автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка метода оптимизации электротермического режима плавки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. УПРАВЛЕНИЕ ПЛАВКОЙ ЧУГУНОВ. .■:.

1.¡.Современные подходы к созданию систем контроля и управ ления плавкой чугунов.

1.2.Влияние режима проведения плавки на качество выплавляемого чугуна и расход электродов.

1.3. Оценка степени нагрева электродов и кладки печи.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5.Физическая модель реализации оптимальных условий для плавки чугунов в электродуговых печах [ЭДП].

1.6.Теоретические основы математического моделирования оптимальных условий для плавки чугунов в ЭДП.

Глава 2. МЕТОДИКА СПЕКТРОАНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГлаваЗ. РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ИНТЕНСИВНОСТИ АНАЛИТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

3.1. Оптимизация параметров работы установки на базе экспериментальных диаграмм контроля угара синтезируемых дымов.

3.1.1. Оптимизация параметров ВФР.

3.1.1.1. Устранение эффекта памяти и потерь аналитических сигналов.

3.1.1.2.Определение зависимости величины аналитического сигнала от расхода синтезируемого дыма.

Глава 4. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ. КОНТРОЛЯ

ИНТЕНСИВНОСТИ АНАЛИТИЧЕСКОГО СИГНАЛА.

4.1 .Энергетика дугового разряда плавильных печей.

4.2. Оптимизация параметров работы установки на базе полученных диаграмм угара электродов на плавильной печи.

4.2.1.Сокращение инерционности при прохождении печного дыма через установку.

4.2.2.Устранение "эффекта памяти" дымопровода.

4.2.3. Оптимизация экспрессности контроля.

4.3.Материал исследований.

Глава 5 МЕТОД КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРЕНИЯ ДУГ.

Глава 6 КОНТРОЛЬ РАСХОДА ЭЛЕКТРОДОВ.

6. ¡.Обеспечение количественных измерений расхода электродов.

6.2. Оценка влияния температуры садки на интенсивность аналитического сигнала.

6.3.Оптимизация параметров работы печи с учетом разработанного метода.

Глава 7. СОЗДАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ИЗ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ

КОНТРОЛЯ УГАРА ЭЛЕКТРОДОВ.

В настоящее время трудно найти отрасль науки и техники, где бы не использовался электрический разряд. Широко он применяется и в металлургии.

В технической литературе дается обширный материал по различного рода электродуговым разрядам. При этом дуге непрерывного горения уделено сравнительно мало внимания. В последнее время требование увеличения выплавки чугунов, непосредственно связанное с увеличением емкости печей, выдвигает одну из актуальных задач - повышение производительности печей за счет выявления скрытых резервов и разработки новых систем контроля. Технико-экономический эффект от внедрения выявленных путей совершенствования техники плавки должен быть весьма существенным.

Несмотря на восьмидесятилетнее существование дуговых печей, конструкция их за это время практически не претерпела значительных изменений и в будущем так же вряд ли будет существенно изменена. Исследование свойств электрических характеристик, применяемых в электрических печах, позволяет выявить пути и средства увеличения производительности этих печей без изменения их конструкции и увеличения электрической мощности питающих электродуговой разряд трансформаторов.

В литейном производстве для обеспечения качества технологического процесса широко применяется контроль металлов, шихтовых и футеровочных материалов с использованием различных методов анализа [1]: химического, рентгено - спектрального и эмиссионного спектрального. Наиболее экспрессным, а поэтому распространенным, является эмиссионный спектральный анализ.

Существующие методы контроля отходящих печных дымов ограничены применением дымоанализаторов, позволяющих по оптической 5 плотности дыма оценить состояние расплава[2]. Этот метод позволяет использовать только общее интегральное поглощение светового потока всеми компонентами дыма шихты и не позволяет определить содержание конкретного элемента в дыме. Более эффективным контролем состояния плавки было бы дифференцирование компонентов дымового излучения, учитывая, что угар шихтовых материалов зависит от состояния расплава[3].

Интенсивное развитие современной вычислительной техники открывает качественно новые возможности при контроле состояния плавки. На сегодняшний день многие исследователи занимаются этими вопросами [4-9 ]. Наибольших результатов в разработке и внедрении добилась компания итте1а1 Со ( Франция ). Ею реализован проект автоматизации плавки, включающий в себя регулирование работы электродов, средства измерения, средства обработки информации. Вопросом исследования угара в печах плавки с помощью различных измерительных систем уделяется большое внимание [4-6]. В этих работах сделаны попытки прогнозирования процессов, протекающих при плавке в печи построением эмпирических формул.

Несмотря на интенсивные исследования в этом направлении за последние 20 - 25 лет [9-14] задача непрерывного контроля состояния плавки так и не решена. Особенно актуальна эта проблема при неритмичной работе электродуговых печей в условиях ограничения расхода электроэнергии, шихтовых и футеровочных материалов.

