Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение выпуска таких важных продуктов, получаемых в руднотермических печах (РТП), как фосфор, карбид кальция, плавленые фосфорно-магниевые удобрения, металлургический корунд, медно-никелевый штейн, различного вида ферросплавы возможно не только в результате строительства новых заводов, но и интенсификации существующих производств. Под последним подразумевается совершенствование печей и приёмов работы на них, а также разработка новых и совершенствование существующих методов оперативного контроля параметров работы печей, как основы автоматизации объектов этого класса.
В настоящее время управление РТП осуществляется лишь автоматизацией отдельных подсистем. Это приводит к завышенным удельносырьевым и энергетическим показателям процесса Поэтому разработка систем автоматического управления подобными процессами, которые осуществляются в РТП, является актуальной научно-технической задачей.
Степень разработанности. Значительный вклад в создание методов контроля и в разработку АСУ руднотермическими процессами внесли Г. М. Глинков, Ю. М. Миронов, С. Л. Степанянц, А. А. Фоми-чёв, А. В. Лукашенков. В. В. Сотников и др.
Однако, работа РТП по прежнему характеризуется неполнотой и неопределённостью информации, что не позволяет оперативно оценить ход технологического процесса в печи. Обслуживающий персонал принимает управленческие решения, ориентируясь на собственный опыт, учитывая большей частью лишь качественные связи между технологическими параметрами работы печи. Отсюда вытекает необходимость в разработке новых методов оперативного контроля параметров работы печи как основы построения совершенных систем управления.
Цель работы. Исследование особенностей преобразования электрической энергии в РТП и создание на их основе методов автоматизированного контроля технологических параметров и систем управления РТП, обеспечивающих заданные производительность и качество получаемого продукта при снижении удельно- сырьевых и энергетических затрат.
Задачи исследования:
1.Анализ существующих методов контроля параметров работы РТП;
2.Исследование механизма токоперехода через границы между разнородными материалами или материалами, находящимися в разных агрегатных состояниях;
3.Определение связи между величиной постоянной составляющей (ПС) фазного напряжения в РТП и параметрами технологического процесса, осуществляемого в ней, как основы автоматизированной системы контроля и управления работой РТП.
Научная новизна работы
-
Показано, что величина ПС фазного напряжения РТП зависит от условий горения электрической дуги и контакта электрода с расплавом.
-
Найдены зависимости величины ПС от фазного напряжения, тока электродов, количества и состава расплава в печи.
-
Предложен новый метод автоматизированного контроля параметров работы руднотермической печи: уровня расплава в ванне и мощности, выделяемой в электрической дуге.
Теоретическая и практическая значимость работы
-
Предложены новые способы автоматического контроля электротехнологических параметров работы печи: состава и температуры расплава, количества восстановителя в реакционной зоне, степени развития электрической дуги по величине ПС фазного напряжения, которые могут быть использованы при создании систем управления РТП.
-
Разработан и запатентован метод контроля уровня расплава в РТП;
-
Разработан и запатентован способ управления работой рудно-термической печи, внедрение которого осуществляется на ОАО «Кольская металлургическая компания».
Методология и методы исследования
В ходе выполнения работы были использованы данные, полученные на промышленной печи для получения нормального электрокорунда и опытной печи для получения плавленых фосфатов. Анализ шлаковых расплавов выполнялся методами классического химического анализа.
Защищаемые положения
1.При работе РТП фазное напряжение содержит постоянную составляющую, обусловленную вентильным эффектом контакта электрода с расплавом и вентильным эффектом электрической дуги переменного тока.
2.Величина ПС фазного напряжения зависит от условий контакта электрода с расплавом и условий горения электрической дуги.
3.Величина ПС является одним из определяющих параметров состояния объекта управления РТП и может быть использована для автоматизированного контроля технологического процесса и создания системы управления работой печи.
Степень достоверности и апробация работы. Выводы и реко
мендации, полученные в данной работе не противоречат классической
теории электротермии и положениям теории измерения. Это подтвер
ждается и данными, полученными на РТП других технологий. Мате
риалы диссертационной работы представлялись на Международной
конференции «Современное состояние химической технологии неор
ганических веществ и материалов» (Алматы, 2011); на десятой Все-
росийской конференции «Вузовская наука – региону» (Вологда, фев
раль 2012), на Всероссийской научно-технической конференции с
международным участием «Электротермия – 2012» (Санкт-
Петербург, 2012), на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии автоматизации и диспетчеризации промышленных предприятий», (Санкт-Петербург, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 7 статей в рецензируемых научных изданиях, 1 монография, три патента РФ и 3 тезиса докладов в сборниках трудов Всероссийских конференций.
Реализация результатов. Разработанные схемы определения состава и уровня расплава и рекомендации по управлению технологическими процессами в руднотермических печах приняты к внедрению на ОАО «Кольская горно-металлургическая компания», ООО «Институт Гипроникель». Научные результаты работы используются в учебном процессе химического факультета национального минерально-сырьевого университета «Горный» для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 103 наименований. Общий объём диссертации составляет 124 страницы машинописного текста, содержит 33 рисунка, 5 таблиц.
