автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование и регулирование технологических процессов получения ферросплавов карботермическим способом в рудовосстановительных печах

На правах рукописи

Сивцов Андрей Владиславович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ КАРБОТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ В РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург — 2006

Работа выполнена в Институте металлургии УрО РАН, г. Екатеринбург

Официальные оппоненты:

профессор, доктор технических наук профессор, доктор технических наук профессор, доктор технических наук

Жучков Владимир Иванович Миронов Юрий Михайлович Спирин Николай Александрович

Ведущая организация:

ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат»

Защита диссертации состоится 2.1 апреля 2006 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 004.001.01 при ГУ Институт металлургии Уральского отделения РАН по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, в актовом зале.

*

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке УрО РАН.

Автореферат разослан О марта 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 004.001.01,

доктор технических наук

Дмитриев А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Наметившаяся в последние годы тенденция к повышению производства высококачественной стали и полупроводников, определила возрастающую потребность в производстве ферросплавов и кремния. Ферросплавы массового применения получают карботермическим способом, основанным на восстановлении металлов из их оксидов. Особенности способа заключаются в том, что реакции взаимодействия оксидов с углеродом осуществляются при высоких температурах с поглощением тепла и реализуются в электродуговых печах. Механизм и кинетика этих реакций изучены достаточно хорошо, определены и оптимизированы условия их протекания. Однако при реализации результатов этих исследований на практике возникают определенные трудности, обусловленные особенностями конструкции плавильного агрегата и технологии, не позволяющими достичь высоких технико-экономических показателей производства. Поэтому, интенсификация и повышение экономической эффективности ферросплавных технологий представляется актуальной народно-хозяйственной задачей.

Процессы восстановления металлов в электродуговых печах относятся к разряду энергоемких. Удельный расход электроэнергии при производстве различных сплавов колеблется от 3 до 20 МВтч/т. В условиях высоких, постоянно возрастающих цен на электроэнергию доля затрат на энергетику процесса в структуре себестоимости продукции существенно возрастает. Снижение качества руды и углеродистых восстановителей приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей производства, в том числе и снижению извлечения целевых элементов в сплав. В результате продолжающегося технического перевооружения ферросплавной отрасли единичная мощность печей возрастает, что значительно усложняет процедуру управления. В этих условиях, едва ли не единственным путем, позволяющим существенно повысить показатели производства, является рациональное управление технологическим процессом.

В последнее десятилетие, в связи с прогрессирующим развитием средств автоматизации и вычислительной техники, в ферросплавном производстве широко внедряются локальные АСУ, предназначенные для управления отдельными режимами технологии. Методическая основа таких систем, вследствие недостатка информации о состоянии процесса и оторванности их друг от друга, не может обеспечить важнейших функций - управления по принципу «вход-

состояние-выход» и согласованного воздействия на процесс отдельных подсистем.

Цель настоящего исследования — создание методов оперативного контроля состояния процесса и согласованного регулирования режимов технологии ферросплавов как основы повышения эффективности производства.

В соответствии с поставленной целью в число основных задач входили:

- теоретическое обоснование и разработка метода идентификации нелинейной электрической схемы замещения рабочего пространства печи;

- исследование закономерностей изменения и взаимосвязи параметров основных режимов технологии в циклах плавки;

- теоретическое обоснование методов и выбор критериев и допустимых диапазонов регулирования основных режимов технологии.

Исследования выполнены по планам работ Института металлургии УрО РАН в соответствии с классификацией научных направлений АН РФ, раздел 2.26.2.3 «Теория пирометаллургических и электротермических процессов производства металлов и сплавов», по проблеме «Исследование основ управления процессами получения металлов и сплавов электротермическим методом».

Методы исследования. Применен системный подход к изучению сложного динамического стохастического объекта «электродуговая печь - восстановительный процесс». Для идентификации электрической модели процесса — схемы замещения рабочего пространства - использованы методы теории нелинейных электрических цепей и прикладные методы математического анализа. При разработке методов контроля параметров и регулирования отдельных режимов технологии применяли методы теории случайных процессов, в их числе, корреляционный и регрессионный анализ, а также методы построения динамических стохастических моделей по экспериментальным данным.

Достоверность научных положений диссертации подтверждается математическими выводами, компьютерным моделированием, результатами активных промышленных экспериментов и практической реализацией автоматизированной системы управления процессом выплавки ферросиликохрома.

Научная новизна работы состоит в создании методических основ согласованного регулирования шихтового, электродного и электрического режимов ферросплавных технологий на базе оперативного контроля и анализа параметров состояния процесса. На основании идентификации нелинейной электриче-

ской схемной модели разработан метод определения электрических параметров зон рабочего пространства печи. Показано, что эти параметры тесно связаны с параметрами технологии и отражают текущее состояние процесса.

Исследован характер распределения энергии по зонам рабочего пространства в шлаковых и бесшлаковых процессах. Подтверждено, что он различен для разных типов технологии. Отмечено, что в шлаковых процессах причиной переменного распределения мощности по зонам дуги и расплава в цикле плавки служит процесс накопления шлака. В бесшлаковых процессах основным фактором, определяющим интенсивность процесса восстановления и его кинетические характеристики (скорости схода шихты и лимитирующей стадии реакции восстановления кремния), является мощность дугового разряда.

Разработана структурная схема взаимосвязи технологических параметров. Определены критерии и целевые функции основных режимов технологии. Показано, что оптимальность отдельных режимов зачастую не отвечает основному требованию рационального управления. Для достижения высоких технико-экономических показателей процесса необходимо их согласованное регулирование.

Исследованы динамические характеристики переходных процессов при воздействиях на состав шихты. Полученные эмпирические зависимости позволяют определить степень отклонения состава шихты от стехиометрии, тип и меРУ управляющего воздействия, необходимого для исправления хода процесса.

Практическая ценность работы заключается в получении новой информации о состоянии процесса. Разработана автоматизированная система оперативного контроля состояния процесса. С ее помощью исследованы динамические характеристики и параметры основных режимов бесшлаковых и шлаковых технологий выплавки ферросплавов. Выявлены закономерности изменения этих параметров в циклах плавки и особенности различных типов технологии. Отмечено своеобразие шлаковых процессов, заключающееся в несоответствии в отдельные периоды цикла плавки тепловыделения в отдельных зонах их теплопо-требности. Этим определяется различие подходов к управлению процессами разного типа.

Обоснован принцип согласованного воздействия на входные параметры основных режимов технологии. При этом абсолютный приоритет отдан шихто-4 вому режиму, обеспечивающему минимизацию дисбаланса углерода в шихтовой

зоне ванны печи. Недопустимо регулирование электродного и электрического режимов за счет нарушения стехиометрии восстановительной реакции. Рациональная посадка электродов, соответствующая максимуму энергетического КПД, обеспечивается посредством выбора рабочей ступени напряжения.

Обоснован выбор в качестве критерия регулирования электрического режима активного сопротивления полезной нагрузки. Оценены негативные последствия отбора сигналов напряжения с выходов трансформатора на эффективность регулирования процесса.

Определен подход к адаптации параметров технологических режимов к конкретным технологиям, агрегатам и изменяющимся условиям их эксплуатации. Разработана методика статистической оптимизации процесса, позволяющая определить рациональные значения критериев регулирования и диапазоны их изменения.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на 16-ти всесоюзных, республиканских и региональных конференциях, научно-технических совещаниях и симпозиумах по электротермии и электротермическому оборудованию, металлургии марганца, производству кремния и кремнистых ферросплавов (Тбилиси, 1986; Никополь, 1987, 1996; Иркутск, 1987,1999; Магнитогорск, 1996; Днепропетровск, 1989, 1999; Новокузнецк, 1997; Санкт-Петербург, 1994, 1996, 1998, 2000, 2004, 2005; Каменск-Уральский, 2001).

Опубликованы 43 печатные работы, из них 18 тезисов докладов. Получены 2 авторских свидетельства и 1 патент на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 200 наименований. Основной текст занимает 264 стр., включает 37 рисунков и 14 таблиц.

На защиту выносятся:

- методы оперативного контроля состояния процесса на основе параметрической идентификации нелинейной электрической схемной модели рабочего пространства печи;

- результаты исследования электрических характеристик зон рабочего пространства, их взаимосвязь с параметрами технологии, закономерности и особенности изменения в циклах плавки;

- структурная схема взаимосвязи технологических параметров как основа согласованного регулирования режимов технологии;

- методы контроля и регулирования основных режимов технологии: шихтового, электродного и электрического;

- методы статистической оптимизации параметров технологических режимов и их адаптации к конкретным агрегатам, типам технологии и к переменным условиям их реализации;

- результаты промышленного использования новых технических решений в области рационального регулирования режимов технологии.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе приведен обзор основных методов и результатов исследований параметров и режимов ферросплавных технологий. Сложный характер взаимосвязи энергетических и технологических параметров процесса, а также взаимное влияние параметров отдельных режимов технологии определили многоплановость и методическое многообразие исследований электродуговых печей как объекта управления. В числе основных направлений можно выделить следующие:

-.исследования кинетики и механизма реакций карботермического восстановления металлов (кремния, хрома, марганца и железа);

- изучение строения рабочего пространства печи;

- исследования физико-химических, теплофизических и электрических свойств составляющих рабочего пространства: материалов шихты и электродов, расплава (металла и шлака) и электрической дуги;

- экспериментальные исследования и математическое моделирование электрических и температурных полей ванны печи;

- изучение характера распределения энергии по зонам рабочего пространства и разработка методов и алгоритмов оптимизации процесса;

- разработка и создание автоматизированных систем управления технологией.

Своеобразие процесса восстановления металлов карботермическим способом в электродуговых печах заключается в том, что превращение подводимой электроэнергии в тепло происходит непосредственно в самом рабочем теле, т.е. на активных сопротивлениях отдельных зон рабочего пространства печи: в шихте, в расплаве и в дуговом разряде. В свою очередь, сопротивления этих зон зависят от множества факторов, обусловленных электрическими, теп-

лофизическими и физико-химическими процессами в ванне печи и свойствами, составляющих их материалов.

Первые работы по изучению взаимосвязи параметров энергетики и технологии были выполнены одним из основателей отечественной электротермии М.С.Максименко. В дальнейшем это направление исследований получило развитие в работах Б.М.Струнского, Я.С.Щедровицкого, С.И.Хитрика, С.И.Тельного. Особо выделена роль А.С.Микулинского как основателя комплексного подхода к исследованиям и управлению процессами рудной электротермии, который еще в конце 40-х годов рядом научных работ наметил основные направления исследований и предложил общепринятую ныне классификацию этих процессов по количеству выпускаемого шлака.

Исследования механизма и кинетики реакций карботермического восстановления металлов (кремния, алюминия, хрома и т.д.) наиболее полно получили развитие в работах Г.Н. Кожевникова. Им показано, что пары низших окислов кремния и алюминия способствуют протеканию восстановительной реакции и при определенных условиях существенно ускоряют участие углерода в химических взаимодействиях и играют роль переносчика восстановителя. Исследованиям свойств шихты и ее составляющих и созданию комплексных сплавов с новыми свойствами посвящены работы В.И. Жучкова. Методические аспекты и результаты комплексного исследования параметров технологии и энергетики процессов и их взаимосвязи представлены в работах В.П. Воробьева.

Значительные результаты в исследовании рабочего пространства действующих печей были получены И.Т. Жердевым и его сотрудниками методом зондирования. На основании анализа экспериментальных данных был сформулирован принцип зональности строения рабочего пространства и выбраны в качестве упрощенной электрической модели схемы его замещения (рис.1). Для расчета по этой модели электрических параметров процесса необ-

Рис. 1. Схемы замещения рабочего пространства печи для бесшлакового (а) и шлакового (б) процессов. Обозначения: Яш и Яр — сопротивления шихты и расплава, Хь — индуктивное сопротивление, Д- дуга.

ходимы данные об электрических свойствах материалов, составляющих эти зоны: углеродистых восстановителей, их смесей с рудой и шлаков.

Значительные успехи в области математического моделирования электротермических процессов в представлении печи как объекта с распределенными параметрами достигнуты Ю.М. Мироновым и В.А. Тарасовым. Такой подход позволяет глубже понять процесс и проследить основные тенденции изменения его состояния. Однако совместное решение электромагнитной и те-плофизической задач чрезвычайно сложно, поэтому и применение таких моде- -лей для оперативного управления проблематично. Вероятно, разрабатываемый авторами в настоящее время метод комплексного математического моделирования, основанный на одновременном рассмотрении процессов в ванне печи и в электрической цепи, найдет более широкое применение в быстродействующих системах контроля и управления.

Критический анализ достижений в области исследования рабочего про- ', странства ферросплавных печей, протекающих в них процессов, взаимосвязи технологических факторов и разработки методов и средств управления процессом позволяет сделать вывод: для эффективного оперативного управления технологиями объема информации о состоянии процесса не достаточно. Поэтому, существующие в настоящее время системы управления, наряду с позитивными качествами, обладают некоторой субъективной составляющей, обусловленной неполной формализацией процедуры управления.

Вторая глава посвящена разработке метода определения электрических : параметров зон рабочего пространства и исследованию характера распределения энергии по этим зонам. Особой, в электрическом аспекте, зоной является

Рис.2. Динамическая ВАХ полезной нагрузки

I, Ф)

дуговой разряд, представляющий собой единственный нелинейный элемент схемы замещения. Отметим основные положения, теоретически и экспериментально доказанные ведущими специалистами в области электротермии (Н.А. Марковым, И.Т. Жердевым, С.И. Тельным, Я.Б. Данцисом и др.): - падение напряжения на дуге в течение ее горения постоянно (uд=const);

- ток дуги имеет паузы.

То есть, динамическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) дуги имеет релейную форму, а динамическая ВАХ цепи полезной нагрузки (рис.2) состоит из двух прямолинейных участков, углы наклона которых связаны с параметрами электрической схемы замещения (рис.1) следующими соотношениями:

tga - Яя : tgp = Яж Яр /(Лш + Яр ) (бесшлаковый процесс), (1)

tga = Яр+Кш: tgP = Кр, (шлаковый процесс). (2)

где , Яр — сопротивления шихты и расплава, ит ¡т - амплитудные значения напряжения и тока.

Уравнение баланса напряжений участка «электрод-подина» фазы У имеет

вид:

(о = /г, (/)/, (/) + ^ + ^ + мм_ ^, (3)

где Лу и ^ — активное сопротивление и собственная индуктивность З-ой фазы, Мм+, Мд. — коэффициенты взаимной индукции у-ой фазы с опережающей (/+) и отстающей (/-) фазами.

Для исключения электромагнитного влияния соседних фаз на электрические характеристики зон идентифицируемой фазы необходимо определить коэффициенты взаимной индукции. Эта задача относится к типу обратных задач и

< * «г

не имеет решения для линейных электрических цепей, вследствие незамкнутости системы уравнений, описывающей процессы переноса мощности в 3-х фазной системе. При анализе параметров нелинейных цепей имеется возможность увеличить число уравнений за счет отдельных гармонических составляющих сигналов тока и напряжения (А.А. Фомичев, А.В. Лукашенков). Не подвергая сомнению математические основы такого подхода, следует отметить, что операции с третьей и пятой гармониками, ввиду их малой амплитуды и существования электрического шума, обладают невысокой точностью. Погрешность существенно возрастает при использовании данной методики для контроля параметров шлакового процесса, особенно в заключительной стадии цикла, когда доля дуговой составляющей мощности не превышает 3-5%.

В настоящей работе предложен иной подход к определению коэффициентов взаимной индукции, основанный на анализе уравнений (3) в особых точках, а именно, в моменты перехода сигнала тока (/Дгу) = 0) и его производной через

ноль (^(¿?у)=0). Здесь штрих означает операцию дифференцирования.

Тогда можно составить систему из шести уравнений для определения коэффициентов само- и взаимоиндукции и минимальных значений активного сопротивления Rj(0)'.

