1 ОАО "ЗСМК".
Дипломный проект по специальности "Технология, математическое обеспечение и автоматизация литейных процессов" (110403). – Новокузнецк, 2002. – 167 с. Табл. 10, ил. 20, источников 36, приложений 7, чертежей 6 листов.
Автоматизированная система управления, раскисление и легирование стали, модель, алгоритм, оптимизация, окисленность плавки, угоревшие массы элементов, расчетные и оптимальные массы ферросплавов, процедура адаптации коэффициентов пересчета, прогнозирование контролируемых параметров и времени слива.
Объектом исследования является процесс раскисления и легирования стали в ковше конвертерного цеха.
В дипломном проекте проведено изучение проектируемой технологии раскисления и легирования конвертерной стали применительно к ККЦ-1 ОАО "ЗСМК" с целью снижения экономических затрат на осуществление вышеуказанного процесса.
В работе разработаны методы раскисления и легирования стали с помощью автоматизированной системы управления, основанной на расчете угоревших масс элементов
Исполнитель Злобина С.А.
THE SUMMARY
Slobina S.A. The working automated control system of process of deoxidation and alloying in converter.
Degree activity on a specialty (110403). – Novokuznetsk, 2002. – 167 p. Tables 10, pict. 20, orig 36
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 7
1 ХАРАКТЕРИСТИКА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ... 8
1.1Общая характеристика предприятия. 8
1.2 Характеристика конвертерного производства. 14
1.3 Конструкция агрегата и ее соответствие задачам технологии. 19
1.3.1 Система подачи и дозирования сыпучих материалов из бункеров приемного устройства в расходные бункера конвертерного цеха. 22
1.3.2 Система дозирования и подачи сыпучих материалов и ферросплавов в конвертер, в ковш при сливе металла, в приемные бункера установки УДМ... 22
1.4 Проектируемая технология, ее критический анализ и направление совершенствования 25
1.4.1 Особенности раскисления и легирования конвертерной стали. 25
1.4.2 Технология раскисления и легирования стали, применяемая в ККЦ-1 ОАО "ЗСМК" 26
1.4.3 Описание организации взаимодействия постов ККЦ-1 при раскислении и легировании стали. 28
1.5 Анализ проектируемой системы управления технологическим процессом и постановка задачи 32
1.5.1 АСУ ТП выплавки стали в конвертере. 32
1.5.2 Постановка задачи. 40
2 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ.. 41
2.1 Содержательная модель физико-химического механизма процесса. 41
2.1.1 Раскисление марганцем.. 43
2.1.2 Раскисление кремнием.. 44
2.1.3 Раскисление алюминием.. 45
2.2 Разработка математической модели для целей исследования технологии. 46
2.3 Расчеты технологии с использованием разработанной модели. 56
2.4 Исследование и оптимизация технологии на основе модели и экспериментальных данных 59
2.5 Разработка технологической инструкции и блок-схемы алгоритма управления технологическим процессом.. 67
3 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.. 70
3.1 Алгоритмическое обеспечение системы управления. 70
3.1.1 Назначение и характеристика системы управления. 70
3.1.2 Алгоритм решения. 72
3.2 Информационное обеспечение. 88
3.2.1 Перечень входных сигналов и данных. 88
3.2.2 Перечень выходных сигналов и данных. 89
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 90
5 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ... 96
5.1 Охрана труда. 96
5.1.1 Анализ условий труда в вычислительном центре. 96
5.1.2 Анализ условий труда в ККЦ-1. 100
5.1.3 Мероприятия по безопасности труда. 102
5.1.4 Мероприятия по производственной санитарии. 103
5.1.5 Пожарная безопасность. 104
5.2 Охрана окружающей среды.. 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ.. 110
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 113
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 114
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 115
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. 116
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. 117
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. 163
Обозначения элементов в блок-схемах алгоритма раскисления и легирования стали. 163
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. 165
Мероприятия при чрезвычайных ситуациях. 165
В настоящее время на предприятиях черной металлургии наблюдается значительный дефицит ферросплавов. Кроме того, требуется выпуск продукции, конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентоспособность во многом определяется стоимостью и качеством продукции, которые в свою очередь определяются количеством отдаваемых при раскислении и легировании ферросплавов. Причем для повышения качества металла требуется отдавать ферросплавов, как правило, больше, а для снижения стоимости раскисления и легирования стали меньше. Поэтому сегодняшняя ситуация в производстве и на рынке ставит задачу оптимизации расхода ферросплавов при раскислении и легировании стали.
