Источник : http://chermet.in.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=63:statfill&catid=31:science&Itemid=46
Тепловое состояние доменной печи определяет экономичность процессов доменной плавки. Диагностикой теплового состояния процесса доменной плавки занимались и занимаются многие специалисты институтов и металлургических предприятий. Известны основные направления, которыми пытались решить данную проблему:
1) Идентификация тепловых процессов с помощью балансовых и динамических моделей;
2) Исследование доменной печи как объекта управления;
3) Разработка средств и способов непосредственной диагностики тепловых процессов. Примером тому могут быть автоматические системы диагностики теплового режима фурменных зон, контроля температуры чугуна и шлака на выпусках.
Доменный процесс, несмотря на инерционность и устойчивость, вследствие значительного времени пребывания шихтовых материалов в печи, относят к квазистационарным.
Не стационарность процесса вызвана непостоянностью входных значений параметров процесса доменной плавки, периодичностью загрузки шихтовых материалов, накоплением и выпуском жидких продуктов плавки.
Периодичность выпуска продуктов плавки из доменной печи (в том числе и при наличии нескольких леток) оказывает значительно более сильное влияние на не стационарность протекания технологического процесса. Это показано на теоретических расчетах в работах профессора Воловика, из которых видно, что при выпуске жидких продуктов плавки происходит вынос тепла чугуном и шлаком, то есть уменьшение теплосодержания металлоприемника печи. При закрытиях чугунной летки происходит обратный процесс, при котором накапливается теплосодержание в металлоприемнике. Поэтому, автоматическая диагностика тепловых процессов связанных с циклами «наполнения и выпуска» жидких продуктов плавки является одним из важных показателей для диагностики теплового состояния горна.
Известны работы для регистрации циклов «наполнение-выпуск» жидких продуктов плавки из доменной печи, основанные на измерении электрического потенциала по кожуху доменной печи и идентификация его с позиций электрохимических процессов на границе кокс-шлак-чугун или электрических цепей. Однако, эти работы не нашли большого практического применения на металлургических предприятиях в системах диагностики и регулирования.
ООО НПП «Азов-Черметавтоматика» разработано универсальное устройство для диагностики тепловых процессов в горне доменной печи и одновременно циклов «накопления- выпуска» жидких продуктов плавки из доменной печи.
Специальные датчики диагностики теплосодержания металлоприемника устанавливают на доменной печи в период кратковременной остановки, не менее чем на 6 часов. Установку ДИТов производят в отверстиях между холодильниками верхней лещади в футеровку, в 4-х точках по окружности, в местах надежных и удобных для обслуживания. Всего устанавливают 8 датчиков для диагностики окружной неравномерности работы доменной печи. Гарантированная работа ДИТов более 5-ти лет, при отсутствии механических повреждений датчика и линии связи за кожухом доменной печи.
Регистрацию показаний производят с применением самопишущих приборов или ЭВМ. Примеры записи показаний ДИТа на приборе типа «Диск» и регистрация того же процесса аппаратно-программным комплексом. Визуальная оценка регистрации циклов «накоплнение-выпуск» позволяет организовывать своевременный выпуск жидких продуктов плавки и наблюдать тенденцию тепловой работы доменной печи — «разогрев» или «похолодание», а также «зарастание горна». На обоих рисунках можно заметить восходящие и нисходящие линии, которые отражают суть процессов наполнения и выпуска жидких продуктов плавки. Для автоматического анализа работы доменной печи, разработано специальное программное обеспечение. С помощью ряда методов идентификации и фильтрации сигналов были получены численные параметры, позволившие оценить показания датчиков. С помощью частотной фильтрации сигнала методом преобразования Фурье на динамически оцениваемом промежутке времени стала возможным оценка тренда без накладываемых на него помех. Самонастраивающаяся модифицированная фильтрация методом Калмана-Бьюси позволяет прогнозировать дальнейшее изменение тренда, согласно его нестационарной динамике, а, следовательно, и оценивать будущее тепловое состояние металлоприемника доменной печи на некоторое время вперед. Данный метод после предварительной подстройки на конкретной доменной печи позволяет прогнозировать изменение теплового состояния на 4-5 часов вперед.
Примеры работы системы показаны на опыте ДП №6 НТМК в 2005 г. В верхней части рисунков отображена информация циклов «накопление-выпуск» красной линией, синей линией произведена оценка тренда. В конце синей линии показана зеленая стрелка, как прогноз тепловой работы доменной печи. Для подтверждения взаимосвязи тренда с параметрами, характеризующими тепловой режим работы доменной печи были построенные гистограммы, приведенные в нижней части рисунков. Гистограммы отображают прогнозируемые и реальные значения технологических параметров продуктов доменной плавки: содержание титана и серы в чугуне. Черным цветом отображены реальные значения, красной линией – прогнозные значения.
Вычисляемая ошибка прогноза составляет 10-12% при устойчивой работе доменной печи и до 25-40% при неустойчивой работе. Ошибка прогноза температуры чугуна на печах, оборудованных автоматической системой измерения, составляет от 0,9% до 4,0% соответственно.
На основе информации о циклах «накопление-выпуск» жидких продуктов плавки из доменной печи, разработана и опробована на ДП№4 ММК имени Ильича автоматическая система циклического (в режиме «накопления – выпуска») изменения общего расхода природного газа на доменную печь. В период наполнения горна жидкими продуктами плавки общий расход природного газа уменьшают на определенную величину, а в период выпуска увеличивают на ту же величину. Средний общий расход природного газа на доменную печь остается в пределах заданного значения.
Система позволяет снизить удельный расход кокса не менее 2х кг на тонну чугуна относительно базового значения. Для построения автоматической системы регулирования тенденции теплового режима низа доменной печи (разогрев-похолодание) с целью стабилизации ООО НПП Азов-Черметавтоматика, по желанию Заказчика, разрабатывает специальное программное обеспечение, которое позволяет осуществлять оперативное управляющее воздействие «снизу» изменением общего расхода природного газа на доменную печь, сверху – изменением рудной нагрузки. Для этой цели исследуют динамику каналов регулирования: «изменение общего расхода природного газа – тенденция теплового режима низа доменной печи», «изменение рудной нагрузки – тенденция теплового режима доменной печи».