"М) = vl^K. + , (5)

Еще три уравнения получим из уравнений для производной сигнала напряжения. При этом учтем, что максимуму тока должен соответствовать максимум сигнала активной составляющей напряжения, свободного от наведенной состав-' ляющей:

(6)

Отсюда следует и условие минимума активной составляющей сопротивления полезной нагрузки в момент, соответствующий максимуму тока,

R'j{OJ)= 0. (7)

Тогда

«w)=efe К+w +w • с»)

Определив из системы (5, 6, 8) коэффициенты само- и взаимной индукции, и исключив из уравнения (3) члены, соответствующие наведенным э.д.с., находим выражение для динамической В АХ полезной нагрузки:

uR/t) = uj-L/j{tX(Oj)-M^-i^(ej)M^=i!R){t) . (9)

Тогда значения производных duHj jdL в моменты г и 0 соответственно равны

значениям Rm, RulRp/(Rul +Rp) - для бесшлаковых процессов и RM+Rn, Rp -

для шлаковых. Падение напряжения на дуге находится как точка пересечения линейных участков динамической ВАХ. Рассчитав токи дуговой и шихтовой проводимости (индекс J далее для упрощения записи опускаем) для бесшлакового процесса

K, = i~L = (Ю)

Кш

и падения напряжения на дуге и расплаве для шлакового процесса:

"„ = К = "я L = О0

нетрудно рассчитать мощности, выделяющиеся в отдельных зонах рабочего пространства.

Для бесшлакового процесса:

iuHimdt, Pp = i f i]Rpdt ,Ро=Рф-Рш-Рр.

(12)

Для шлакового процесса:

f чЛ" u„idt ,ро = рф-рш-рр.

(13)

где T— период колебаний переменного тока.

Следует отметить, что в настоящее время существует единственный аналог нашего метода. Подход A.B. Лукашенкова, согласно которому уравнение баланса напряжений представляется как сумма его статической (uR) и динамической (ui) частей с переменными коэффициентами (функциями) в виде полиномов Чебышёва, математически верен. Но, вследствие допущения о том, что вся линейная индуктивность идентифицируемого контура сосредоточена в открытом участке электрода, принимает не совсем верную физическую и графическую интерпретацию. Небольшая волна, отмеченная на втором участке динамической ВАХ дуги, является более следствием принятого допущения, нежели нелинейной индуктивности дугового разряда. Более того, данный эффект нигде далее не используется, и расчет параметров схемы замещения проводится в особых точках перехода характеристик тока и его производной через 0. Поэтому, как подтверждают и сами авторы, результаты идентификации схемной модели по обоим методам существенно не отличаются.

Данный метод был положен в основу автоматизированной системы контроля электрических параметров. Система включала в себя датчики электрических сигналов, а также датчики перемещения и перепуска электродов. С ее помощью была исследована динамика электрических параметров зон рабочего пространства в процессе выплавки ферросплавов бесшлаковым и шлаковым способами, выявлены особенности реализации и основные отличия технологий разного типа.

Отмечено, что в бесшлаковых процессах основным фактором, обеспечивающим высокие кинетические характеристики (скорости лимитирующей стадии и схода шихты) служит мощность дугового разряда. Ее доля в общей мощности фазы должна быть тем выше, чем больше целевое содержание кремния в сплаве. Основной причиной ограничения мощности дуги является рост сопротивления расплава, зависящий от величины дисбаланса восстановителя в печи. Характер распределения энергии по зонам в бесшлаковых процессах следую-

щий: в шихте выделяется от 60 (выплавка кремния) до 82% (ферросилиций ФС-45) энергии, в дуге от 10 до 40%, в расплаве 6-10.

Своеобразие шлаковых процессов заключается в том, что образующееся большое количество шлака приводит на последней стадии цикла плавки к резкому несоответствию количества тепла, выделяющегося в зонах шихты и расплава, теплопотребности этих зон. Как регулярно наблюдаемый эффект отмечено, что в последней трети двухчасового цикла после роста сопротивления расплава происходит кратковременное, в течение 5-10 минут, его снижение и последующий рост. Причиной является объединение тиглей, локализованных ранее вокруг каждого из электродов, в единую шлаковую ванну. Завершение этого процесса служит сигналом к подготовке расплава к выпуску.

Электрические параметры зон рабочего пространства зависят от параметров технологии и существенным образом расширяют объем информации о состоянии процесса. Оперативный контроль и анализ этих параметров позволяет перейти к управлению процессом по принципу «вход-состояние-выход».

В третьей главе ферросплавная технология рассмотрена как сложная динамическая стохастическая система. Ее стохастические свойства обусловлены одновременным протеканием взаимосвязанных и разноинерционных химических, теплофизических и электрических процессов. Самые длительные процессы — химического преобразования, тепло- и массопереноса — придают системе динамические свойства, т.е. ее текущее состояние зависит не только от предыдущего, но и от предыстории процесса. Каждому процессу соответствуют технологические режимы со свойственными им целями, задачами и средствами реализации.

Основными, оказывающими наибольшее влияние на технико-экономические показатели (ТЭП) процесса, входными параметрами ферросплавных технологий являются величина вводимой в печь электрической мощности {Рф)у глубина погружения электродов (#„) и коэффициент избытка (недостатка) углерода (ки) в шихте, равный отношению фактического содержания твердого углерода к необходимому по условию стехиометрии целевой реакции. Существуют и три основных типа управляющих воздействий на эти параметры: переключение ступеней напряжения печного трансформатора (£/я— напряжение холостого хода п-ой ступени), перепуск и перемещение электродов

еолмуща ющив воздействия влажность зольность

Хим. состав

кес м>. вобаоки А С

руда восстановитель

Шихтовый режим

Рш

а

Электрическии режим

бС(г-т;

Пт

ЕН

тэп

С

Электр* режим т^мыи

Перепуск

Я<л«еогиГ

регулирование состава шихты (ДС). В соответствии с ними определены и три основных технологических режима: электрический, электродный и шихтовый.

Активная составляющая сопротивления фазы, относящаяся к рабочему пространству печи, называется сопротивлением полезной нагрузки и является важнейшим технологическим параметром. На него оказывают влияние все, без исключения, управляющие и случайные воздействия на ход процесса. Формирование сопротивления нагрузки служит отражением причинно-следственных связей процессов и параметров технологических режимов (рис.3).

Существенное влияние на него оказывают процессы в зонах шихты и расплава, определяющие величины соответствующих сопротивлений. В бесшлаковых процессах, согласно электрической схеме замещения рабочего пространства, сопротивление полезной нагрузки — /?„(/?„+ )/(/?и +Я„ + Л,,). Удельное сопротивление шихты определяется

удельным сопротивлением ее углеродистой части и зависит от фракционного состава, содержания восстановителя и температуры. В.П. Воробьевым предложены эмпирические формулы:

йвпюмлтичвснии ревулятор перемещения электрода

? ■, . •

Рис.3. Анализ взаимосвязи параметров основных режимов технологии

Рм Р \

V.

ч

У /

т V

1000

)

-0.41,

(14)

(15)

где Ур , Уу — исходные объемы рудной и углеродистой частей шихты, Т — температура, К ; <1У — приведенный диаметр кусков восстановителя, см.

Обеспечение оптимального фракционного состава является одной из основных задач подготовки шихты, решаемой на стадии разработки технологии. Поэтому, на изменение сопротивления шихтовой зоны главное влияние оказывает содержание восстановителя. Основной входной параметр шихтового режима — коэффициент избытка углерода (£„), рассчитывается с учетом выгорания восстановителя на колошнике и превышает коэффициент избытка углерода в печи (кит) на 4-5%. Кроме того, источниками отклонений кит от ки являются ошибки взвешивания и вынос мелкой фракции восстановителя с отходящими газами. Однако главной причиной служат неконтролируемые колебания влажности и зольности восстановителя. Поскольку оперативный контроль влажности шихты до настоящего времени не внедрен ни на одном (за исключением Никопольского) ферросплавном заводе, информация о поданном в печь количестве твердого углерода поступает к плавильщику с большим опозданием, не ранее, чем через сутки.

Результатом являются колебания сопротивления шихты, вызывающие изменения сопротивления полезной нагрузки. Последний параметр служит критерием работы автоматического регулятора перемещения электродов, который компенсирует отклонения общего сопротивления от заданного значения за счет изменения длины и сопротивления дуги. Таким образом, нарушение шихтового режима приводит к изменению посадки электрода, а, следовательно, и положения реакционной зоны. Происходящее при относительно постоянном значении вводимой в печь активной мощности перераспределение энергии по зонам рабочего пространства является основной причиной колебаний параметров выхода процесса — его технико-экономических показателей — производительности (С?) и удельного расхода электроэнергии (УРЭ, м>).

Поскольку ферросплавные печи являются высокотемпературными химическими реакторами, главная задача регулирования процесса — поддержание соотношения масс руды и восстановителя на уровне, соответствующем стехиометрии целевой реакции. Средство ее реализации - своевременная коррекция отклонений состава шихты в ванне печи от стехиометрии. Управляющими воздействиями служат изменение состава шихты на дозировочном узле и корректирующие добавки восстановителя или руды на колошник.

Основная функция электродного режима — стабилизация положения реакционной зоны (тигля) в рабочем пространстве на уровне, соответствующем ми-

нимуму тепловых и электрических потерь, а регулируемый параметр - глубина погружения (посадка) электрода (#м), изменяемая за счет его перемещения. Другой важный параметр этого режима, длина расходуемого самоспекающегося электрода, регулируется путем его перепуска (АН3).

Задачи электрического режима заключаются в стабилизации вводимой в печь активной мощности и ее распределении равномерно по фазам (Рф,) и рационально по зонам шихты, расплава и дуги (<?ш,<7,,,<?„). Регулирование мощности и ее распределения производят путем переключения ступеней напряжения печного трансформатора (1/„) и изменения посадки электродов.

Эффективность процесса зависит от того, в какой мере согласованы основные технологические режимы. В табл.1 приведены факторы и критерии их регулирования. Для бесшлаковых технологий главными факторами, определяющими высокую интенсивность и эффективность восстановительного процесса, являются полнота протекания суммарной реакции восстановления кремния -5/Ог+2С=&'+2СО, и обеспечение оптимальных кинетических характеристик лимитирующей стадии процесса - 570+570=257+СО. Средствами достижения этих условий служат минимизация дисбаланса восстановителя в шихтовой зоне печи (<5С) и поддержание максимальной температуры в зоне протекания лимитирующей стадии реакции восстановления кремния:

ёС = ки„-\-+0, (16)

ДГ — Т — Тр—> шах , (17)

где Тр — равновесная температура лимитирующей стадии.

Таблица 1

Критерии регулирования основных режимов бесшлаковой технологии

Режимы Цели и факторы Критерии ре-

технологии гулирования

Шихтовый Полнота реакции <5С -»0

Электродный Положение реакционной зоны Qnom min Нм шах КФ Rmm Р->Р тах

Электрический Кинетика процесса ДГ —> шах qa -»тах Rp —> min

Реакции образования кремния и его карбида идут с участием монооксида кремния. Недостаток углерода приводит к преимущественному развитию реак-

«17

и удалению избыточного монооксида кремния из рабочего объема печи с отходящими газами. При малом недостатке углерода избыточный SiOi вступает на подине в реакцию с уже восстановленным кремнием: Si02+Si-2Si0. Образующийся монооксид уносит из печи как кремний, так и энергию, затраченную на его восстановление. Большой недостаток углерода вызывает дефицит S7C на основной стадии реакции, осаждение избытка плавленого SiC>2 на подине и образование оксидной настыли. Происходящий при этом рост сопротивления расплава ограничивает ток и мощность дуги.

Избыток углерода инициирует образование избытка карбида кремния, который, накапливаясь в подовой зоне, вызывает увеличение сопротивления расплава и соответствующее снижение тока и мощности дугового разряда. Таким образом, дисбаланс углерода в шихте оказывает влияние на температурный фактор. При этом небольшой недостаток углерода, не вызывая увеличения сопротивления расплава (7?р), за счет увеличения сопротивления шихты (Яш) и соответствующего повышения доли дуговой энергии (qd) приводит как к интенсификации лимитирующей стадии процесса, так и к увеличению потерь энергии и материалов.

Избыток углерода не связан с материальными потерями, поскольку избыточный карбид кремния не покидает рабочего объема и впоследствии, в периоды работы печи с недостатком углерода, вступает в реакцию с избыточным кремнеземом. Но ввиду того, что температура в реакционной зоне снижается, уменьшается и скорость восстановительного процесса. Большие и длительные отклонения состава шихты от стехиометрии в конечном счете не остаются незамеченными, но происходит это, когда печь входит в режимы близкие к аварийным. Отсюда следует, что оперативный контроль шихтового режима в реализации эффективного управления процессом играет решающую роль.

Еще одним фактором, оказывающим влияние на эффективность процесса, является положение реакционной зоны. Рациональной будет такая посадка электрода, при которой сводятся к минимуму суммарные электрические и тепловые потери энергии. В системе управления, разработанной украинскими специалистами (С.Л. Степанянц, В.В. Годына), в качестве одного из критериев предлагается использовать максимум энергетического КПД — произведения электрического, теплового КПД и коэффициента мощности.

г! = П3Пт cos (р -» шах , (18)

tj =———, Tjm = PAt~Qnom, cos<p= . (19)

Гп+Яф Pbt Y tJP2 + Q + N

где rKC - активное сопротивление короткой сети; P,Q,N— активная и реактивная мощности, мощность нелинейных потерь; Q„om - тепловые потери; At - временной интервал оценки тепловых потерь.

Но тепловой КПД можно оценить только на определенном временном интервале. Причем, чем он короче, тем больше погрешность такой оценки. Более того, тепловой КПД печи т]т не учитывает потери тепла, затраченного на генерацию избыточного монооксида кремния при недостатке углерода и на производство карбида кремния при его избытке. Таким образом, условие Tj-7j}rjm—> тах на некотором интервале цикла плавки может обеспечить лишь минимум суммарных электрических потерь и потерь энергии, связанных с тепловыми потоками с колошника, подины и боковой поверхности ванны, как в условиях недостатка, так и при избытке углерода.

Глубина погружения электродов, мощность дуги, дисбаланс восстановителя в шихте являются критериями регулирования технологических режимов и оказывают совместное влияние на ТЭП процесса: производительность, УРЭ и степень извлечения целевого элемента. Параметром в полной мере учитывающим материальные и энергетические потери является удельный расход электроэнергии — и\ Тогда, целевую функцию согласованного регулирования режимов можно представить в виде зависимости УРЭ от критериев регулирования, а задачу оптимизации в виде:

Z = w(ÖCtqd(Un\H3n) -> min, (20)

где qa— дуговая составляющая мощности; {/„— напряжение холостого хода «-ой ступени трансформатора, //,„- расстояние от конца электрода до подины.

Минимальный временной интервал оценки УРЭ, вследствие периодичности выпуска сплава, определен длительностью цикла плавки. Для оперативного регулирования необходим критерий, оцениваемый с более высокой частотой. Параметром, определяющим интенсивность процесса, является вводимая в печь активная мощность. Однако, с точки зрения эффективности, максимуму мощности не всегда соответствуют наилучшие показатели процесса.

" совср используется как обозначение коэффициента мощности, но не функции от угла сдвига фаз.

Причиной служат конфликты в реализации отдельных технологических режимов. Основной из этих конфликтов связан с нарушениями шихтового режима, обусловленными относительно малым (2-3%) недостатком углерода.

На рис.4 приведены зависимости производительности и удельного расхода электроэнергии от суммарной активной мощности печи. Они получены в результате наблюдений за ходом про- > цесса выплавки ферросилиция ФС-65 в течение двух месяцев. Нетрудно отметить их экстремальный характер. Снижение показателей при росте мощности печи вызваны нарушениями хода процесса, обусловленными колебаниями коэффициента избытка углерода. Правая, восходящая ветвь характеристики м> = и'(р) — следствие малого недостатка восстановителя. В этом режиме повышенное значение /?ии пониженное /^обеспечивают

глубокую посадку электрода и высокие значения мощности дугового разряда. Как следствие, снижаются тепловые потери, и увеличивается температура в реакционной зоне. Стабилизируется и электрический режим в целом — дисперсия . колебаний активной мощности снижается. Однако потери БЮ с газовой фазой вызывают увеличение УРЭ, снижение степени извлечения кремния и производительности. Левая ветвь, напротив, соответствует режимам с избытком углерода и нестабильной электрической нагрузке.

Стабилизация шихтового режима (минимизация дисперсии дисбаланса восстановителя) позволяет ограничить основную степень свободы задачи опти- ■ мизации (20) и перевести ее в трехмерное фазовое пространство состояний, произведя при этом замену целевой функции:

г = Р(дл{ив),Нм)-*тЯк. (21)

3.7

а з.5

"р

£ 3.3

О

£ л

5 3.1 | 2.9

О.

