Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Кибернетика в металлургии

Для настоящего периода характерны активные поиски практического использования методов кибернетики в металлургии. Распространение электронно-вычислительной техники позволяет решить ряд практических задач. Так, методы кибернетики используют при изучении комплекса сталеплавильного процесса, характеризующегося большим числом подсистем и их взаимосвязей.

Основным методом изучения при этом является метод математического моделирования при помощи ЭВМ. Использование математических моделей дает возможность проводить эксперименты, которые трудно (или невозможно) выполнить на реальном объекте, уменьшает продолжительность и трудоемкость исследований, обеспечивает рациональное и экономичное решение ряда практических задач управления и организации технологических процессов, таких, например, как:

  • расчет шихты с учетом наиболее экономичного использования имеющихся в наличии шихтовых материалов;
  • расчет (прогноз) продолжительности плавки;
  • расчет (прогноз) необходимого расхода реагентов, раскислителей, добавочных материалов;
  • установление плана-графика работы оборудования и выполнения заказов.

Математическому моделированию предшествует (или осуществляется параллельно) физическое моделирование, при котором изучается само явление (в разных масштабах и условиях). Применительно к сталеплавильному производству физическое моделирование широко используется при исследовании и прогнозировании процессов тепло- и массопереноса.

В тех случаях, когда процессы сложны и описываются системой уравнений, более пригоден метод математического моделирования, в котором процесс изучается не на физическом объекте (модели), а при помощи ЭВМ. При рассмотрении результатов математического моделирования следует учитывать, что при построении математической модели реальные процессы упрощаются и схематизируются; в ней не учитываются некоторые факторы, которые построителем модели были признаны второстепенными. В связи с этим, рассматривая и используя результаты математического моделирования, необходимо прежде всего убедиться в адекватности модели реальному явлению, реальному процессу. Квалифицированно это может сделать только специалист, хорошо знающий сам процесс.

Металлурги располагают достаточно большим набором разработанных математических моделей ряда процессов, позволяющих проводить расчеты взаимодействия фаз, равновесий в системах (металл—газ, шлак—газ, металл-шлак и т. п.), газовыделения и др.

По результатам математического моделирования на базе современной электронно-вычислительной техники в металлургии созданы системы автоматического управления технологическими процессами плавки («Сталевар», «Технолог» и др.), системы решения оперативно-организационного управления сталеплавильными цехами разных типов. Примеры этих решений подробно рассматриваются в соответствующих специальных курсах.

Приходится учитывать, что модель управления сталеплавильным цехом достаточно сложна. Так, модель конвертерного цеха должна включать основные частные модели, касающиеся:

  • подачи чугуна, металлолома (скрапа), извести, других шлакообразующих (например, плавикового шпата);
  • введения кислорода, аргона при комбинированной продувке в конвертере, азота (в случае его использования); проведения собственно конвертерной плавки;
  • подачи ферросплавов и раскислителей в ковш, раскислителей в промежуточный ковш или кристаллизатор УНРС;
  • оборота сталеразливочных ковшей, шлаковых чаш; работы установок непрерывной разливки, включая модели оборота промежуточных ковшей и пр.;
  • суточного планирования выполнения заказов по маркам стали;
  • синхронизации работы конвертеров и оборудования внепечной обработки (вакуумирования, продувки аргоном или азотом, вдувания порошков и т. п.);
  • синхронизации работы конвертеров и установок непрерывной разливки и т. д.

В масштабе завода разрабатывают математические модели сталеплавильный цех—прокатный цех. Каждая из перечисленных выше частных моделей достаточно сложна. Например, в динамических системах управления собственно конвертерной плавкой при подаче кислорода только сверху через вертикальную фурму в качестве прогноза-тора используются обычно математические модели процесса с применением ряда критериев оптимальности, в числе которых:

  • минимальная продолжительность продувки;
  • обеспечение заданных параметров шлака;
  • минимальные потери металла с выбросами;
  • обеспечение заданного химического состава стали (обычно содержания углерода);
  • обеспечение заданной температуры стали; минимизация расхода вдуваемого кислорода;
  • обеспечение максимального выхода годной стали.

Задача создания такой системы управления оказалась очень сложной. Приходится учитывать возможность влияния на практике форс-мажорных (непредсказуемых, случайных) факторов, таких, как:

  • колебания состава извести и шлакообразующих;
  • состава и качества металлолома;
  • стойкости и местных разрушений футеровки;
  • заметалливание сопел;
  • изменения показателей работы кислородных фурм;
  • погрешности измерения температуры, состава и количества чугуна и т. д.

В связи с этим металлурги широко используют метод стохастической аппроксимации ', т. е. метод решения задач статистической оценки, при которой каждое следующее значение оценки принимается с учетом новой поправки на новую информацию.

Некоторые частные проблемы более просты; они позволяют более надежно решать чисто производственные задачи. Известны, например, модели, позволяющие прогнозировать температуру металла, рассчитывать необходимую долю металлолома в шихте и т. п. По мере повышения степени стандартности проведения операций (стандартность материалов, отсутствие задержек в подаче шихты и выпуске плавки, стандартно высокое качество огнеупоров, высокое качество измерительной техники и т. п.) возрастают реальные возможности использования результатов математического моделирования для управления плавкой и организацией работы в цехе.

В настоящее время при использовании ЭВМ принимаются более обоснованные и близкие к оптимальным решения, поскольку в памяти ЭВМ, которыми оборудованы сталеплавильные цехи, хранятся информация о плане производства на текущие сутки, сменный график работы цеха, сведения о состоянии производства (ресурсы материалов, наличие и состояние оборудования, нормативы на выполнение отдельных операций и т. п.).

Читать далее >>

Источник [6] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Охрана природы и ресурсосбережение в металлургии
Вернуться на главную: Черная металлургия