Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки

Наведено критерій оптимізації керування режимом дуття із мінімізацією комплексу квадратичних відхилень по вмісту вуглецю, сірки, а також температури сталі. Сформульовано принцип побудови моделей керування за плавками позитивного досвіду. В модель включено програмну частину (детерміновану) та додатко...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Богушевський, В.С., Сухенко, В.Ю.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України 2013
Schriftenreihe:	Системні дослідження та інформаційні технології
Schlagworte:	Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50032
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки / В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2013. — № 2. — С. 69-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-50032
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-500322013-10-03T03:10:46Z Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Богушевський, В.С. Сухенко, В.Ю. Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Наведено критерій оптимізації керування режимом дуття із мінімізацією комплексу квадратичних відхилень по вмісту вуглецю, сірки, а також температури сталі. Сформульовано принцип побудови моделей керування за плавками позитивного досвіду. В модель включено програмну частину (детерміновану) та додаткове керування (статистичну). Розглянуто вплив дрейфу об’єкту на результати керування. Представлено діапазони зміни керуючих діянь для конверторів ємністю 130 тон. Конкретну реалізацію моделі представлено рівняннями статичного та динамічного керування. Розглянуто взаємодію дистрибутора із системою керування у процесі проведення плавки. Розроблені моделі реалізовано у системі керування режимом дуття у складі АСУТП конвертерної плавки на ВАТ «Арселорміттал, Кривий Ріг». Приведен критерий оптимизации управления режимом дутья с минимизацией комплекса квадратичных отклонений по содержанию углерода, серы, а также температуры стали. Сформулирован принцип построения моделей управления по плавкам положительного опыта. Модель включает программную часть (детерминированную) и дополнительное управление (статистическую). Рассмотрено влияние дрейфа объекта на результаты управления. Представлены диапазоны изменения управляющих воздействий для конвертеров емкостью 130 тонн. Конкретная реализация модели представлена уравнениями статического и динамического управления. Рассмотрено взаимодействие дистрибуторщика с системой управления в процессе проведения плавки. Разработанные модели реализованы в системе управления режимом дутья в составе АСУТП конвертерной плавки на ВАТ "Арселормиттал, Кривой Рог". An optimization criterion of the blast mode control with minimization of the complex of quadratic deviations on the content of carbon, sulfur, and temperature steel is given. Principle for constructing control models on batches of positive experience is formulated. The model includes the software part (deterministic) and additional management (statistical). The impact of the drift of the object on management results is considered. The ranges of change of control actions for converters with the capacity of 130 tons are presented. Concrete implementation of the model is presented with equations for static and dynamic control. The interaction of distributor control system in the process of melting is considered. The developed models are implemented in the system of blast mode control in the composition of the DCS of the Converter operation on bat "ArcelorMittal Krivoy". 2013 Article Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки / В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2013. — № 2. — С. 69-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1681–6048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50032 669.184.244.66.012.1 uk Системні дослідження та інформаційні технології Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах
spellingShingle	Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах Богушевський, В.С. Сухенко, В.Ю. Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології
description	Наведено критерій оптимізації керування режимом дуття із мінімізацією комплексу квадратичних відхилень по вмісту вуглецю, сірки, а також температури сталі. Сформульовано принцип побудови моделей керування за плавками позитивного досвіду. В модель включено програмну частину (детерміновану) та додаткове керування (статистичну). Розглянуто вплив дрейфу об’єкту на результати керування. Представлено діапазони зміни керуючих діянь для конверторів ємністю 130 тон. Конкретну реалізацію моделі представлено рівняннями статичного та динамічного керування. Розглянуто взаємодію дистрибутора із системою керування у процесі проведення плавки. Розроблені моделі реалізовано у системі керування режимом дуття у складі АСУТП конвертерної плавки на ВАТ «Арселорміттал, Кривий Ріг».
format	Article
author	Богушевський, В.С. Сухенко, В.Ю.
author_facet	Богушевський, В.С. Сухенко, В.Ю.
author_sort	Богушевський, В.С.