с 2.7

2.5

■ ■

У'л а

! У А \ 4

П'\ /а д/

1 !

7.8

7.6 |

I)

№

7.4 |

Ы § !

4 7.2 X;

7 £ |

6.8 5

>ч

6.6

22.00 22.50 23.00 23.50 24.00 24.50 25.00 Активная мощность, МВт

Рис. 4. Зависимость производительности и удельного расхода электроэнергии от мощности печи

Условие (19), по сути, является формализацией задачи автоматического регулирования перемещения электрода. Минимум суммарных электрических и тепловых потерь должен быть реализован за счет подбора рабочей ступени напряжения для максимально допустимой глубины погружения электрода. Такой посадке электрода соответствует минимально допустимое значение активного сопротивления полезной нагрузки Ят1„, определяемое из условия согласования сопротивлений источника и приемника электроэнергии. При этом к сопротивлению источника следует отнести и полное сопротивление короткой сети:

где X— индуктивное сопротивление короткой сети и нагрузки, гг — активное сопротивление короткой сети. Более глубокой посадке электрода (/?<Лт|П) соответствует неэффективный электрический режим, при котором повышение силы тока связано с потерей активной мощности.

Другим ограничением служит условие максимально допустимой силы тока в электроде:

где — минимальное из максимально допустимых значений по условиям экс-

зочной характеристики. Ограничением по минимуму тока может служить условие обеспечения нормального режима спекания электрода.

Таким образом, согласованное и оперативное регулирование технологических режимов обеспечивается за счет поддержания на заданном уровне активной мощности печи при ее равномерном по фазам и рациональном по зонам распределении, но при неукоснительном соблюдении условия минимума дисбаланса углерода в шихте.

В четвертой главе приведены результаты математического описания взаимосвязи технологических и электрических параметров процесса. Цель исследований состояла в разработке методов оперативного контроля основных параметров процесса: коэффициента избытка углерода, скорости схода шихты, линейного расхода электрода. Обратившись еще раз к рис.3, нетрудно заметить, что все управляющие воздействия на входные параметры прямо или косвенно влияют на составляющие сопротивления полезной нагрузки - Ящ, Яр, Я* Поэтому, из набора электрических параметров зон в качестве критериев оценки были

(22)

IОоп

(23)

плуатации трансформатора, плотности тока в электроде или экстремума нагру'

выбраны параметры, изменение которых с большей достоверностью отражает изменение контролируемых характеристик.

Важнейшим из параметров состояния процесса является' степень дисбаланса углерода в шихте. На практике его оценивают по изменению активного сопротивления фазы и тенденции перемещения электрода. Кроме того, что такой подход не предполагает какого-либо количественного описания связи этих характеристик, он не учитывает влияния изменения сопротивлений других зон. Корреляционный анализ среднесменных значений Яф и ки при объеме выборки данных, полученных при выплавке ферросилиция ФС-65, 180 смен (2 месяца) показал, что максимум взаимно корреляционной функции, отмеченный при нулевом значении временного лага равен 0.25. То есть, связь существует, но чрезвычайно слабая.

Логичнее в качестве критерия выбрать параметр, непосредственно зависящий от свойств шихты, например, RM или Поскольку Еш, как и сопротивление фазы, подвержено влиянию перекоса нагрузки, вызываемого асимметрией электрического режима, целесообразно для оценки дисбаланса углерода использовать долю мощности, выделяющейся в шихте:

(24)

где а — проводимости шихты и фазы. В этом случае, максимум взаимно корреляционной функции qM и SC принимает значение 0.82, т.е. связь существенно теснее аналогичной с сопротивлением фазы.

Зависимость шихтовой составляющей мощности от степени дисбаланса углерода можно представить в экспоненциальном виде:

qm=q<> exp pSC . (25)

Здесь q0 — доля мощности, выделяющейся в шихте, при сбалансированном составе шихты, а константа /? зависит от степени выгорания восстановителя на колошнике. Из (25) следует:

<SC = -^ln—. (26)

Р q0

Или, в первом приближении, с учетом ln(1 + х)« х:

дС = — Чш . (27)

Р <7о

Значение qQ находим из того положения, что на достаточно длинном временном интервале работы печи с удовлетворительными показателями среднее значение дисбаланса углерода не может значимо отличаться от нуля.

1 ы

4о = }}тТ; ЦЯш,- (28)

л'-*00 N ы\

Множитель Р можно оценить из анализа реализаций, соответствующих малым (на уровне 1-2%) отклонениям кит от 1, полагая, что в течение этих периодов как степень выгорания восстановителя на колошнике, так и степень накопления избытка или недостатка углерода в печи не претерпевают значительных изменений.

Еще одним важным показателем эффективности процесса является скорость схода шихтовых материалов. Сход шихты в дуговых восстановительных электропечах связан со значительным уменьшением объема материалов в нижних горизонтах ванны, обусловленным превращением твердой шихты в жидкое или газообразное состояние. В общем случае интенсивность схода шихты зависит от эффективного сечения активной зоны и скорости протекания целевых химических реакций. Для практических целей наибольший интерес представляет не столько величина линейного перемещения некоторого элементарного объема шихты в единицу времени, сколько средний массовый расход шихты. В качестве параметра, отражающего интенсивность схода шихты, выбран расход кварцита, поскольку содержание железорудных окатышей и стальной стружки связано с его содержанием постоянными коэффициентами. Кинетические характеристики бесшлакового процесса зависят от степени развития дугового разряда. Поэтому, в качестве критерия и основного аргумента уравнения регрессии выбрана мощность дуги. Связь расхода кварцита с мощностью печи представим в виде:

Ма

™<== = ' (29) си ***

где ц — коэффициент пропорциональности, имеющий размерность т/МВт -ч, Мд- сменная загрузка, Тсм - длительность смены.

Коэффициент ц зависит от площади эффективного сечения активной зоны — основного фактора, определяющего скорость схода шихты. В свою очередь, на состояние активной зоны наибольшее влияние оказывает интенсивность дугового разряда. Поэтому будем искать связь этого коэффициента с дуговой состав-

ляющей мощности. В общем случае эта зависимость нелинейная и может быть представлена экспоненциальной функцией:

/х = ^0ехр/3^а, (30)

где /Ло — среднее за рассматриваемый период значение коэффициента расхода, соответствующее среднему значению доли дуговой мощности, Лдд — отклонение от среднего значения доли дуговой составляющей мощности.

Линеаризация зависимости (30), 1п ¡л - 1п ¡лй + позволяет построить ее

взаимно корреляционную функцию - (рис.5). Примечательно, что временной лаг Лт принимает значения 3-4 смены. Это свидетельствует не только о высокой инерционности процесса формирования подэлектродных тиглей и всей активной зоны, но и о том, что можно легко нарушить установившийся стабильный ход процесса, для возвращения же к исходному состоянию потребуется не менее суток.

Для расчета сменного коэффициента расхода кварцита ¿1, =//0ехр(/?Л<7,) необходимо учитывать временной лаг:

(31)

Ат

В установившемся режиме работы печи, когда отклонения дуговой мощности от среднего значения не превышают 10%, используя первое приближение разложения экспоненциальной функции в ряд, модель можно свести к уравнению линейной регрессии массового расхода кварцита и мощности дугового разряда:

^ = + = + (32)

Задача определения линейного расхода электродов служит основой алгоритма оперативного контроля их длины и глубины погружения в шихту, т.е. положения реакционной зоны в рабочем пространстве печи. В настоящее время не существует надежного способа прямого определения этого параметра, поэтому на практике применяют расчетные методы, основанные на корреляции

кварцита и мощности дуг

расходных показателей. В качестве аргумента применяют расход электроэнергии в зоне действия отдельных электродов.

Процесс линейного расхода электрода можно представить как сумму процессов, обусловленных испарением углерода с его торцевой поверхности, вызываемое током дуги, химическим взаимодействием с жидкими и газообразными кислородсодержащими реагентами среды, окружающей электрод, и осыпания углерода электрода, за счет возникающих в нем термических напряжений. Расход углерода электрода, обусловленный его химическим взаимодействием с расплавленным диоксидом кремния, зависит в основном от скорости схода шихты и соотношения масс рудной и углеродистой частей шихты у = т$\ог1™с- При этом зависимость скорости расхода электрода от скорости схода шихты можно считать линейной, а зависимость от параметра у описывается восходящей экспоненциальной функцией, которую в пределах применяемого на практике диапазона изменения ки= 0,9-1,1 также можно принять линейной.

Все вышеперечисленные факторы либо напрямую зависят от мощности дугового разряда (скорость схода шихты, интенсивность образования БЮ), либо сами влияют на нее (у). Тогда, скорость расхода электрода 1У3 можно определить как линейную функцию мощности дугового разряда Рд:

IV, = аШ1 = кРд , (33)

а величину линейного расхода электрода к определенному моменту времени т рассчитать по формуле:

Нт)=]кРлА = кЕл(т) , (34)

о

где И — линейный расход электрода, мм; Ед — дуговой расход энергии, МВт-ч.

В шлаковых процессах дуговая составляющая мощности по циклу плавки изменяется в широких пределах (16-18% в начале цикла, до 0 в конце). Поэтому в качестве аргумента расхода шихты и электродов выбрана мощность фазы. Для описания этих процессов применен аппарат теории разностных динамических стохастических уравнений. Выходной процесс (расход шихты или электрода) может быть представлен в виде суммы моделей авторегрессии (АИ.) и скользящего среднего (МА).

у(0 = X - О + X - 0 + у (О. (35)

/=1 <=0

где u(t), y(t)— соответственно случайные входной (энергия) и выходной (масса шихты или расход электрода) процессы, ah Д - параметры соответствующих AR и MA моделей, v(t) - некоррелированный гауссовский шум. Коэффициенты моделей и количество их членов (и, m) определяются по авто- и взаимно корреляционным функциям.

Ферросплавная печь является высоко инерционным, высокотемпературным химическим реактором. Время пребывания шихтовых материалов и продуктов производства в ванне печи составляет в зависимости от ее рабочего объема и мощности печи от 6 до 8 часов. Управляющие и случайные воздействия на параметры входа вызывают переходные процессы. Самые длительные из них — процессы, обусловленные воздействиями на состав шихты. Для определения меры и времени применения этих воздействий требуется математическое описание динамических характеристик переходных процессов.

Поскольку каждая, даже серийно произведенная печь, обладает своими особенностями, настройку параметров регулирования шихтового режима необходимо проводить для каждой конкретной электропечной установки. Исследования параметров переходных характеристик служат методической основой этой настройки.

С этой целью на печи, выплавлявшей силико-хром ФСХ-48 (установленная мощность 40 МВА), был проведен активный эксперимент, заключавшийся в изменении навес-

0 12 3 5 8 7 8

Рис. 6. Динамические характеристики переходного процесса КИ УглеР°Да на Дозировоч-

npu изменении навески кокса а колоше НОМ узле И разовых ПОДа-

чах рудной (кварцит) и углеродистой (кокс) компонент непосредственно на колошник. На рис. 6 представлены характеристики изменения проводимости шихты сгш и ее производной по времени о-'ш при увеличении навески кокса в колоше на 10 кг, примерно на 5% от предыдущего значения. Сплошными линиями отображены их аппроксимации уравнениями:

Лсгш = а012 ехр(-Ы2); сг'ш = 2сг0Гехр(-6/2)(1 — Ы2) . Здесь Асгш = ст

(37)

сг0- разность установившегося в результате переходного процесса и начального значений проводимости шихты.

Ход приведенных кривых подчеркивает особенности процессов движения и преобразования материалов в зоне шихты. Точке перегиба характеристики Даш (/тах ) соответствует момент поступления шихты нового состава в зону начала реакции образования карбида кремния. Последующее снижение скорости изменения проводимости связано с уплотнением материалов в более глубоких слоях шихты и существенно меньшей проводимостью 57С по сравнению с коксом. Определение /тах = \/у[Ь имеет важное практическое следствие: начиная с этого момента, в печь следует вводить разовые добавки кокса или кварцита для компенсации избытка 570 или 5/С. Окончанию переходного процесса соответствует равенство нулю скорости изменения проводимости.

На характеристике изме-

30 Врав.«!

Рис.7. Динамические характеристики переходного процесса, вызванного корректирующей добавкой кокса

з нения проводимости шихты, 03 о вследствие применения кор-

■о

0 ректирующей добавки кокса *----------------;----------------1..................{.(Ц §

& на колошник, (рис.7, сплош-

о 1 ная линия) наблюдается мак-

1

| симум, достигаемый примерно 411 е через 2.5 часа после поступления кокса на колошник. Он

о

соответствует времени посту-

:-аз пления отдельной навески в

зону образования карбида кремния. .

Аппроксимировать характеристику переходного процесса можно зависимостью:

о- (0 = <т0 + (Тт Г2 ехр(-Ь(1-т)2) , (38)

где о-«, - максимальное значение проводимости, г — время поступления шихты нового состава в карбидную зону.

Таким образом, определив способ и меру управляющего воздействия, на состав шихты, можно с достаточной точностью предсказать характер изменения проводимости шихты в течение ближайших 6-7 часов. Для предсказания последствий применения обоих способов регулирования можно использовать принцип суперпозиции, заключающийся в суммировании соответствующих переходных характеристик.

Пятая глава посвящена разработке методов регулирования технологических режимов, а также методики определения опорных значений и диапазонов изменения критериев регулирования. Задача регулирования шихтового режима бесшлакового процесса состоит в оперативной компенсации дисбаланса углерода в шихте, вызванного неконтролируемыми изменениями влажности и зольности восстановителя. Средством исполнения служит соразмерное дС изменение состава шихты.

где Age — изменение навески кокса в колоше, кг твердого углерода/кг SiO^, AqM — отклонение от q0, SqM — ширина зоны нечувствительности регулирования коэффициента избытка углерода в печи, Сс — коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности статической характеристики Agc =СсДоопределяется на этапе определения рациональных параметров шихтового режима в процессе анализа параметров переходных процессов путем сопоставления значений входного ки и установившихся значений Aqu. Ширина зоны нечувствительности зависит от выбранного критерия и качества регулирования перемещения электродов.

Применение управляющих воздействий в виде корректирующих добавок руды или восстановителя должно быть направлено исключительно на ликвидацию последствий ошибок в дозировании шихты, но не на регулирование электрического режима. При этом в печи образуются локальные зоны с интенсивной генерацией SiO для компенсации избытка карбида кремния или зоны с большим избытком SiC для поглощения избытка монооксида кремния. Поскольку значения кит в этих достаточно узких зонах резко отличаются от 1, время, частота и мера применения корректирующих добавок должны быть строго обоснованы. Сигналом к началу применения управляющих воздействий данного типа служит

+ Ccbq„, если | Aqm | > dqm & Aqm < О - C,Aq„, если\Aqu | > Sqm & Aqm > 0'

(39)

момент поступления шихты нового состава в зону протекания 1 -ой стадии восстановительной реакции — 1тси (рис.6). Величина корректирующей добавки определяется с учетом количества шихты неравновесного состава, загруженного к этому моменту в бункеры и труботечки, и соответствующего количества избыточного углерода или кремнезема.

Существенные отклонения состояния подовой зоны от нормы следует устранять за счет введения корректирующих добавок кокса или кварцита, а при значительном расстройстве хода процесса, железной стружки и извести непосредственно на колошник печи.

Основная функция электродного режима: стабилизация положения реакционной зоны, — обеспечивается, в том числе, и за счет поддержания определенной длины электрода. Расстояние между верхним и нижним ограничителями хода электрода 1м) при общей его длине 2.5-3.5 м позволяет регулировать этот параметр в широких пределах. Длина электрода оказывает влияние на параметры электрического режима. От нее зависят и активная, и реактивная составляющие сопротивления его открытого (от кольца электрододержателя до входа в шихту) участка. Если активная составляющая пренебрежимо мала, то собственная индуктивность этого участка электрода составляет значительную часть индуктивного сопротивления фазы. Несоразмерность расхода и перепуска электродов отдельных фаз и связанные с ними различия их длин служат причиной неравенства активных составляющих напряжения, поступающих на отдельные электроды, а, следовательно, и условий существования электрической дуги.