В дипломном проекте предложен вариант решения такой задачи путем расчета раскислителей и легирующих не по эмпирическому коэффициенту угара, имеющему слабую технологическую и управленческую интерпретацию, а по угару элементов, который более плотно и точно характеризует процесс раскисления и легирования. Кроме того, для подстройки коэффициентов определения угоревших масс используется процедура их адаптации. Оптимизация процесса состоит в введении в сталь необходимых масс элементов с учетом их угара, имея при этом более экономичную технологию процесса раскисления и легирования стали, более высокие свойства проката. Оптимизация процесса раскисления и легирования осуществляется процедурой минимизации критерия, имевшего в своем составе ценовую составляющую и составляющие, определяющие отклонение расчетного состава стали от заданного. Причем коэффициенты при соответствующих составляющих являются подстраиваемыми и можно путем их изменения ориентировать расчетный алгоритм как на более экономичную технологию, так и на получение высоких и механических свойств проката.
Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЗСМК") расположен в городе Новокузнецке Кемеровской области, имеет полный замкнутый металлургический цикл и является крупнейшим предприятием отрасли в Сибирском регионе страны.
Первые металлургические агрегаты комбината – коксовые батареи, доменная печь – были введены в эксплуатацию в 1963-1964 годах. Последним в эксплуатацию (1976 г.) был введен непрерывный среднесортный стан 450.
Западно-Сибирский металлургический комбинат сегодня включает в себя коксохимическое производство; агломерационно-известковое производство; доменный цех, в составе которого находятся три доменные печи; сталеплавильное производство, имеющее два конвертерных цеха; прокатное производство; метизное производство. Продукцией комбината являются чугун, сталь, прокат, кокс и проволока.
В настоящее время на комбинате интенсифицируются действующие и внедряются новые технологические процессы с использованием автоматических систем управления на базе электронно-вычислительных машин, осваиваются новые экономичные виды продукции и повышается качество производимой продукции.
Рассмотрим основные производства металлургического комбината. Доменный цех имеет в своем составе:
- три доменные печи суммарным полезным объемом 8000 м3 (доменные печи №1 и №3 по 3000 м3, доменная печь №2 - 2000м3);
- отделение по приготовлению заправочных материалов;
- четыре разливочных машины со складом холодного чугуна;
- отделение по ремонту чугуновозных и шлаковозных ковшей;
- участок шихтоподачи;
- две центральные вытяжные станции.
В доменном цехе применяют агломерат собственного производства (70-90%), окатыши качканарские (10-20%), руды (5-15%), металлодобавки (до 5%), кокс собственного производства (90-100%), кокс привозной (до 10%).
Для перевозки чугуна в конвертерные цеха используются чугуновозные ковши емкостью 140 т и ковши миксерного типа емкостью 420 и 150 т. Для перевозки шлака используются шлаковые ковши с емкостью чаши 16.5 м3. для производства 4.5 млн. т чугуна ежегодная потребность в железорудном сырье составляет 8 млн. т., в коксе металлургическом – 2.3 млн. т.
Перед загрузкой в доменную печь из железорудной шихты и кокса отсеиваются мелкие фракции. Вся загружаемая в доменные печи шихта взвешивается в специальных весовых воронках с регистрацией полученных данных автоматической системой управления. Загрузка доменных печей производится скиповыми подъемниками. Для корректировки основности шлака используется кварцит и конвертерный шлак. С целью интенсификации процесса плавки дутье печей обогащается кислородом до 28-28.5%.
В доменном цехе функционирует информационно-управляющий комплекс, включающий в себя АСУ дозирования шихты, АСУ регулирования основности шлака, АСУ загрузочными устройствами, АСУ по учету количества и качества выплавляемого чугуна.
В состав сталеплавильного производства входят конвертерные цеха №1и №2, цех подготовки состава, смоломагнезитовый цех, копровый цех, цех ремонта металлургических печей, цех ремонта сталеплавильного оборудования.
Сталеплавильное производство является ключевым в технологической цепочке производства продукции на комбинате.
Кислородно-конвертерный цех №1 (ККЦ-1) эксплуатируется в составе трех конвертеров емкостью 160 т каждый. Проектная производительность цеха составляет 3.5 млн. т стали в год. В состав ККЦ-1 входят конвертерное, миксерное, дымососное отделения, отделение шихтовых и магнитных материалов, приемное устройство с трактом подачи сыпучих материалов, шлаковый двор. В конвертерах выплавляются углеродистые, конструкционные, низколегированные, легированные и обыкновенного качества стали. Вся выплавляемая сталь разливается в изложницы сверху в двух разливочных пролетах.
В цехе имеются три установки доводки металла (УДМ), расположенные над сталевозными путями. На них производится усредняющая продувка стали в ковше инертными газами через погруженные фурмы, а также отбор проб металла на химический анализ, замер температуры и окисленности металла.