title	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
title_short	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
title_full	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
title_fullStr	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
title_full_unstemmed	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
title_sort	система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки
publisher	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Проблеми прийняття рішень і управління в економічних, технічних, екологічних і соціальних системах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/50032
citation_txt	Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки / В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко // Систем. дослідж. та інформ. технології. — 2013. — № 2. — С. 69-80. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Системні дослідження та інформаційні технології
work_keys_str_mv	AT boguševsʹkijvs sistemaprijnâttâríšenʹukeruvannírežimomduttâkonverternoíplavki AT suhenkovû sistemaprijnâttâríšenʹukeruvannírežimomduttâkonverternoíplavki
first_indexed	2025-07-04T11:29:02Z
last_indexed	2025-07-04T11:29:02Z
_version_	1836715653522784256
fulltext	© В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко, 2013 Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 69 УДК 669.184.244.66.012.1 СИСТЕМА ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ У КЕРУВАННІ РЕЖИМОМ ДУТТЯ КОНВЕРТЕРНОЇ ПЛАВКИ В.С. БОГУШЕВСЬКИЙ, В.Ю. СУХЕНКО Наведено критерій оптимізації керування режимом дуття із мінімізацією комплексу квадратичних відхилень по вмісту вуглецю, сірки, а також темпера- тури сталі. Сформульовано принцип побудови моделей керування за плавками позитивного досвіду. В модель включено програмну частину (детерміновану) та додаткове керування (статистичну). Розглянуто вплив дрейфу об’єкту на ре- зультати керування. Представлено діапазони зміни керуючих діянь для конвер- торів ємністю 130 тон. Конкретну реалізацію моделі представлено рівняннями статичного та динамічного керування. Розглянуто взаємодію дистрибутора із системою керування у процесі проведення плавки. Розроблені моделі реалі- зовано у системі керування режимом дуття у складі АСУТП конвертерної плавки на ВАТ «Арселорміттал, Кривий Ріг». ВСТУП Серед способів виплавки сталі киснево-конвертерний є одним із найбільш складних за природою і методами керування, особливо оперативного. Керу- вання здійснюється в умовах неповноти інформації, тому що на сучасному рівні розвитку техніки неможливо здійснити прямі виміри основних вихід- них координат — складу металу та його температури. З розгляду математичних моделей виходить, що за достатньо великого їх різноманіття відсутня загальна методологія їх побудови і оцінювання [1–4]. Існують статичні й динамічні моделі процесу, але динамічні не мо- жуть забезпечити задану точність, тому що в основному вони є статистич- ними і мають низку недоліків. Мета роботи — побудова моделі керування режимом дуття конвертер- ної плавки, що включає досвід проведення плавок кращих операторів. КРИТЕРІЙ ОПТИМІЗАЦІЇ Сформульований критерій оптимізації має вигляд: 2* 3 2* 2 2* 1ПП )()()(),,,( SSMttMCCMHvHVI MMM −+−+−= ααα (1) за обмежень: • фVV ≥ , де фV — фактичний об’єм кисню на плавку (м3) із умов окиснення потрібної кількості вуглецю, силіцію й мангану; • maxmin ННH ≤≤ — забезпечення нормальних умов шлакоутво- рення; В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 70 • maxПmin ννν ≤≤ — відповідає проектній продуктивності конверте- ра, мінімальне значення не може бути меншим того, за якого забезпечується задана продуктивність конвертера, а максимальне — визначається прохід- ною здатністю газовідводящого тракту; • maxПmin ННH ≤≤ — забезпечує підтримання поточного значення висоти