Оперативный контроль линейного расхода и высоты зоны спекания электродов позволяет своевременно производить их перепуск. Спекание электрода происходит в основном на участке, ограниченном контактными щеками, за счет тепла, выделяющегося в результате протекания тока. Готовность электрода к перепуску оценивают по активной энергии, выделившейся в нем за время, прошедшее с момента предыдущего перепуска (Д/), т.е. по величине, пропорциональной I2А/. Углерод электрода является своеобразным компенсатором дисбаланса углерода в шихте. Поэтому, величину перепуска при малых отклонениях состава шихты от стехиометрии можно оценивать по значению линейного расхода электрода по уравнению (34). В случае больших отклонений следует в это уравнение вводить поправочный множитель, зависящий от величины дисбаланса углерода:

' г

И(т) = <р{6С)\кРдЖ = (р{ёС)кЕд(т) .

(40)

о

Конструкционные особенности вторичного электрического контура печной установки создают ряд проблем в регулировании электрического режима ферросплавных печей. Асимметрия короткой сети, обусловленная различием длин токоподводов к отдельным электродам, предопределяет асимметрию электрического режима и неравномерность электрической нагрузки отдельных фаз. Применяемые на практике способы симметрирования режима по какому-либо одному из параметров: току, импедансу или активному сопротивлению фазы, -неизбежно вызывают асимметрию полезной мощности и ее нерациональное распределение по зонам рабочего пространства, В этих случаях к электроду, имеющему более длинный токоподвод, будет подводиться меньшее напряжение. Следовательно, меньше будут и дуговая составляющая мощности, выделяющейся под этим электродом, и температура в реакционной зоне, и скорость лимитирующей стадии восстановительного процесса.

Другая особенность — различие схем подключения короткой сети («треугольник на электродах») и полезной нагрузки («звезда»), в сочетании с неправильной точкой отбора сигналов напряжения с выходов трансформаторов, — вызывает усиление отрицательных последствий эффекта взаимного влияния фаз. Приведение сопротивлений участков короткой сети к «звезде» нагрузки служит причиной высокой погрешности измерения электрических характеристик. Физически постоянные активное и индуктивное сопротивления короткой сети становятся переменными, зависимыми от токов в электродах опережающих фаз. Кажущиеся изменения этих сопротивлений воспринимаются оператором как изменения состояния процесса и приводят к ошибкам регулирования электродного и шихтового режимов.

В этих условиях обязательным является отбор сигналов напряжения непосредственно с электродов, а лучшим критерием автоматического регулирования их перемещения - постоянство активного сопротивления участка «электрод-подина». Симметрию активной мощности целесообразно обеспечивать за счет подбора значений сопротивлений и рабочих ступеней напряжения отдельно для каждой фазы с учетом параметров короткой сети. Т.е. должна существовать асимметрия электрического режима по сопротивлению и по силе тока:

=/22/?2 =/32/?3 =/^/3

(41)

Критерием качества регулирования должен служить минимум пофазной дисперсии (стандартного отклонения) полезной мощности:

Имея в распоряжении методы контроля и регулирования параметров технологических режимов, можно перейти к решению задачи рационального автоматизированного управления технологическим процессом. Поскольку каждая отдельная печь требует своего специфического подхода к управлению, то применению алгоритмов контроля и регулирования режимов технологии в АСУ процессом должна предшествовать процедура их адаптации к объекту автоматизации. На этом этапе должны быть определены рациональные значения критериев регулирования и параметров основных режимов технологии — активных составляющих мощности и сопротивления печи, сопротивлений шихты и расплава и соответствующих им значений дуговой и шихтовой составляющих мощности. Этим рациональным значениям должны отвечать максимум производительности, минимум удельного расхода электроэнергии и оптимум коэффициента избытка углерода на входе в печь (Gmax> wmim ku).

Ниже, на примере выплавки ферросилиция ФС-65 в печи установленной мощностью 33 MB А, приведем последовательность реализации процедуры адаптации АСУ к конкретному объекту. Для более точного определения указанных параметров необходимо, чтобы временной интервал наблюдений был достаточно длинным. В нашем случае он составил 2 месяца.

По результатам плавок рассчитывались среднесменные значения производительности и удельного расхода электроэнергии, а по данным системы взвешивания и дозирования шихты - значения входного коэффициента избытка углерода. Далее определяли средние значения и величины стандартных отклонений электрических параметров фаз и зон рабочего пространства (табл.2).

В таблице по строкам приведены статистические характеристики параметров для отдельных фаз, условно средней фазы (£) и показатель асимметрии фаз (а). Процесс в течение рассматриваемого периода можно характеризовать,

как крайне нестабильный. Видно, что наибольшим колебаниям подвержены параметры зон. Также можно отметить низкий уровень доли дуговой энергии, — 10% против необходимых для данной технологии 15-16%, и широкий диапазон

(42)

ее колебаний - ±12% для условно средней фазы. Несомненно, что это является результатом нарушений шихтового режима, и свидетельством тому является широкий интервал колебаний сопротивления расплава — 18%.

Таблица 2

Статистические данные об основных электрических параметрах процесса

ик и,. / Р Я К Рш Яш Яб

№ В В кА МВт мОм мОм мОм —

1 100.9 50.8 80.9 8.13 1.26 3.16 1.57 0.814 0.103

±11.6 ±6.1 ±5.3 ±0.84 ±0.20 ±0.69 ±0.27 ±0.037 ±0.018

11.5% 11.9% 6.5% 10.4% 15.9% 21.8% 17.0% 4.5% 17.9%

л 99.8 46.5 77.6 7.73 1.29 3.46 1.59 0.826 0.098

Z ±8.1 ±5.2 ±4.5 ±0.65 ±0.15 ±0.76 ±0.19 ±0.037 ±0.019

8.1% 11.3% 5.8% 8.3% 11.3% 22.1% 11.7% 4.4% 18.9%

1 94.2 53.1 79.5 7.45 1.19 2.72 1.54 0.793 0.115

э ±8.7 ±4.6 ±4.8 ±0.62 ±0.16 ±0.55 ±0.23 ±0.034 ±0.016

9.2% 8.7% 6.0% 8.3% 13.6% 20.2% 14.7% 4.3% 14.2%

г 98.3 50.1 79.3 7.77 1.25 3.11 1.57 0.811 0.103

.Л ±5.6 ±3.6 ±3.8 ±1.19 ±0.12 ±0.56 ±0.15 ±0.029 ±0.012

5.7% 7.3% 4.8% 5.1% 9.4% 18.1% 9.8% 3.6% 12.0%

а 3.7% 6.7% 2.1% 5.1% 4.1% 12.0% 1.7% 2.1% 8.3%

С целью отыскания рационального значения мощности печи, строили зависимости <7 и ту от Р. Вследствие стохастического характера процесса, они представляли собой облако рассеянных точек. Поэтому весь диапазон изменения Р разбивали на более мелкие интервалы шириной 0.2 МВт, и для каждого из них рассчитывали средние значения активной мощности. Результатом явился график, представленный выше, на рис.4. Нетрудно видеть, что рациональное значение Р, соответствующее £?тах и >^т1п равное 24.2 МВт, не соответствует среднему

(7.77-3=23.2 МВт). То есть, качество управления на данном интервале времени было далеко от рационального. Основной причиной, безусловно, послужили существенные отклонения состава шихты от стехиометрии.

Естественно, что принимать данные, приведенные в таблице 2, в качестве опорных значений критериев управления неправомерно. Для их определения необходимо выбрать несколько смен, в течение которых были достигнуты наилучшие показатели. Эти данные приведены в таблице 3.

Примечательно (строка 4), что и>т1п =6.64МВт-ч/бт, соответствует входное значение &ы=1.04, т.е. с подтвержденными многолетней практикой 4% избы-

точного углерода, задаваемого для компенсации его выгорания на колошнике. Среднее по фазам сопротивление расплава существенно ниже среднего за весь период наблюдений, соответственно выше и доля дуговой мощности. Важно и то, что значение мощности печи 24.9 МВт больше полученного в результате графической аппроксимации значения 24.2 МВт, т.е. существует резерв мощности, а, следовательно, и производительности. Приведенная процедура является лишь первым шагом статистической оптимизации процесса. Далее, приняв эти данные в качестве рациональные значений параметров управления, следует продолжать наблюдения за процессом с целью их уточнения и сужения границ их изменения.

Таблица 3

Статистические данные о параметрах электрического режима в течение рабочих смен с наилучшими показателями производства

№ иа I Яг Я ЯР <7ш Яд ки •и>

В кА МВт мОм мОм мОм — МВтч/п

1 104.1 78.4 24.46 1.329 2.660 1.737 0.77С 0.118 1.010 7.323

2 105.С 77.0 24.26 1.363 2.77С 1.78С 0.773 0.11С 1.037 7.241

3 103.2 79.8 24.64 1.295 2.867 1.663 0.786 0.111 1.032 6.807

4 101.3 82.2 24.88 1.236 2.607 1.59С 0.778 0.113 1.037 6.639

5 93.8 79.3 22.26 1.189 2.663 1.517 О.790 0.108 1.007 6.709

6 101.5 80.1 24.48 1.270 2.760 1.640 0.782 0.112 0.99^ 6.926

7 105.7 78.8 24.97 1.341 3.017 1.707 0.790 0.111 0.989 7.018

8 106.1 76.3 24.22 1.390 3.313 1.747 0.805 0.104 1.013 6.885

Основные выводы.

В работе осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы — интенсификации и повышения эффективности процессов углетермического восстановления металлов в электродуговых печах на основе нового подхода к управлению технологией. Предложено и обосновано перспективное научно-техническое направление в области электротермии восстановительных процессов — регулирование технологических режимов производства ферросплавов по состоянию отдельных зон рабочего пространства печи.

Итогом настоящего исследования являются следующие новые научные результаты.

1. Разработан метод определения параметров нелинейной электрической модели — схемы замещения рабочего пространства печи. Исследовано распреде-

ление электрической энергии по зонам рабочего пространства, выявлены основные закономерности изменения электрических характеристик в циклах выплавки ферросплавов и специфические особенности шлаковых и бесшлаковых технологий. Отмечено, что энергетика шлаковых процессов характеризуется значительным несоответствием тепловыделения в отдельных зонах их теплопотреб-ностн. В бесшлаковых технологиях существенное влияние на распределение энергии по зонам оказывает состояние зоны расплава, зависящее от степени дисбаланса углерода в шихте.

2. Разработана система автоматического контроля электрических параметров зон рабочего пространства. С ее помощью исследованы характеристики взаимосвязи параметров технологии с электрическими параметрами процесса. Выявлены причинно-следственные связи дисбаланса углерода в шихте с сопротивлениями зон шихты и расплава, кинетических характеристик процесса с мощностью дуги.

3. Ферросплавная технология рассмотрена как сложная динамическая стохастическая система. В качестве основных режимов выделены: шихтовый, электродный и электрический. Разработана функционально-целевая модель согласованного регулирования режимов технологии, отражающая взаимосвязь параметров входа, состояния и выхода.

4. Определены динамические характеристики взаимосвязи важнейших технологических параметров с электрическими параметрами зон рабочего пространства. Отмечено, что в бесшлаковых технологиях фактором, определяющим основные кинетические характеристики процесса (скорость реакции восстановления на ее лимитирующей стадии, массовый расход шихты и линейный расход электродов), является мощность дугового разряда. Определены уравнения связи этих параметров, составляющие основу методов оперативного контроля расхода шихты и электродов.

5. Исследованы динамические характеристики наиболее длительных переходных процессов, вызванных воздействиями на состав шихты. Разработана методика определения типа и меры применения управляющих воздействий при отклонении состава шихты от стехиометрии.

6. Теоретически обосновано, что регулирование шихтового режима имеет наивысший приоритет. Исполнение целевой функции электродного режима -обеспечение максимума общего КПД печи, - не является достаточным условием

рационального управления процессом, поскольку может быть достигнуто и при недостатке восстановителя в шихте. Отмечено, что асимметрия вторичного то-коподвода печи является основной причиной нерационального распределения энергии по зонам рабочего пространства для отдельных фаз. Показано, что отбор сигналов напряжения с выхода трансформатора служит основной причиной ошибок в управлении процессом. Регулирование электродного и электрического режимов следует подчинить цели шихтового режима — минимизации дисбаланса углерода в ванне печи.

7. Разработан метод статистической оптимизации процесса, в рамках которого определяются опорные значения и пределы изменения параметров регулирования основных режимов технологии.

8. Предложена общая концепция рационального управления процессами выплавки ферросплавов, заключающаяся в согласованном взаимодействии основных технологических режимов, при котором:

- отклонения состава шихты от стехиометрии минимальны;

- положение активной зоны соответствует оптимальному для заданной геометрии ванны значению активной мощности, распределенной равномерно по фазам и рационально по отдельным зонам рабочего пространства печи.

Рациональное регулирование режимов шлаковой технологии заключается в поддержании на разных стадиях цикла плавки заданного соотношения дуговой и расплавной составляющих мощности.

Основные практические результаты.

1. Разработанная и практически реализованная в режиме "Совет технологу" автоматизированная система контроля и регулирования режимов технологии ферросплавов по своим особенностям не имеет отечественных и зарубежных аналогов.

2. Предложен подход к адаптации АСУ технологией ферросплавов к изменению входных параметров процесса и условий эксплуатации печного агрегата, согласно которому в системе должен быть реализован алгоритм слежения за эффективностью производства. Критерием адаптации служит достижение новых экстремумов зависимостей технико-экономических показателей производства от активной мощности печи.

3. Теоретические положения и практические результаты настоящей работы легли в основу технико-экономического расчета АСУ ТП выплавки углеро-

дистого феррохрома для вновь строящегося цеха Актюбинского завода ферросплавов АО "ФЕРРОХРОМ" (Казахстан, г. Актюбинск).

4. Наиболее существенным практическим результатом настоящего исследования является внедрение в эксплуатацию АСУ технологией силикохрома на двух печах ОАО «ЧЭМК». Применение системы управления позволило при снижении активной мощности печи на 1.1% и расхода шихтовых материалов на 1.4% повысить производительность на 3.2% и уменьшить удельный расход электроэнергии на 4.2%. Полученный эффект обусловлен увеличением использования кремния в технологическом процессе. Годовой эконом эффект от внедрения АСУ составил в ценах 2001 г. 3 330 ООО руб. При этом в расчет не принималось улучшение технологического режима, повышение стойкости оборудования, что в целом привело к увеличению количества времени безаварийной работы печи на 3.6%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Дгебуадзе Г.А. и др. Опыт оптимизации электрического режима печей при выплавке марганцевых сплавов // Металлургия марганца: Тез. докл. Всесоюзного совещания. Тбилиси, 1986, с. 143-144.

2. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Дгебуадзе Г.А. и др. Определение электрических параметров печей в циклах плавки марганцевых сплавов. - Там же, с. 145.

3. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Основы определения параметров переменного электрического режима восстановительной электроплавки // Параметры РВП, совершенствование конструктивных элементов и проблемы управления процессами: Тез. докл. IV Всесоюзного научно-технического симпозиума М.: Инфор-мэлектро, 1987, с. 8-10

4. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Основы определения параметров переменного электрического режима восстановительной электроплавки. - Там же, с. 7-8.

5. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Ренкачишек В.А. и др. Выбор максимальной активной мощности печи // Современное состояние и перспективы развития производства кремния: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конф. М.: 1989, с.29-30.

6. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Ренкачишек В.А. и др. Исследование распределения мощности по зонам электротермической печи. — Там же, с. 29-30.

7. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Электрические параметры характерных зон рабочего пространства ферросплавных печей // Промышленная энергетика, 1986, № 10, с.46-49.

8. Сиваш В.Г., Сергиенко П.Н., Воробьев В.П; , Сивцов А.В Распределение мощности в трехфазной электропечи при выплавке периклаза // Огнеупоры, 1984, №9, с. 31-35.

9. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Огородников Г.А. Анализ параметров состояния процесса при бесшлаковой выплавке ферросплавов. // Проблемы научно-технического прогресса электротермии неорганических материалов: Тез. докл. Республиканской научно-технической конференции. Днепропетровск: 1989, с. 143.

10. Сивцов A.B., Воробьев В.П. Опыт оптимизации параметров электрического режима выплавки углеродистого феррохрома — там же, с. 61-62.

11. A.c. 1136733 СССР, Н05/В7/148. Способ измерения электрических параметров дуги и шихты в восстановительной электропечи/ Воробьев В.П., Сивцов A.B.; заявл. 4.04.1983, не публ.

12. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Дгебуадзе Г.А. Электрические параметры зон рабочего пространства электропечей при выплавке ферросиликомарганца // Бюлл. Черная металлургия, 1986, №19, с. 48-49

13. Сивцов A.B., Воробьев В.П. Контроль и управление процессами электротермического восстановления // Кремнистые ферросплавы / Сб. научных трудов НИИМ- М: Металлургия, 1988, с. 81-84.

14. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Строение рабочего пространства печей при выплавке марганцевых ферросплавов // Сб. научных трудов ИМет им. A.A. Байко-ва-М: Наука, 1990,с. 187-189.

15. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Пути контроля и управления процессом восстановления кремния // Интенсификация, контроль, качество и автоматизация в цветной металлургии: Тез. докл. научно-технической конференции. Иркутск, 1987, с. 21-22.

16. A.c. 1678190 СССР, Н05/В7/148. Способ определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи / Воробьев В.П., Сивцов A.B.; заявл. 31.07.1989, не публ.

17. Щапов E.H., Татарников В.В., Сивцов A.B. Оптимизация параметров электрического режима печей при получении кремния // Промышленная энергетика, 1990, № 11, с. 26-27.

18. Сивцов A.B., Воробьев В.П., Паньков В.А. Определение величины линейного расхода электрода при производстве кремния и высококремнистых сплавов // Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей: Сб. трудов научно-технического совещания " Элек-тротермия-94". - СПб., с. 128-133.

19. Сивцов A.B. Один из подходов к оценке эффекта взаимного влияния фаз в трехфазных электродуговых восстановительных печах — там же, с. 43-47.

20. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Лапченков В.И. и др. Управление процессом восстановления кремния по состоянию зон рабочего пространства электропечи // Изв. ВУЗов, Черная металлургия, 1995, № 4, с. 24-26.

21. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Автоматизация электротермических процессов переработки металлургического сырья» // Сб. научных трудов «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века", Магнитогорск, 1996,с.175-179.

22. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Оценка характеристик распределения энергии с учетом зонального строения рабочего пространства дуговых восстановительных печей // Проблемы рудной электротермии: Сб. трудов научно-технического совещания "Электротермия-96". - СПб, 1996, с. 177-178.

23. Сивцов A.B., Воробьев В.П. Оптимизация параметров электрического режима выплавки ферросплавов // Труды Международной научно-практической конференции "Теория и практика электротермии ферросплавов", Никополь, 1996, с. 103-104.

24. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Брезгин В.В. К проблеме регулирования режимов в технологии ферросплавов - там же, с. 149-150.

25. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Определение глубины погружения электродов в дуговых восстановительных печах - там же, с. 138-139.

26. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Контроль параметров и регулирование режимов технологии ферросилиция по состоянию фаз и зон рабочего пространства электропечи // Совершенствование производства ферросилиция: Материалы заводской научно-технической конференции, Новокузнецк, 1997, с. 87-94.

27. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Лапченков В.И. Совершенствование управления электропечными процессами производства ферросплавов // Сталь, 1998, № 12, с. 22-24.

28. Сивцов A.B., Воробьев В.П. Переходные процессы при регулировании состава шихты в бесшлаковых технологиях ферросилиция и кремния // Компьютерные методы в управлении электротехнологическими режимами руднотерми-ческих печей.: Сб. трудов научно-технического совещания "Электротермия-98". -СПб, 1998, с. 51-58.

29. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Параметры состояния фаз и зон рабочего пространства дуговой электропечи как основа оперативного управления режимами технологии — там же, с. 43-50.

30. Воробьев В.П., Возжеников С.Г., Сивцов A.B. Стабилизация параметров состояния восстановительного процесса с помощью ядерно-геофизических методов управления составом шихты — там же, с.267-268.

31. Воробьев В.П., Паньков В.А., Сивцов A.B. Автоматизированная система контроля и управления процессом выплавки ферросплавов — там же, с. 269-271.

32. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Возжеников С.Г. Автоматизация дуговых электропечей // Черные металлы, май 1999 / пер. с немецкого: Stahl und Eisen, 1998, № 12, с. 12-14.

33. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Кожевников Г.Н. Актуальные проблемы получения кремния и кремнийсодержащих сплавов // Цветные металлы, 1999, № 5, с. 70-12.

34. Воробьев В.П., Сивцов A.B. К вопросу определения плотности энергии в "очаге тепловыделения" кремниевых электропечей // Современное состояние и перспективы развития алюминиевой промышленности: Тез. докл. научно-технической конференции, Иркутск, 1999, с. 17-18.

35. Воробьев В.П., Сивцов A.B. Влияние концентратора на параметры процесса восстановления кремния - там же, с. 82-84.

36. Сивцов A.B., Воробьев В.П. Установка продольно-емкостной компенсации (УПК) как регулятор электрического режима технологии ферросплавов и кремния — там же, с. 26-27.

37. Воробьев В.П., Сивцов A.B., Возжеников С.Г. Автоматизация дуговых электропечей; концепции и достижения // Актуальные проблемы и перспективы

электрометаллургического производства: теория и технология: Материалы Международной научно-практической конф., Днепропетровск, 1999, с.57-60.

38. Сивцов A.B., Воробьев В.П., Цымбалист М.М., Лапченков В.И., Брезгин В.В. Управление процессом выплавки ферросплавов на основе оперативного контроля дисбаланса углерода в тигле // Компьютерное моделирование при оптимизации технологических процессов электротермических производств: Сб. трудов научно-технического совещания "Электротермия-2000". - СПб, 2000, с. 220-226.

39.Воробьев В.П., Сивцов А.В.Строение рабочего пространства и схемы замещения полезной электрической нагрузки ферросплавных печей — там же, с. 227232.

40.А.В. Сивцов, В.П. Воробьев. Некоторые особенности параметрической идентификации нелинейной схемной модели рабочего пространства двухэлектрод-ных печей// Современное состояние и перспективы развития производства кремния и алюминиево-кремниевых сплавов: Тез. докл. научно-технической конференции, Каменск-Уральский, 2001, с. 25-26.

41.В.П. Воробьев, A.B. Сивцов. Автоматизация дуговых печей, выплавляющих кремний — там же, с.31 -32.

42.А.В. Сивцов, В.П. Воробьев, М.М. Цымбалист. Управление процессом выплавки кремния на основе оперативного контроля дисбаланса углерода в тигле — там же, с. 34-35.

43.В.П. Воробьев, A.B. Сивцов. Автоматизация управления технологией электропечных ферросплавов - главный резерв сбережения материальных и энергетических ресурсов// Металлургия ферросплавов: Сб. научных трудов. Екатеринбург: УрО РАН, 2001, с. 95-98.

44.В.П. Воробьев, A.B. Сивцов. Рабочие зоны ферросплавных печей и схемы замещения полезной электрической нагрузки //Электрометаллургия, № 6, 2001, с. 18-23.

45.В.П. Воробьев, A.B. Сивцов. Углеродистые восстановители в электропечных процессах получения высококремнистых ферросплавов.// Электрометаллургия, №1,2005 с. 31-37.

46. Патент №2268556 (РФ). Способ управления технологией электродуговой восстановительной плавки / В.П. Воробьев, A.B. Сивцов. // Бюл.№02,2006.

Подписано в печать28.02.2006 г. Формат 60x84 1/16. Бумага типо^ графская №1. Плоская печать. Усл. п. л. 2.4 Уч. изд. л. 1,0. ТиражЮОЛаказ 33 . Бесплатно.

Размножено с готовых оригинал-макетов в типографии «Уральский центр академического обслуживания» 620219, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Введение.

Глава 1. Методы, и результаты исследований взаимосвязи энергетических и технологических характеристик и параметров технологии ферросплавов (обзор литературных источников).

1.1. Краткие сведения о кинетике и механизме реакций восстановления металлов, термодинамические характеристики процесса.

1.2. Строение рабочего пространства ванн электродуговых восстановительных печей.

1.3. Электрические, физико-химические и теплофизические свойства составляющих рабочего пространства восстановительных электропечей.

1.3.1. Составы и свойства шихт для получения ферросплавов.

1.3.2. Физические и химические свойства составляющих зоны расплава.

1.3.3. Основные характеристики электродов и электрической дуги.

1.4. Данные об исследованиях характера распределения энергии в ванне электродуговой восстановительной печи.

1.4.1. Методы математического и физического моделирования процессов в ваннах электродуговых восстановительных печей.

1.4.2. Электротехнические методы оценки распределения энергии в ванне печи

1.5. Методы оптимизации режимов, энергетических характеристик и показателей технологии ферросплавов; современное состояние управления процессом

Наметившаяся в последние годы тенденция к увеличению производства высококачественных легированных сталей и полупроводников определила возрастающую потребность в выплавке ферросплавов и кристаллического кремния. Ферросплавы массового применения получают в электродуговых печах карботермическим способом, основанным на восстановлении металлов из их оксидов. Особенности способа заключаются в том, что реакции взаимодействия оксидов с углеродом осуществляются при высоких температурах с поглощением тепла. Удельный расход электроэнергии при производстве различных сплавов колеблется от 3 до 18 МВт-ч/т.

Механизм и кинетика восстановительных реакций достаточно хорошо изучены, определены и оптимизированы условия их протекания. Однако, если в лабораторных условиях один из основных показателей процесса - степень извлечения целевого элемента - достигает 90% и более, то при реализации процесса в действующих печах он существенно ниже - 75-80%, а удельный расход электроэнергии превышает теоретически необходимый в 1.5-2 раза.

Результаты многочисленных исследований процесса, направленных на совершенствование конструкции печей и подбора шихтовых материалов с заданными физико-химическими свойствами, позволили сократить разницу между теоретически и реально достигаемыми показателями процесса. В настоящее время этот резерв практически исчерпан. В условиях высоких цен на электроэнергию и с учетом тенденции к их дальнейшему повышению, доля затрат на энергетику процесса в структуре себестоимости продукции существенно возрастает. Кроме того, снижение качества руды и углеродистых восстановителей приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей производства. Поэтому, особую актуальность принимают проблемы интенсификации технологического процесса и повышения эффективности производства.

Особенностями ферросплавных технологий являются непрерывный режим загрузки шихты и периодический характер выпуска сплава, а также недоступность рабочего пространства печей для прямых измерений. Недостаток информации о текущем состоянии процесса определил принятый на практике способ управления по принципу «вход-выход». Однако, сложный характер взаимосвязи химических, электрических и тепловых процессов в ванне печи требует иного подхода к управлению - по принципу «вход-состояние-выход».

Техническое перевооружение ферросплавной отрасли металлургической промышленности, начавшееся в конце 70-х годов прошлого века, повлекло увеличение мощности существующих печей и ввод в эксплуатацию агрегатов установленной мощностью до 81 MB А. В результате, существенно усложнилось управление этими объектами, потребовалось более глубокое, научно обоснованное изучение всего многообразия процессов, происходящих в ванне печи, и характеристик их взаимосвязи. Существующий к тому времени уровень контроля основных параметров технологии был чрезвычайно низким, а слабое развитие методической базы анализа состояния процесса предопределило неэффективный, в значительной степени интуитивный подход к управлению технологией. Применение для этих целей автоматизированных систем ограничивалось низким уровнем отечественной вычислительной техники.

Значительный прогресс средств вычислительной техники, начавшийся в 90-е годы, существенным образом отразился и на качестве контроля и управления процессом. Применение относительно недорогих промышленных контроллеров, обладающих высоким быстродействием и достаточно большим объемом памяти, позволило построить на их основе локальные автоматизированные системы управления, включающие автоматические регуляторы параметров электрического режима. С развитием сетевых технологий появилась возможность создавать обширные базы данных, объединяющие в себе своевременно пополняемую информацию о технологических и экономических параметрах и средства ее обработки. Однако методическая основа таких систем не претерпела существенных изменений, и большинство из них функционируют по принципу «вход-выход». Поэтому особое внимание при разработке АСУ необходимо уделить развитию методов контроля и анализа состояния процесса.

Ферросплавная печь как объект управления представляет собой сложную динамическую систему. Взаимная зависимость физико-химических, тепловых и электрофизических процессов, протекающих в ванне печи, а также различная их инерция определяют ее стохастические свойства. Недостаток информации о состоянии процесса служит причиной несвоевременного, а зачастую и неправильного применения управляющих воздействий. Результатом является его колебательный характер, выражающийся в чередовании переходных процессов из одного неэкономичного состояния в другое. Чем больше мощность печи, а, следовательно, и время переходных процессов, и выше дисперсия этих колебаний, тем большие материальные и энергетические потери сопровождают ход процесса.

Другим отрицательным следствием недостаточности информационного обеспечения управления является его во многом субъективный характер. Принятие решения о применении требуемого управляющего воздействия в основном ложится на оператора печи. Качество управления процессом становится зависимым от уровня технической подготовки и интуиции печного персонала. В этом случае говорят, что процедура управления процессом не формализована, т.е. осуществляется с помощью интуиции. Следовательно, вероятность ошибки при ее исполнении весьма высока.

Формализация процедуры управления, означающая, что последовательность актов ее реализации определена и однозначно понимаема, предлагает единственный путь приведения объекта в заданное состояние. Расширение информационной базы за счет введения в нее дополнительных параметров, описывающих состояние процесса, позволяет на основании их анализа количественно определить характеристики взаимосвязи технологических параметров и выработать способы регулирования основных технологических режимов.

В электродуговых восстановительных печах преобразование подводимой электроэнергии в тепло происходит непосредственно в рабочем пространстве, т.е. в самом рабочем теле. Согласно принципу зональности его строения, вокруг каждого из электродов выделяют зоны (области) шихты, дуги и расплава. Материалы, составляющие эти зоны, находятся в разных агрегатных состояниях, что определяет резкие различия их физических характеристик и кинетики режимов протекающих в них химических реакций. Изменение электрических параметров зон дает практически мгновенный отклик на изменение их состояния.

Особенностью процессов производства ферросплавов в «печах с погруженной дугой» является недоступность отдельных зон для непосредственного наблюдения и измерения их характеристик. Поэтому, особое значение для эффективного управления восстановительными процессами принимает разработка методов косвенного контроля электрических параметров зон как параметров состояния процесса.

Являясь сложной системой, технология выплавки ферросплавов в шахтных электродуговых печах требует применения методов системного подхода, как для изучения процесса, так и с точки зрения создания систем управления. Системный подход является эффективным методом и позволяет реализовать рациональное управление процессом, заключающееся в согласованном воздействии на параметры отдельных режимов технологии с целью достижения высоких показателей производства. Это предоставляет новые возможности в регулировании отдельных режимов технологии и управлении процессом в целом за счет своевременного применения необходимого управляющего воздействия и более точного определения его меры.

Целью настоящего исследования является создание принципов и методов оперативного контроля состояния процесса и согласованного регулнрования технологических режимов выплавка ферросплавов как основы интенсификации прогресса и повышения эффективности производства.

В соответствии с поставленной целью в число основных задач входили:

- теоретическое обоснование и разработка метода идентификации нелинейной электрической схемы замещения рабочего пространства печи;

- создание на его основе системы автоматического контроля параметров технологии и энергетики процесса как научно-исследовательского комплекса и неотъемлемой части автоматизированной системы управления;

- исследование с ее помощью закономерностей изменения параметров в циклах плавки и выявление характерных особенностей технологий различного типа;

- исследование и математическое описание динамических характеристик процесса линейного расхода электродов и переходных процессов при воздействиях на состав шихты как теоретической основы алгоритмов управления соответствующими режимами технологии;

- исследование характера распределения энергии по отдельным зонам печного пространства и построение на его базе алгоритма управления электрическим режимом;

- обоснование и выбор на основе статистической оптимизации процесса рациональных значений критериев и допустимых диапазонов регулирования основных режимов технологии;

- теоретическое обоснование и выбор критерия согласованного регулирования.

Решение перечисленных задач возможно лишь с использованием метода определения электрических параметров зон рабочего пространства, имеющего в настоящее время единственный аналог в России и не имеющего аналога за рубежом. Этим и определяется научно-техническая новизна представляемого к защите исследования.