Для ведения процесса плавки на Камском литейном заводе была разработана и внедрена АСУ плавки, которая позволяла в условиях почти непрерывного процесса (имеются ввиду межоперационные простои необходимые для заправки печи) получать высококачественный чугун. Проблема управления процессом плавки была решена с ипользованием управляющей программы АСУТП - " ЧУГУН " созданой на базе ЭВМ " ч Система - 7 оснащенной устройствами связи. Однако, в условиях 6 нестабильной работы печей, имеющей место в настоящее время, используемые профили мощности не дают необходимых технологических параметров. При этом, существующая методика расчета алгоритмов плавки не может обеспечить нормальное использование материалов, в том числе расход электродов и стойкость футеровки.

Анализ литературного материала показывает, во-первых, что современный уровень развития контроля за процессам плавки не позволяет дать адекватный прогноз о вероятности получения качественного металла с наименьшими затратами. В этой связи является актуальной задача развития спектроаналитического метода в области контроля угара электродов с целью снижения их расхода. Во-вторых, для обоснования подхода к решению отмеченной задачи, необходимым является построение математической модели, с целью выявления наиболее значимых факторов при работе печи, при создании экспериментального спектроаналитического прибора по проведению замеров угара в процессе плавки металла.

Обычно завершение плавки реализуется путем обеспечения требуемой температуры и химического состава расплава [15]. При этом температура и химический состав устанавливаются в определенном промежутке времени, но не непрерывно. Периодичность контроля осложняет определение оптимальных значений параметров плавки и время завершения плавки, что приводит к перерасходу электроэнергии и электродов, а также повышенному расходу компонентов шихты. Целью данной работы является контроль угара электродов и оптимизации параметров работы печи при плавке чугунов в электродуговых печах переменного тока, что достигается как теоретическим так и экспериментальным путями.

Перспективным направлением решения отмеченной проблемы является использование метода эмиссионного спектрального анализа. В данной работе этот метод использован для обеспечения возможности 7 установления наиболее оптимального токового режима плавки путем определения химического состава отходящих дымов при ведении постоянного контроля за угаром электродов в зависимости от силы тока на электродах.

Для достижения этой цели в теоретической части работы были поставлены и решены следующие задачи:

Теоретические задачи:

- разработка физической модели определения оптимальных условий плавки чугунов,

- разработка математической модели определения оптимальных условий плавки чугунов,

- определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм угара электродов,

- статистическая оценка адекватности модели для определения оптимальных условий при плавке чугунов на всех ее ступенях,

- создание интерфейса из прикладных программ для контроля угара.

В экспериментальной части работы были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка установки для контроля угара электродов и оптимизация ее параметров,

- разработка метода контроля расхода электродов на основе диаграмм угара, полученных на базе разработанной установки, - исследование адекватности метода оптимизации условий при плавке чугунов,

- реализация непрерывного фотоэлектрического контроля, обеспечение количественных измерений аналитического сигнала.

- выявление эффективности применения спектроаналитического контроля на всех ступенях ведения плавки 8

Исследования проводились на Камском Литейном Заводе в корпусе чугунного литья на 50-ти тонной печи типа ДСП - 50 фирмы " Свинделл Дресслер " при плавке чугунов марок СЧ25 и ВЧ50.

В ходе проведения экспериментальных исследований:

- показано, что разработанная установка контроля угара электродов спектроаналитическим методом позволяет делать адекватный теоретическим данным прогноз вероятного расхода электродов,

- установлено что спектроаналитический метод исследований угара характеризуется ошибкой измерений степени угара электродов 0,8%

- оценена степень угара электродов при отключении электропитания в межоперационных паузах ее работы.

- показано, что при ведении контроля плавки по разработанному методу цикл плавки снижается со 180 мин. до 1 бОмин.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- результаты моделирования оптимальных условий для плавки чугунов в электродуговых печах и разработки технологического процесса плавки чугунов,

- экспериментальные результаты, полученные на сконструированной спекроаналитической установке для контроля состояния плавки по степени угара электродов,

- уточнены оптимальные значения токов в период начального плавления шихты и время перехода со ступени на ступень.

Практическая ценность работы заключается в использовании разработанного метода, на основе инженерной физической модели, для усовершенствования технологического процесса плавки чугунов при неритмичной работе электродуговых печей в условиях ограниченности электроэнергией, шихтовыми и футеровочными материалами.

В 1ш главе дан анализ современных методов управления плавкой чугунов.

Во главе рассмотрены методики необходимые для оценки работы печи

В 3е2 главе рассматриваются проблемы^, решенные при проведении эксперимента в лабораторных условиях.

В 4- главе рассмотрены вопросы, возникшие при проведении исследование в производственных условиях.

В 5— главе рассмотрен метод контроля устойчивости горения дуг.

В 6— приведена методика для контроля расхода электродов.

В главе приведены прикладные программы для персонального компьютера необходимые для контроля степени угара.

Основные результаты работы опубликованы в 10 научных трудах, которые включены в список литературы. Две работы отправлены в журнал " Приборы и техника эксперимента ", подана заявка на получение патента на разработанный метод контроля.

10