Введение к работе
Актуальность работы. Доля выплавки электростали в современном мире приближается к 40 %. Последние 20 лет технология электроплавки и оборудование дуговых сталеплавильных печей (ДСП) находятся в состоянии технической революции. Двухшлаковый процесс сменился одношлаковым. Отдельные технологические операции рафинирования металла смещены в период плавления. Широкое распространение получила продувка ванны кислородом. В качестве составляющей металлошихты появился жидкий чугун. Практикуется плавка с неполным выпуском металла из печи. Жидкая ванна продувается газом через подовые фурмы. Как дополнительное топливо используется кокс или его заменители. Коксовая пыль применяется для вспенивания печного шлака.
В области технической оснащенности печей также произошли существенные перемены. Многократно возросла удельная мощность и вторичное фазное напряжение печного трансформатора. Время цикла плавки сократилось до 40 - 60 минут, в том числе продолжительности жидкого периода плавки - до 10-15 минут. Огнеупорная кладка стен и свода печи заменена водоохлаждаемыми элементами. В период плавления используются мощные топливо-кислородные горелки (ТКГ). Отходящими печными газами ведется предварительный подогрев металлошихты. Появились шахтные и двухванные дуговые печи, печи постоянного тока. Широкое развитие получила автоматизация процесса электроплавки в системе АСУ ТП.
Конкуренция среди производителей электростали заставляет использовать новые технические решения в технологии и оборудовании. Они реализуются в печах новейших конструкций, вводимых в эксплуатацию. Осуществляется реконструкция и модернизация существующего электропечного оборудования металлургических и, что настоятельно необходимо, машиностроительных заводов. В этих условиях большое значение приобретает прогнозирование показателей работы агрегата, оценка реальных преимуществ модернизации.
Цель работы. Разработка метода прогнозирования показателей работы дуговых сталеплавильных печей на основе знаний о теплоэнергетических и технологических параметрах плавки.
Основные задачи. 1. Проанализировать возможность использования в качестве основы метода прогнозирования комплекса электрических и рабочих характеристик дуговых сталеплавильных печей.
) рОС НАЦИОНАЛЫ* 1
БИБЛИОТЕКА I
-
Выявить и использовать технические возможности построения фактических электрических характеристик посредством применения современных информационно-измерительных систем разного уровня сложности.
-
Определить содержание понятия полезный расход электроэнергии (Wn(Wn) и разработать алгоритмы его расчета.
-
Провести анализ существующих расчетных и экспериментальных методов определения мощности тепловьк потерь от электрических дуг (Ртпэ)- Разработать и опробовать новые экспериментальные и расчетные методы определения Р^.
-
Обосновать введение понятия виртуальное фазное напряжение (ивф) для печей, работающих в течение периода плавки (плавление, рафинировка) на различных ступенях вторичного фазного напряжения. Разработать принципы поиска и оптимизации ивф, а также методику последующего пересчета виртуального напряжения в реальные фазные напряжения действующего силового трансформатора.
-
Определить объем исходных технологических и теплоэнергетических данных для реализации прогнозирования основных показателей работы дуговой печи.
-
Опробовать методику прогнозирования показателей работы на действующих дуговых печах, оснащенных информационными системами разного уровня сложности.
Метод исследования. Проводился контроль технологических и теплоэнергетических процессов в рабочем пространстве действующих дуговых сталеплавильных печей вместимостью 50, 10 и 5 тонн, а также установки АКОС вместимостью 85 тонн, установленной фирмой Фукс на ЗАО "Петросталь". В большинстве случаев для регистрации текущих параметров работы печи использовались современные компьютерные средства. Обработка обширных численных массивов осуществлялась с помощью локальных программ на ЭВМ.
На защиту выносятся:
-
Методы прогнозирования показателей работы действующих дуговых сталеплавильных печей, оснащенных информационными системами различного уровня сложности.
-
Методы построения фактических электрических характеристик дуговых сталеплавильных печей.
3. Новые расчетные и экспериментальные методы определения мощности тепловых
потерь Ртп,, в том числе и потерь за счет испарения металла в зоне электрической дуги.
4. Принцип использования виртуального фазного напряжения с последующим разложением его на реальные фазные напряжения печного трансформатора. Способ оптимизации напряжения для жидкого периода плавки.
Научная новизна. 1. Разработан и опробован метод прогнозирования показателей работы действующих электродуговых печей, оснащенных информационными системами разного уровня сложности.
-
Выявлены возможности построения фактических электрических характеристик дуговых сталеплавильных печей путем статистической обработки массивов текущих цифровых информационных данных электрического режима работы печи. Полученные результаты сопоставлены с данными измерений текущих электрических параметров, выполненных с помощью цифрового многоканального осциллографа "Нева - ИПЭ". Предложена методика построения фактических электрических характеристик ДСП.
-
Разработана компьютерная программа определения удельного, полезного расхода электроэнергии.
-
Проанализированы существующие и предложены новые методы определения
МОЩНОСТИ ТеПЛОВЫХ ПОТерЬ (Р-гпэ).
5. Предложена методика построения виртуальных электрических характеристик печи
при работе на двух и более ступенях напряжения за период плавки. Предложен способ
определения оптимального виртуального напряжения для работы печи в жидкий период
плавки (рафинировка).
Практическая значимость работы. 1. Разработанный и опробованный метод прогнозирования показателей работы дуговых сталеплавильных печей дает возможность предсказать результаты реконструкции агрегата, внедрения новых технологий и организационных мероприятий.
2. Алгоритмы расчета полезного удельного расхода электроэнергии могут послужить
базой для разработки элемента программы автоматизированного управления процессом
плавки в режиме АСУ ТП.
3. Предложенные новые расчетные и экспериментальные способы определения
мощности тепловых потерь позволяют контролировать тепловое состояние агрегата и
разрабатывать мероприятия по повышению эффективности использования электроэнергии в
рабочем пространстве печи.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на семинарах кафедры "Стали и Сплавы", а также на конференциях "XXX неделя науки СПбГТУ", С-Петербург, 2002 г.; "XXXII неделя науки СПбГПУ", 2004 г; "XXXIII неделя науки СПбГПУ", 2005 г, на международной научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение на предприятиях металлургической, горной и химической промышленности", Пушкин, 2005 г.; на технический совете ООО "ОМЗ-Спецсталь", Колпино, 2005 г; техническом семинаре ООО "ИЖОРА - Энергосбыт", Колпино, 2006 г
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 19 таблиц, список литературы состоит из 120 наименований, 4 приложения.