В работе предложено и обосновано перспективное научно-техническое направление в области электротермии процессов карботермического восстановления - рациональное управление технологией ферросплавов по состоянию отдельных зон рабочего пространства печи. Осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы - интенсификации процессов углетермического восстановления металлов на базе рационального управления технологией. На защиту выносятся:

- методы оперативного контроля состояния процесса на основе параметрической идентификации нелинейной электрической схемной модели рабочего пространства печи;

- результаты исследования электрических характеристик зон рабочего пространства, их взаимосвязь с параметрами технологии, закономерности и особенности их изменения в циклах плавки;

- принципы согласованного регулирования основных режимов технологии: шихтового, электродного и электрического;

- методологические основы адаптации алгоритмов рационального регулирования режимов к конкретным типам технологии и агрегатам, а также к переменным условиям реализации технологического процесса;

- результаты промышленного использования новых технических решений в области рационального управления технологией ферросплавов;

- новый подход к рациональному управлению технологией.

Ниже приведен список обозначений и размерностей используемых в работе параметров технологии и энергетики процесса.

Параметр Обозн., размерн. Параметр Обозн., размерн.

Напряжение полное и,В Коэффициент избытка углерода (входной) ки активное UR, В Коэффициент избытка углерода в печи ]г 'Him индуктивное иьв Дисбаланс углерода в шихте 5С

Напряжение холостого хода n-ой ступени тр-ра ип,в Линейный расход электрода w3, мм/час

Сила тока 1 кА Массовый расход шихты д т/час

Сила тока дуги 4 кА Производительность печи G, т/час

Сила тока шихты L, кА Удельный расход электроэнергии W, МВт ■ч/т

Мощность активная Р, МВт Приведенная производительность g, т/ МВт ■ч реактивная Q, МВАр Глубина погружения электрода Нэл, см полная S, MB А Перемещение электрода 1эл, см

Сопротивление активное R, мОм Перепуск электрода Ah3Jl, см индуктивное Xi, мОм полное Z, мОм удельное сопротивление Р, мОм-см электрическая проводимость <7, 1/мОм круговая частота со, рад/с

1. МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ФЕРРОСПЛАВОВ обзор литературных источников)

Электродуговые восстановительные печи (ЭДВП), предназначенные для производства ферросплавов и технического кремния, являются агрегатами непрерывно-дискретного действия, поскольку для данных технологий характерны непрерывные загрузка и переработка шихтовых материалов и периодический выпуск шлака и металла. Электрический контур печи включает в себя понижающий трансформатор, вторичный токоподвод (короткую сеть), самоспекающиеся или графитированые электроды и плавильную ванну.

Своеобразие процесса восстановления металлов карботермическим способом в электродуговых печах заключается в том, что превращение подводимой электроэнергии в тепло происходит непосредственно в самом рабочем теле, т.е. на активных сопротивлениях отдельных зон рабочего пространства печи: в шихте, в расплаве и в дуговом разряде. В свою очередь, сопротивления этих зон зависят от множества факторов, обусловленных электрическими, теплофи-зическими и физико-химическими процессами в ванне печи и свойствами, составляющих их материалов. Ввиду того, что указанные процессы тесно связаны между собой, взаимозависимости параметров основных режимов технологии: электродного, электрического и шихтового, - имеют весьма сложную форму. Вместе с тем, вопросы исследования взаимосвязи параметров энергетики и технологии процесса имеют важнейшее значение для решения задач интенсификации работы электродуговых восстановительных печей, оптимизации режимов технологии и создания автоматизированных систем управления производством.

Следует отметить, что на ранних этапах развития электротермии дуговые восстановительные электропечи рассматривались, прежде всего, как электротехнические агрегаты, а исследованиям физико-химических и теплофизических процессов придавалось меньшее значение. Первые работы по изучению взаимосвязи параметров энергетики и технологии были выполнены одним из основателей отечественной электротермии М.С.Максименко [1]. Именно он первым отметил, что для получения высоких технико-экономических показателей производства необходима оптимизация энергетических характеристик процесса. По представлениям М.С.Максименко к этим характеристикам относятся объемные плотности энергии и мощности, выделяющиеся в твердом и жидком проводниках, а также в газовом разряде. В дальнейшем это направление исследований получило развитие в работах А.С.Микулинского, Я.С.Щедровицкого, С.И.Хитрика, С.И.Тельного и др. ученых.

Основателем комплексного подхода к изучению процессов в ваннах дуговых восстановительных электропечей, безусловно, можно считать А.С.Микулинского, который ещё в 40-ые годы рядом работ наметил основные направления в теории и практике рудной электротермии. Именно он первым предложил, ставшую впоследствии общепринятой, классификацию электротермических процессов по количеству выпускаемого шлака [2]. По этой классификации бесшлаковые процессы - процессы, при которых кратность шлака (отношение массы шлака к массе металла), в силу того, что восстановлению подвергаются практически все элементы, содержащиеся в руде, составляет незначительную величину - 0.03 - 0.05. К данной группе относятся процессы получения кремния и высококремнистых ферросплавов. Шлаковые процессы отвечают технологиям селективного восстановления, при которых восстанавливается только группа целевых элементов, находящихся в руде, а сопутствующие оксиды других элементов образуют шлаки. К этим процессам относится производство силикомарганца (кратность шлака 0.45-0.6), ферромарганца (0.8- 1.2), углеродистого феррохрома (0.8-0.9), а также процесс выплавки ферроси-ликохрома в одну стадию (0.65-0.75).

Следует отметить некоторые особенности процессов первой и второй групп. Так для бесшлаковых процессов характерен мощный устойчивый дуговой разряд, экранированный шихтой и шунтированный ее сопротивлением. В шлаковых процессах дуга существует лишь во время выпуска расплава из печи и небольшой промежуток времени после него. Электрическое сопротивление шихты в шлаковых процессах значительно выше, чем в бесшлаковых, поскольку для селективного восстановления элементов требуется меньше углеродистого восстановителя, обладающего самой высокой проводимостью среди всех компонентов шихты.

По классификации Б.М. Струнского [3] восстановительные процессы в дуговых электропечах различаются по способам выделения энергии в рабочем пространстве, т.е. можно выделить основные группы процессов, в которых подавляющая часть подводимой энергии выделяется:

- в приэлектродной зоне и подэлектродной газовой полости, укрытой шихтовыми материалами;

- в шлаке;

- открытыми дугами на поверхности колошника.

К последней группе относят рафинировочные процессы. Восстановителями в этом случае, как правило, являются активные металлы: кремний, алюминий, кальций и магний.

В настоящей работе рассматриваются только процессы первой и второй групп, т.е. процессы, происходящие в так называемых рудовосстановительных печах (РВП). Следует заметить, что сам термин "рудовосстановительная печь" крайне неудачен, поскольку восстановлению подвергается не руда, а металлы, содержащиеся в составляющих ее оксидах. По нашему мнению, термин "электродуговая восстановительная печь" (ЭДВП) более правилен, поэтому в дальнейшем изложении аббревиатура РВП будет употребляться только в ссылках на литературные источники.

Сложный характер взаимосвязи энергетических и технологических параметров процесса, а также взаимное влияние параметров отдельных режимов технологии определили многоплановость и методическое многообразие исследований ЭДВП как объекта управления. В числе основных направлений можно выделить следующие:

1. исследования кинетики и механизма реакций карботермического восстановления металлов (кремния, хрома, марганца и железа);

2. изучение строения рабочего пространства печи;

3. экспериментальные исследования и математическое моделирование электрических и температурных полей ванны печи;

4. исследования физико-химических, теплофизических и электрических свойств составляющих рабочего пространства: материалов шихты и электродов, расплава (металла и шлака) и электрической дуги;

5. изучение характера распределения энергии по зонам рабочего пространства и разработка методов и алгоритмов оптимизации процесса;

6. разработка и создание автоматизированных систем управления технологией.

5.6. Выводы

1. Синтез системы управления процессом углетермического восстановления металлов следует проводить согласно принципу иерархии подсистем и уровней управления. Цифровую обработку и предварительный анализ входных параметров целесообразно проводить на нижнем уровне системы с помощью программируемого контроллера, а статистическую обработку данных и реализацию алгоритмов управления вести на среднем уровне с применением персонального компьютера.

2. В иерархии подсистем высшим приоритетом обладает подсистема управления шихтовым режимом. Исполнение ее целевой функции: минимизации дисбаланса углерода в печи, является основой рационального управления процессом.

3. Высокая инерция физико-химических процессов в шихтовой зоне определяет ограничения, накладываемые на частоту и меру применения управляющих воздействий на состав шихты.

4. Для согласованного воздействия на процесс с целью получения высоких технико-экономических показателей функции подсистем «электрод» и «электрический режим» следует полностью подчинить исполнению целевой функции подсистемы «шихта».

5. Функция подсистемы «электрод», заключающаяся в обеспечении максимума общего КПД печи, не являясь достаточной в плане рационального распределения энергии по зонам рабочего пространства, не может быть выбрана в качестве основной и, тем более, целевой функции системы управления.

6. Постоянство силы тока в электродах как критерий автоматического регулирования перемещения электродов не отвечает требованию равномерного распределения мощности по отдельным фазам печи. В качестве такого критерия предпочтительно использовать активное сопротивление полезной нагрузки.

7. Асимметрия вторичного токоподвода вкупе с неправильным отбором сигналов напряжения не только вызывает асимметрию параметров электрического режима, но и является причиной неправильного применения управляющих воздействий. По этой же причине, а также вследствие нелинейности электрических характеристик электродуговых восстановительных печей расчет электрических параметров процесса следует вести в мгновенных, а не в действующих значениях.

8. Опорные и граничные значения параметров управления и регулирования процесса для конкретных агрегатов в силу индивидуальности каждого из них необходимо определять в процессе настройки системы управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе осуществлено теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы - интенсификации и повышения эффективности процессов углетермического восстановления металлов в электродуговых печах на базе рационального управления технологией. Предложено и обосновано перспективное научно-техническое направление в области электротермии восстановительных процессов - управление технологией ферросплавов по состоянию отдельных зон рабочего пространства печи. В качестве итогов настоящего исследования можно выделить следующие новые научные и практические результаты.

1. На основании критического анализа современного состояния проблемы интенсификации и повышения эффективности ферросплавных технологий показано, что существующего объема информации о текущем состоянии процесса недостаточно. Сложный характер взаимосвязи основных режимов технологии (шихтового, электродного и электрического) определен взаимной зависимостью химических, теплофизических и электрических процессов, протекающих в отдельных зонах рабочего пространства печи. Недоступность этих зон для прямых измерений предопределяет многообразие применяемых методов и средств исследования данного объекта, многие из которых не отвечают требованиям оперативности, простоты реализации и надежности получаемой информации. Для эффективного управления процессом необходимы методы косвенной оценки его состояния, обладающие указанными качествами.

2. На основании анализа нелинейности электрических свойств и динамических характеристик мощного дугового разряда разработан метод определения параметров электрической схемы замещения рабочего пространства печи. С его помощью исследовано распределение электрической энергии по зонам рабочего пространства, выявлены основные закономерности изменения электрических характеристик в циклах выплавки ферросплавов и специфические особенности шлаковых и бесшлаковых технологий.

В частности отмечено, что энергетика шлаковых процессов в отдель-* ные моменты цикла плавки характеризуется значительным несоответствием тепловыделения в отдельных зонах их теплопотребности. В бесшлаковых технологиях существенное влияние на распределение энергии по зонам оказывает состояние подовой зоны - зоны расплава, которое, в свою очередь, зависит от степени дисбаланса углерода в шихте.

3. Разработана система автоматического контроля параметров состояния процесса, которая в реальном масштабе времени осуществляет сбор данных об электрических параметрах зон рабочего пространства, а также данные по перепуску и перемещению электродов. Исследованы характеристики взаимосвязи параметров технологии с электрическими параметрами процесса. Для технологий бесшлакового типа выявлена причинно-следственная связь дисбаланса углерода в шихте с сопротивлениями зон шихты и расплава. Исследованы динамические характеристики наиболее длительных переходных процессов, обусловленных управляющими и случайными воздействиями на состав шихты. Разработана методика определения их типа и меры при отклонении состава шихты от стехиометрии.

4. Ферросплавная технология рассмотрена с позиций системного подхода как сложная динамическая стохастическая система. В качестве основных выделены шихтовый, электродный и электрический режимы технологии. Разработана функционально-целевая модель согласованного регулирования режимов технологии, отражающая взаимосвязь параметров входа, состояния и выхода.

5. Показано, что критерии регулирования отдельных режимов, как правило, не соответствуют основной цели - обеспечению минимального расхода электроэнергии. Характер внутренних обратных связей и реакций на управляющие воздействия - нелинейный. Для эффективного управления процессом с целью получения заданных технико-экономических показателей необходимо согласованное воздействие на объект всех режимов.

6. Теоретически обосновано, что регулирование шихтового режима * имеет наивысший приоритет. Исполнение целевой функции электродного режима - обеспечение максимума общего КПД печи, - не является достаточным условием рационального управления процессом, поскольку может быть достигнуто и при недостатке восстановителя в шихте. Отмечено, что асимметрия вторичного токоподвода печи является основной причиной нерационального распределения энергии по зонам рабочего пространства для отдельных фаз. Регулирование электродного и электрического режимов следует подчинить цели шихтового режима - минимизации дисбаланса углерода в ванне печи.

7. Предложена общая концепция согласованного регулирования режимов выплавки ферросплавов и кремния, при которой в любой момент времени:

- отклонения состава шихты от стехиометрии минимальны;

- положение активной зоны соответствует оптимальному для заданной геометрии ванны значению активной мощности, распределенной равномерно по фазам и рационально по отдельным зонам рабочего пространства печи.

8. В результате математического описания восстановительного процесса как сложной стохастической системы определены динамические характеристики взаимосвязи важнейших технологических параметров с электрическими параметрами зон рабочего пространства - сопротивлениями шихты и расплава, энергией, выделяющейся в шихте и дуге. Отмечено, что в бесшлаковых технологиях фактором, определяющим основные кинетические характеристики процесса (скорость реакции восстановления на ее лимитирующей стадии, массовый расход шихты и линейный расход электродов), является мощность дугового разряда. На базе методов теории случайных процессов, в частности корреляционного и регрессионного анализа, определены уравнения связи этих параметров, составляющие основу алгоритмов оперативного расчета расхода шихты и электродов.

В шлаковых процессах, вследствие того, что среднее за цикл плавки значение доли дуговой мощности в общей мощности фазы незначительно, для оценки расходных характеристик в качестве аргументов используются значения активных мощностей и расхода энергии каждой из фаз и печи в целом. Для этого были использованы динамические стохастические (дискретно-вероятностные) модели, построенные по экспериментальным данным с применением теории разностных стохастических уравнений.

9. Показано, что в качестве критерия дисбаланса углерода в ванне печи при управлении электрическим режимом по постоянству сопротивления фазы следует выбирать долю мощности, выделяющейся в шихтовой зоне. В отличие от сопротивления шихты этот параметр подвержен меньшему влиянию смещения нулевой точки (поверхности нулевого потенциала) в асимметричных по активному сопротивлению электрических режимах. В бесшлаковых технологиях при значительных отклонениях сопротивления расплава от среднестатистического уровня, вызванных существенным расстройством хода процесса, необходимо введение поправки, учитывающей эти отклонения.

10. Разработаны методы регулирования электродного и шихтового режимами и процедуры определения коэффициентов уравнений регрессии, отражающих связь критериев регулирования с параметрами технологии, и диапазонов их изменения.

11. Разработан метод статистической оптимизация процесса, в рамках которой определяются рациональные значения и пределы изменения параметров, выступающих в качестве критериев управления отдельными режимами технологии. На примере выплавки ферросилиция ФС-65 показана процедура выбора оптимальных значений активной мощности печи и активных сопротивлений отдельных фаз, соответствующих наивысшим значениям технико-экономических показателей процесса - производительности и удельного расхода электроэнергии.

12. Обоснован выбор активного сопротивления полезной нагрузки в качестве критерия автоматического регулирования перемещения электродов.

Отмечено, что асимметрия вторичного токоподвода печи и схема соединения «треугольник на электродах» при регулировании электрического режима по постоянству силы тока является основной причиной перекоса полезной мощности и вызывает различный для отдельных фаз характер распределения энергии по зонам рабочего пространства. Показано, что применяемый, как правило, отбор сигналов напряжения с выхода трансформатора, а не с электродов, приводит к значительным погрешностям в расчете мощностей и служит причиной множества ошибок в управлении процессом, в том числе и неоправданных воздействий на состав шихты с целью регулирования электрического и электродного режимов.

13. Предложен подход к адаптации критериев технологических режимов к изменению входных параметров процесса и условий эксплуатации печного агрегата, согласно которому в системе должен быть реализован алгоритм слежения за эффективностью производства. Критерием адаптации служит достижение новых экстремумов зависимостей технико-экономических показателей производства от активной мощности печи. Это обеспечит наиболее эффективный путь нахождения нового массива рациональных режимных параметров.

14. Многие теоретические положения и практические результаты настоящей работы легли в основу технико-экономического расчета АСУ ТП выплавки углеродистого феррохрома для вновь строящегося цеха Актюбин-ского завода ферросплавов АО "ФЕРРОХРОМ" (Казахстан, г. Актюбинск).

Наиболее существенным практическим результатом настоящего исследования является внедрение в эксплуатацию АСУ технологией силико-хрома ФСХ-48 на двух печах ОАО «ЧЭМК». Применение системы управления позволило при снижении активной мощности печи на 1.1% и расхода шихтовых материалов на 1.4% повысить производительность на 3.2% и уменьшить удельный расход электроэнергии на 4.2%. Следовательно, полученный эффект обусловлен увеличением использования кремния в технологическом процессе. Годовой эконом эффект от внедрения АСУ составил в ценах 2001 г. 3 330 ООО руб. (120 тыс. $) при затратах на вычислительную технику менее 7 тыс. $. При этом в расчет не принималось улучшение технологического режима, повышение стойкости оборудования, что в целом привело к увеличению количества времени безаварийной работы печи на 3.6%.

1. Максименко М.С. Основы электротермии-М.: ГОНТИ, 1937,- 95 с.

2. Микулинский А.С. Процессы рудной электротермии М.: Металлургия, 1966,-280 с.

3. Струнский Б.М. Руднотермические плавильные печи. М.: Металлургия, 1972,-357 с.

4. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. -М.: Металлургия, 1988, 784 с.

5. Кожевников Г.Н., Водопьянов А.Г. Низшие окислы кремния и алюминия в электрометаллургии. -М.: Наука, 1977, 144 с.

6. Кожевников Г.Н., Зайко В.П., Рысс М.А. Электротермия лигатур щелочноземельных металлов с кремнием. М.: Наука, 1978, 244 с.

7. Кожевников Г.Н., Зайко В.П. Электротермия сплавов хрома. М.: Наука, 1979, 120с.

8. Микулинский А.С., Ефремкин В.В. К термодинамике и механизму реакций в системе Si-O-С. В сб.: Процессы рудной электротермии. Труды ИМет

9. У ФАН СССР, Свердловск, 1964, вып. 10, с. 42-49.

10. Рыжонков Д.И., Сорин С.Б., Шишханов Г.С. Изучение кинетики совместного восстановления окислов железа и хрома. В сб.: Восстановительные процессы в производстве ферросплавов. -М., Наука, 1977, с.145-148.

11. Бороненков Б.Н., Лямкин С.А. Кинетика восстановления металлов из шлака при получении углеродистого феррохрома. Изв. ВУЗов ЧМ, 1977, № 12, с. 21-23.

12. Ефремкин В.В., Кожевников Г.Н. Энергия образования и диссоциации силицидов марганца. // Материалы II конференции " Совершенствование технологии производства марганцевых сплавов", Тбилиси, 1978, с. 60-67.

13. Ефремкин В.В., Кожевников Г.Н. Об испарении марганца из сплавов. -М.: Известия АН СССР, Металлы, 1979, №1, с. 32-36.

14. Гасик М.И. Марганец. -М.: Металлургия. 1992, 608 с.

15. Кадарметов Х.Н. Рудный слой в ваннах при выплавке различных марок феррохрома. Сборник научно-технических трудов НИИМ. Челябинск, 1961, вып.З, с. 71-79.

16. Сахарук П.А., Сурсаев Г.Г. В кн. «Металлургическая и химическая промышленность Казахстана». Алма-Ата, Каз. Изд. 1961 № 2, с. 19-28.

17. Сурсаев Г.Г. Лабораторное изучение распределения серы между металлом и шлаком при производстве углеродистого феррохрома. Сталь, 1963, № 11, с. 1005-1007.

18. Барашкин И.И., Горох А.В., Першина Р.Ф. О строении ванны закрытой печи и поведении шихтовых материалов при выплавке 45% ферросилиция. -Сталь, 1969, №12, с.1037-1039.

19. Ионека М., Хараде К. Обсуждение параметров электропечей и динамических процессов, основанное на изучении восстановительных свойств шихты в образцовой печи. 1981, № 1, р. 28-34. Перевод ОНТИ ВАМИ, Л., 1982.

20. Barcza N.A., Koursaris A., See J.B., and Gericke W.A. The 'dig-out' of a 75 MVA high-carbon ferromanganese electric smelting furnace. 37th Eltctric Furnace Conference Proceedings. Detroit, AIME, 1979, p. 19-33.

21. Жердев И.Т., Деханов H.A., Московцев Д.П. и др. Исследование рабочего пространства силикомарганцевых электропечей. Электротермия, 1968, № 71, с.81.

22. Жердев И.Т. ,Чхеидзе З.А. , Яськов Е.С. и др. Исследование ванны фер-ромарганцевой печи .- Электротермия, 1969, №83, с. 10-11.

23. Жердев И.Т., Поляков И.И., Давац В.Н. и др. Особенности строения ванны вращающейся ферросилициевой печи Изв. ВУЗов ЧМ , 1962, №12, с 6166.

24. Жердев И.Т., Московцев Д.П., Яськов Е.С. и др. Особенности строения ванны закрытой ферросилициевой печи Сталь, 1966, № 10, с. 915-916.

25. Жердев И.Т., Поляков И.И., Ивонин А.И. и др. Характеристика режимов работы ферросилициевых печей с повышенной мощностью электрических дуг Металлургия и коксохимия. Киев.: Техника, 1968, вып.1, с. 115-119.

26. Otani Т., Saito М., Usui К., Chino N. The Inner Structure of Submerged Arc Furnace. VI Congress International d'Electrotherme- Brighton, 1968, №112, pp. 1-12.

27. Яськов E.C., Жердев И.Т., Махонь Г.М. и др. Особенности рабочего пространства ферромарганцевой печи РПЗ- 63 // Металлургия марганца. Тбилиси: Мецниереба, 1977, с. 254-255.

28. Гусев В.И., Андрюхин Г.С., Кравченко В.А., Богуцкий Ю.М. Связь технологических, геометрических и электрических параметров печи при выплавке силикомарганца// Металлургия марганца. Тбилиси: Мецниереба, 1977, с. 256-258.

29. Wedepohl A., and Barcza N.A. Observation made during the 'dig-out' of a 48 MVA ferrochromium furnase. National Institute for Metallurgy, Report no. 2090. Jul. 1981.

30. Wedepohl A., and Barcza N.A. The 'dig-out' of a ferrochromium furnace. ICAM 81. Proceedings of the First International Congress on Applied Meneral-ogy. Johannesburg, The Geological Society of South Africa, 1983. pp.351-363.

31. Гасик М.И. Самообжигающиеся электроды рудовосстановительных элекропечей. М.: Металлургия, 1976,- 363 с.

32. Щедровицкий Я.С. Сложные кремнистые ферросплавы,- М.: Металлургия, 1966,- 176 с.

33. Кадарметов Х.Н. Образование углеродистого феррохрома при восстанов-лениии кусковых хромистых руд.- Сталь, 1975, № 4, с. 325-329.

34. Емлин Б.М., Гасик М.И. Справочник по электротермическим процессам.-М.: Металлургия, 1978, с. 84-134.

35. Использование бедных марганцевых руд Северного Урала. Труды Института металлургии УФ АН СССР, Свердловск, 1961, вып.7, 200с.

36. Агроскин А.А. Физические свойства углей М.: Металлургиздат, 1961.— 308 с.

37. Rennie, M.S. The electrical conductivity of the charge in a ferrosilicon furnace. National Institute for Metallurgy, Report no. 1622. Apr. 1974.

38. Willand, K. Measurement of the electrcal resistance of ferrochromium furnace charges. National Institute for Metallurgy, Reaport no. 1698. Apr. 1975.

39. Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросплавов. М.: Металлургия, 1976, - 272с.

40. Жучков В.И., Микулинский А.С. Методика определения электрического сопротивления кусковых материалов и шихт. Экспериментальная техника и методы высокотемпературных измерений-М.: Наука, 1966.-С.43-46.

41. Жучков В.И. Электросопротивление материалов и шихт и его влияние на работу руднотермических печей при производстве кремнистых сплавов. Дисс. канд. техн. наук. Свердловск, 1965, 160 с.

42. Жучков В.И., Микулинский А.С. Электросопротивление шихт, применяемых при получении марганцевых сплавов. В сб. металлургия и коксохимия. Киев.: Техника, 1968, вып. 11, с.76-79.

43. Жучков В.И., Микулинский А.С. Углеродистые восстановители для электрических руднотермических печей. В кн. : Процессы рудной электротермии. Труды ИМет УФ АН СССР, 1964, Свердловск, вып. 10, с. 3-13.

44. Павлинский Н.И., Ганцеровский О.Г. Электросопротивление шихт для выплавки углеродистого ферромарганца // Сб. Металлургия и коксохимия. -Киев: Техника, 1974, № 39.- С.84-86.

45. Николайшвили Г.У., Кекелидзе М.А. Электрическое сопротивление и теплопроводность шихт углеродистого ферромарганца. В сб. : Производство иприменение марганцевых ферросплавов. Тбилиси: Мецниереба, 1968, с.37-46.

46. Рысс М.И. Восстановители для производства ферросплавов. Черме-тинформация, 1970, сер.5, вып. №3, с.1-26.

47. Ершов В.А., Хохлова Е.В. Электрическое сопротивление рудо-коксовых шихт. В сб. : Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей.С.-Петербург, 1994, с. 175-180.

48. Воробьев В.П., Бахирева Л.Д. Физико-химические свойства углеродистых восстановителей в электротермических процессах. Изв. АН СССР, Металлы, 1983, № 5, с.28-31.

49. Николайшвили Г.У., Кекелидзе М.А. Теплопроводность Чиатурских марганцевых концентратов и продуктов их окускования. В сб.: Производство и применение марганцевых ферросплавов. Тбилиси: Мецниереба, 1968, с.28-36.

50. Казанцева Н.М. Теплохимические особенности нагрева и восстановления хромистых и хромоугольных шихт перед выплавкой феррохрома. Дисс. канд. техн. наук, Свердловск, 1978, -155 с.

51. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива.-М.: Наука, 1958, 598 с.

52. Марковский Л.Я., Оршанский Д.Л., Прянишников В.П. Химическая электротермия. М.-Л. : Госхимиздат, 1952, - 408с.

53. Воробьев В.П., Бахирева Л.Д. Удельная поверхность и пористость угле-родостых восстановителей, применяемых при выплавке кремнистых сплавов. -Изв. АН СССР, Металлы, 1982, №1, с. 14.

54. Нахабин В.П., Невский Р.А., Микулинский А.С., Жучков В.И., Воробьев В.П. Использование полукоксов в качестве восстановителя при получении силикохрома и углеродистого феррохрома. Сталь, 1964, № 11, с.1006-1008.

55. Воробьев В.П., Сорокин Р.Н., Журавлев В.М. и др. Выплавка 50%-го силикохрома с использованием полукокса Ленинск-Кузнецкого завода. -Сталь, 1970, №7, с.618.

56. Воробьев В.П., Окладников В.П., Зельберг Б.И. Электрическое сопротивление восстановителей для выплавки кремния и ферросплавов. Бюлл. инф. ЧМ, 1976, №24, с. 35-37.

57. Вундер А.Ю., Островский Я.И., Шатов Ю.И., Воробьев В.П. Производство ферросиликохрома с применением тощего каменного угля и полукокса. -Сталь, 1983, №7, с. 33-34.

58. Воробьев В.П., Кожевников Г.Н., Вундер А.Ю. Промышленные испытания кускового торфа при выплавке 50%>-го ферросиликохрома. Бюлл. инф. ЧМ, 1978, №18, с.37-39.

59. Воробьев В.П., Кожевников Г.Н., Зельберг Б.И. и др. К вопросу выбора углеродистых восстановителей при получении технического кремния. -Цветные металлы, 1986, № 8, с.49-51.

60. Воробьев В.П. Теоретические аспекты технологии и практика повышения эффективности производства электропечных ферросплавов. Дисс. докт. техн. наук, Свердловск, 1988, 300с.

61. Рысс М.А. Производство ферросплавов. -М.: Металлургиздат, 1975 335 с.

62. Курнушко О.В. Электропроводность и вязкость известковых и магнезиальных шлаков ферромарганца. Труды VI конференции по физико-химическим основам производства стали. М.: Наука, 1964, - 428 с.

63. Андрюхин Г.С., Зубанов В.П., Гайченко А.А. и др. Выплавка ферромарганца марки ФМн78А В сб. : Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1978, №6, с.66-69.

64. Чепеленко Ю.В., Никитин Б.М., Коваль А.Е. Измерение Электропроводности жидких отвальных шлаков марганцевых сплавов В сб. Металлургия и коксохимия. Киев.: Техника, 1968, №11, с.72-76.

65. Никитин A.M., Лагунов Ю.В. Методика измерения электропроводности расплавленных шлаков-Труды Дмети, 1963, №51, с.54-63.

66. Воробьев В.П., Островский Я.И., Кулинич В.И. и др. Некоторые особенности выплавки углеродистого феррохрома Сталь, 1974, №5, с.433-434.

67. Степанянц С.Л., Свищенко В.Я. и др. Исследование теплового режима самоспекающихся электродов ферросплавных электропечей с целью автоматизации процесса. Сталь, 1977, №8, с. 714-717.

68. Свищенко В.Я. Анализ способов контроля и управления процессом обжига электродов мощных ферросплавных электропечей. Сталь, 1984, №10, с. 40-43.

69. Свищенко В.Я., Бондаренко А.В., Степанянц С.Л. Автоматизация режима спекания и перепуска электродов ферросплавных электропечей. Сталь, 1980, №2, с. 112-114.

70. Свищенко В.Я. Исследование процесса коксования и режима перепуска самообжигающихся электродов мощных ферросплавных электропечей с целью разработки системы управления. Автореф. дисс. канд. техн. наук, М., 1987,-17 с.

71. Barker, I.J. An electrode controller for submerged-arc furnaces. // 3rd IF AC Simp. Jn Autom. in Mining, Mineral, and Metall Processing, Montreal, August, 1980.

72. Киселев A.M. Исследование самоспекающихся электродов в конструкциях мощных рудовосстановительных электропечей и обеспечение повышенной эксплуатационной стойкости. Дисс. канд.техн. наук, М., 1975, 156 с.

73. Энгель А., Штеенбек М. Физика и техника электрического разряда в газах. т. 1, ГОНТИ, 1935,т.2-251 е., ГОНТИ, 1936,-302 с.

74. Финкельбург В., Меккер Г. Электрическая дуга и термическая плазма. -М.: ИЛ, 1961,-369 с.

75. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и в вакууме М.-Л.: Гостех-теориздат, 1950,- 836 с.

76. Самервилл Д.М. Электрическая дуга. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, -119 с.

77. Грановский В.Л. Электрический ток в газе М.: Гостехиздат,1952,- 483 с.

78. Сисоян Г.А. Электрическая дуга в электрической печи- М.:ГОНТИ, 1961,-414с.

79. Тельный С.И. Теория вольтовой дуги в применении к дуговым электрическим печам. В сб.трудов Днепропетровского горного института. Киев, изд-во АН УССР, 1928, с. 13-32.

80. Тельный С.И., Жердев И.Т. Осциллограммы тока и напряжения дуговых электрических печей. В сб.: "Теория и практика металлургии", 1936, №2, с.3-9.

81. B.Bowman, G.R.Jordan, and F.Fitzgerald. The Phisics of High-Current Arcs. J.I.S.I., June 1969, v.207 , part 6, p.p. 798-805.

82. Тельный С.И., Жердев И.Т. Непрерывное горение трехфазной дуги. В сб.: Теория и практика металлургии, 1937, №8, с. 24-28.

83. Тельный С.И., Жердев И.Т. Шунтированная дуга в электрических ферросплавных печах. В сб.: Теория и практика металлургии, 1937, № 9 , с. 3439.

84. Сергеев П.В. Энергетические акономерности руднотермических Электропечей, электролиза и электрической дуги. Алма-Ата, АН Каз.ССР, 1963, -250 с.

85. Жердев И.Т. Электрическая цепь трехфазной шунтированной дуги. // Электричество, 1960, № 8, с. 19-24.87.'Жердев И.Т. Регулирование цепи трехфазной шунтированной дуги. // Электричество, 1963, № 5, с. 28-32.

86. Воробьев В.П. Параметры электропечной дуги переменного тока.- Рудо-восстановительные электропечи. // Сб. научных трудов ВНИИЭТО // М.: Энергоатомиздат, 1988, с.74-78.

87. Данцис Я.Б. Об электрической дуге руднотермических печей. В сб.: Исследования в области химической электротермии. Труды ин-та ЛенНИИ Ги-прохим, вып. 1, Л., 1967, с.142-154.

88. Гнусин Н.П. Теория моделирования электрических полей в электролитах. -ЖФХ, 1986, №7, с.1563-1570.

89. Платонов Г.Ф. Выбор методики изучения распределения мощности в слабопроводящей среде электрических печей для прикладных целей. Известия ВУЗов, Энергетика, 1959, №4, с.40-44.

90. Иванов В.К., Микулинский А.С. Определение электрического поля электрических руднотермических печей. Труды УНИХИМа. Л.; Госхимиздат, 1957, вып.4, с.156-175.

91. Микулинский А.С., Иванов В.К., Гельд П.В. Электрическое поле между цилиндрами в неоднородной среде. Сб. трудов по технической физике. М: Наука, 1948, 294 с.

92. Гельд П.В., Иванов В.К., Микулинский А.С.Температурное поле в одно-электродной печи. // В сб. Теория и практика рудной электротермии. Метал-лургиздат, 1948, с.72-75.

93. Альперович И.Г., Яньков Г.Г. Моделирование процесса тепломассообмена в руднотермических печах. // В сб.: Проблемы рудной электротермии. -С-Пб, 1996, с. 38-41.

94. Миронов Ю.М., Тарасов В.А. и др. Расчет электрических параметров ванн РВП с бездуговым и дуговым режимами. // Тез. докл. Ill ВНТС "Параметры рудовосстановительных электропечей."// М.: Информэлектро, 1982, с. 14-16.

95. Миронов Ю.М., Козлов А.И., Тарасов В.А. и др. Развитие аналитических методов расчета электрических полей и конструктивных решений современных РВП.// Тез. докл. III ВНТС "Параметры рудовосстановительных электропечей."// М.: Информэлектро, 1982, с.24-26.

96. Розенберг B.JI., Кондрашов В.П., Миронов Ю.М. и др. Математическое моделирование электротепловых полей одноэлектродных печей для прокалки материалов. // Тез.докл. ВНТС по электротермии и электротермическому оборудованию. Чебоксары, 1985, с.20.

97. Миронов Ю.М., Попов А.Н., Тарасов В.А., Валькова З.А. Современные аналитические методы расчета электрических параметров электропечей с применением ЭВМ. // Рудовосстановительные электропечи / Сб.трудов ВНИИЭТО. -М.: Энергоатомиздат, 1988, с.

98. Миронов Ю.М., Тарасов В.А., Козлов А.И. Математическое моделирование электротехнологических режимов РТП. // В сб. Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей. / С.-Пб, 1994, с. 190-196.

99. Vaish А.К., Akerkar D.D. An electro-thermal model for the optimum design and smtlting operation inreducing type ferro-alloy furnaces.// Trans. Indian Inst.Met- 1988, №3, p. 247-254.

100. Платонов Г.Ф. Параметры и электрические режимы металлургических электродных печей. M.-JL: Энергия, 1965, - 152 с.

101. Кулинич В.И.Параметры дуги не каналовой (квазиканаловой) модели. // Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей. С.-Пб., 1994, с. 77-81.

102. Кулинич В.И. Методы расчета распределения по зонам руднотермиче-ской печи при выраженном электродуговом режиме. // Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей. С.-Пб, 1994, с. 96-99.

103. Нахабин В.П, Невский Р.А, Микулинский А.С., Жучков В.И, Воробьев В.П. Использование полукоксов в качестве восстановителя при получении силикохрома и углеродистого феррохрома. Сталь, 1964, № 11, с. 1006-1008.

104. Жердев И.Т, Даватц В.Н. Опытное исследование плотности тока шихтовых материалов действующих ферросплавных печей- Научные труды ДМетИ, 1959, вып. 12, с. 14-15.

105. Жердев И.Т, Поляков И.И. и др. Ток шихтовых материалов печей, выплавляющих силжохр.ом и силикокальций Электротермия, 1962, № 7, с. 14-16.

106. Воробьев В.П. К вопросу о выборе оптимальных электрических параметров руднотермических печей. Доклады симпозиума "Параметры рудовос-становительных электорпечей." -М.: ВНИИЭТО, 1971, с. 46-49.

107. Струнский Б.М. Метод исследования распределения мощности в горне рудовосстановительной печи-Электричество, 1958, №12, с.62-66.

108. Марков Н.А. Электрические цепи и режимы дуговых электропечных установок- М.: Энергия,. 1975, 204 с.

109. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989, - 528 с.

110. Моргулев С.А. Электрооборудование и основные параметры рудновос-становительных печей. В кн. Лейкина и Сахарука П.А. Электротермия стали и ферросплавов. М.: Металлургиздат, 1953, - 640 с.

111. Моргулев С.А. О методе расчета электрических параметров РВП. Тез. докл. III Всесоюзного научно-технического симпозиума "Параметры рудо-восстановительных электропечей." М.: Информэлектро, 1982, с.11-12.

112. Фрыгин В.М. Определение токов в дуге и шихте руднотермической печи. // В сб.: К Всесоюзному совещанию по электротермии и электротермическому оборудованию. М., 1964, с. 25-26.

113. Микулинский А.С. Об определении параметров электроруднотермиче-ских печей. Электричество, 1961, №6, с. 33-38.

114. Поляков И.И., Корневич А.Л., Жердев И.Т., Яськов Е.С. Метод подобия, параметры и режимы работы ферросплавных печей. // Металлургия и коксохимия. Электрометаллургия стали и ферросплавов. Межвед. н.-т. сб., 1984, вып.72, с. 76-80.

115. Ершов В.А., Розенберг В.Л. Методы учета технологических параметров при расчете режимов работы печей. Рудовосстановительные электропечи. // Сб. научных трудов ВНИИЭТО, 1988, с.46-52.

116. Жучков В.И., Розенберг В.Л. и др. Энергетические параметры и конструкции рудовосстановительных электропечей Челябинск: Металл, 1994. -192 с.

117. Жучков В.И., Воробьев В.П., Микулинский А.С. Применение метода одновременного измерения температуры, сопротивления шихты и положения электродов для изучения работы руднотермических печей. // Изв. ВУЗов, Черная металлургия, 1965, №2, с. 73-76.

118. Микулинский А.С., Жучков В.И., Воробьев В.П., Розенберг В.Л. и др. Исследования в области промышленного электронагрева // Тр. ВНИИЭТО, вып. 5, М.: Энергия, 1972, - с. 148-151.

119. Микулинский А.С., Воробьев В.П., Жучков В.И. и др. Изучение некоторых рабочих характеристик одноэлектродной печи при выплавке марганцевых сплавов. // Производство и применение марганцевых ферросплавов. -Тбилиси, Мецниереба, 1968, с. 196-204.

120. Жучков В.И., Воробьев В.П., Розенберг В.Л. и др. Изучение работы закрытой рудовосстановительной печи при выплавке силикомарганца. // Электротермия, вып. 94, с.24-26.

121. Воробьев В.П. К вопросу о выборе оптимальных электрических параметров руднотермических печей. // Докл. Симпозиума "Параметры рудовос-становительных электропечей. -М.: ВНИИЭТО, 1971, с. 46-49.

122. Нахабин В.П., Кулинич В.И., Воробьев В.П. и др. Выплавка ферросили-кохрома с использованием полукокса и отходов графитации электродов. -Бюлл. инф. ЧМ, 1974, № 16, с. 26-27

123. Воробьев В.П., Островский Я.И. Опыт оптимизации работы феррохро-мовой печи. Электротермия, вып. 3 (187), с. 1-3.

124. Гольдштейн Э.С., Воробьев В.П., Розенберг В.Л. Оптимизация процесса производства ферросплавов по движенгию печных электродов. Бюлл. инф. ЧМ, 1970, №24, с. 18-19.

125. Ворбьев В.П., Вундер А.Ю., Засыпкин В.В. Влияние избытка углерода и глубины посадки электродов на показатели выплавки ферросиликохрома. -Сталь, 1978, № 9, с. 812-813.

126. Ворбьев В.П., Гольдштейн Э.С., Розенберг В.Л. Об оптимальном уровне заглубления в ферросплавных печах. Сталь, 1973, № 7, с. 625-626.

127. Степанянц С.JI., Свищенко В.Я. Разработка АСУ технологическими процессами ферросплавного производства. Сталь, 1975, № 11, с.1007-1009.

128. Степанянц С.Л. Автоматизация технологических процессов ферросплавного производства. М.: Металлургия, 1982, с.

129. Степанянц С.Л., Годына В.В., Рак Н.Ф. и др. АСУ ТП ферросплавных печей большой единичной мощности. // Приборы и системы управления, 1988, № 6, с.8-9.

130. Гаврилов В.А., Белан В.Д. и др. Автоматизация управления электропечами средней мощности для выплавки ферросилиция. // В сб. "Совершенствование производства ферросилиция", Новокузнецк, 1997, с.97-103.

131. Годына В.В., Степанянц С.Л., Свищенко В.Я. и др. АСУ ТП выплавки ферросплавов на основе хроме. // Проблемы оптимизации технологического режима и методы расчета дуговых руднотермических печей, С.-Пб., 1994, 3543.

132. Годына В.В., Степанянц С.Л., Свищенко В.Я. и др. Применение индустриальных компьютеров для автоматизации ферросплавных печей, выплавляющих ферросилиций. // В сб. "Проблемы рудной электротермии", С.-Пб., 1996, с.246-256.

133. Нехамин С.М., Розенберг В.Л., Бруковский И.П. Применение тока пониженной частоты для питания рудовосстановительной электропечи. // Электротермия, 1981, вып.2, с. 5-8.

134. Нехамин С.М., Легович Ю.С. и др. Система управления на базе промышленного компьютера для руднотермической печи. // В сб. "Компьютерные методы в управлении электротехнологическими режимами руднотермических печей.", С.-Пб., 1998, с.279-294.

135. А.с. № 1678190 (СССР). Способ определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи / В.П. Воробьев, А.В. Сив-цов, 1989, не публ.

136. А.с. № 1136733 (СССР). Способ измерения электрических параметров дуги и шихты в восстановительных электропечах. / В.П. Воробьев, А.В. Сив-цов, 1984, не публ.

137. Островский Я.И., Воробьев В.П. Зональные энергетические балансы выплавки углеродистого феррохрома. Сталь, 1975, №11, с. 1004-1006.

138. Нахабин В.П., Королев А.А., Крылов И.А. и др. Выплавка углеродистого и передельного феррохрома в закрытых печах. Сталь, 1969, № 4, с. 325-328.

139. Воробьев В.П., Сивцов А.В. Электрические параметры характерных зон рабочего пространства ферросплавных печей. Промышленная энергетика, 1986, № 10, с. 46-49.

140. Щапов Е.Н., Татарников В.В., Сивцов А.В. Оптимизация параметров электрического режима печей при получении кремния.// Промышленная энергетика, 19990, № 11, с. 26-27.

141. Татарников В.В, Щапов Е.Н., Воробьев В.П. Электрические параметры зон рабочего пространства печей при выплавке кремния. // Цветные металлы, 1990, №5, с. 50-54.

142. Гусев В.И., Андрюхин Г.С., Кравченко В.А. и др. Связь технологических, геометрических и электрических параметров печи при выплавке сили-комарганца // Там же, с. 256-258.

143. Воробьев В.П., Сивцов А.В., Дгебуадзе Г.А. Электрические параметры зон рабочего пространства электропечей при выплавке ферро- и силикомар-ганца // Черная металлургия, 1986, № 19, с. 48-49.

144. Воробьев В.П., Сивцов А.В. Строение рабочего пространства электропечей при выплавке марганцевых сплавов Теория и практика металлургии марганца, М: Наука, 1990, с. 187-189.

145. Воробьев В.П., Сивцов А.В., Дгебуадзе Г.А. и др. Опыт оптимизации электрического режима печей при выплавке марганцевых сплавов // Тез. докл. Всесоюзного совещания "Металлургия марганца", Тбилиси, 1986, с. 143-144.

146. Воробьев В.П., Дгебуадзе Г.А., Сивцов А.В. и др. Определение электрических параметров печей в циклах плавки марганцевых сплавов там же, с. 145.

147. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. М. ГИФМЛ: 1961.-524 с.

148. Применение математических методов и ЭВМ. Планирование и обработка результатов эксперимента / Под общ. ред. А.Н. Останина. Минск: Выш. шк. 1989.-218 с.

149. Данцис Я.Б., Юдович Е.Е. О "мертвой" и "дикой" фазах трехфазных дуговых печей. // "Вестник технической и экономической информации." М.: Госхимиздат, 1958, №2

150. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей. Л.: Энергия, 186 с.

151. Марков Н.А., Баранник О.В. Эксплуатационный контроль электрических параметров дуговых электропечей. М.: Энергия, 1973, 104 с.

152. A.c. № 1086557 (СССР). Устройство для определения электрических параметров токоподвода и напряжений дуг трехфазной дуговой электропечи.

153. Фомичев А.А. Модели, методы и средства автоматизации руднотермических печей на основе принципа декомпозиции. Автореферат докт. дисс., Тула, 1996.-40 с.

154. Лукашенков А.В. Методы и средства текущего контроля электротехнологических процессов в дуговых печах на основе идентификации схемных моделей. Автореферат докт. дисс., Тула, 2000. 40 с.

155. Лукашенков А.В. Алгоритмы идентификации нелинейных схемных моделей дуговых электропечей по спектральным составляющим токов и напряжений. // Электротехника. 1998. №12, с.28-33.

156. Лукашенков А.В., Марценюк С.В. Схемное моделирование дуговых печей. // Компьютерное моделирование и оптимизация технологических процессов электротермических производств. Сб. трудов научно-технического совещания «Дуга-200». СПбТИ.- СПб, 2002, с.51-57.

157. Лукашенков А.В., Фомичев А.А., Петрусевич А.А. Компьютерная система автоматизированного контроля электротехнологических процессов в электродуговых печах. // Электрометаллургия. 2001, №5, с.32-37.

158. Воробьев В.П., Жучков В.И. К вопросу о расходе электрода в рудовос-становительных электропечах.// Известия Вузов, Ч.М., №8, 1974, с. 39-42.

159. Воробьев В.П., Сивцов А.В. Параметры состояния фаз и зон рабочего пространства дуговой электропечи как основа оперативного управления режимами технологии там же, с. 43-50.

160. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа.-М.: Мир, 1983.-312 с.

161. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.-540 с. """ )

162. Соколов А.Н. Рациональные режимы дуговых сталеплавильных печей. М., Металлургиздат, 1960, 107 с.

163. Производство ферросилиция. Справочник. Под ред. д.т.н. Ю.П. Снитко. Новокузнецк, 2000. 426 с.

164. Струнский Б.М. Короткие сети электрических печей. М: Металлургиздат, 1962, 335 с.

165. Краснопеев П.А., Ракитин Д.И. Расчет электрических параметров и управление электрическим режимом ферросплавных печей. // Электрометаллургия, 2002, №12, с.31-34.

166. Гаврилов В.А., Белан В.Д., Годына В.В. и др. АСУТП выплавки кремнистых сплавов на базе индустриального компьютера. // Сталь, №10, 1997г., с. 34-37.

167. Свищенко В.Я., Годына В.В., Степанянц СЛ. и др. Микропроцессорнаясистема управления выплавкой ферросилиция в электропечах средней мощности. // Сталь, №1, 1995 г., с.27-30.

168. Андронов А.А., Витт А.А, Хайкин С.Э. Теория колебаний М., 1981. -191 с.

169. Шемякин Ф.М., Михалев П.Ф. Физико-химические периодические процессы. М., 1938, 365 с.

170. Баранов С.В. Разработка двухстадийного процесса получения кристаллического кремния. Канд.диссертация. Свердловск, 1987,182 с.

171. Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1985, 304 с.