положення фурми над рівнем спокійного металу у межах, що перед- бачені технологічною інструкцією, так як, якщо фурму занадто опустити можливе розмивання днища конвертера, якщо підняти вище метало-шлако- газової емульсії — нетехнологічна продувка, за якої проходить переокис- нення шлаку). У формулі (1) визначено наступні керуючі діяння: V — загальні витра- ти дуття на плавку (м3); H — середньоінтегральна відстань кінцевика фур- ми від рівня спокійного металу (калібр); Пv — поточне значення інтенсив- ності продування (м3/(т . хв.)); ПH — поточне значення відстані кінцевика фурми від рівня спокійного металу (калібр); 987 ,, ααα — коефіцієнти, що визначаються масштабами змінних, які входять у критерій (нормування па- раметрів), а також залежать від співвідношення для конкретної плавки час- тот додувок через непопадання по вуглецю мС (%), температурі мt (0С) та сірці мSi (%), відповідно; М — знак математичного очікування; *** ,, StС — «точки прицілу» по вуглецю, температурі й сірці у металі, що визначаються за нормальної технологічної ситуації маркою сталі, а в інших випадках — методом експертних оцінок у залежності від технологічної ситуації на почат- ку продувки (наявність заказу, готовність сталерозливного ковшу, розливної площадки, установки позапічної обробки та інш.); «min», «max» — індекси мінімального і максимального значення параметра. Задачею оптимізації на конкретну плавку є знаходження таких значень керуючих діянь, за яких .min→I Чисельні значення коефіцієнтів 31 αα − знаходять на кожну плавку в залежності від початкових і кінцевих (заданих) умов. Нами було визначено вплив початкових та кінцевих умов на імовірність потрапляння плавок у задані межі після продувки [5]. Для цього розраховано імовірності появи наступних подій, що можуть привести до необхідності коректування плавки, NC — додувки по вуглецю, NQ — нагрівання металу після продувки, NT — охолодження металу, NS — додувка для видалення сірки (чисельні значення коефіцієнтів наведені для конверторів садкою 130 тонн) (табл. 1–4). Т а б л и ц я 1 . Вплив параметрів початкових і кінцевих умов на додувки по вуглецю Параметр, р NC (p), % r σ, % P ЧС Ч 13,5 19,8 C+− 0,187 23,1 < 0,900 ЧSi Ч 59,9 65,2 Si 0,659 13,0 > 0,950 ЧMn Ч 29,5 9,92 Mn+ 0,310 18,6 < 0,900 ЧP Ч3105,36 P− 0,227 18,4 < 0,900 ЧS Ч19002,42 S+ 0,830 9,8 > 0,950 Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 71 Продовження табл. 1 ЗС Ч16766,1 С+ 0,987 7,6 > 0,950 ЗЗЧ )/( SSS − ЗЗЧ )/-(192,30 SSS+ 0,331 18,2 < 0,900 ПV П33,3117 V+− 0,905 8,8 > 0,950 ПQ П0,07148,4 Q+− 0,890 8,9 > 0,950 Оцінюючи вплив параметрів початкових і кінцевих умов на додувки по вуглецю було визначено коефіцієнт парної кореляції (r), середньоквадратич- не відхилення ,)(σ достовірність коефіцієнта кореляції (Р). Рівняння множинної регресії має вигляд: +++−+= 130 2070-22,9 11,2 22 13,3 ЗЧЧЧ СPMnSiCNC Ч .0,000114 2,98 -)/ -16,8( ППЗЗЧ QVSSS ++ (2) Коефіцієнт множинної кореляції: =R 0,673; =σ 14,2 %; .950,0>Р Т а б л и ц я 2 . Вплив параметрів початкових і кінцевих умов на нагрівання металу після продувки Параметр, p NQ (p), % r σ, % P ЧС Ч1,64248 C+− 0,680 14,1 < 0,900 ЧSi Ч8,182,50 Si− 0,258 23,5 < 0,900 ЧMn Ч8,919,102 Mn− 0,955 7,2 > 0,950 ЧP Ч19507,69 P+− 0,834 9,5 > 0,900 ЧS Ч1343,22 S+ 0,134 24,2 < 0,900 ЗС З1075,12 C+ 0,714 14,1 > 0,950 33Ч /)( SSS − ЗЗЧ )/-(7,351,47 SSS− 0,542 15,8 > 0,950 ПV П62,2160 V− 0,514 16,1 > 0,950 ПQ П138,0182 Q− 0,939 7,6 > 0,950 Рівняння множинної регресії має вигляд: 46,6 16,2 7,45 41,5 134 ЧЧЧЧ −+−−+= РMnSiCNQ .0,000121 2,05 )/ 38,3( 84,6 ППЗЗЧЗ QVSSSС −−−−− (3) Т а б л и ц я 3 . Вплив параметрів початкових і кінцевих умов на охоло- дження металу Параметр, p NQ (p) , % r σ, % P ЧС Ч5,27157 C− 0,314 25,3 < 0,900 ЧSi Ч5,584,66 Si− 0,601 13,1 > 0,950 ЧMn Ч1084,50 Mn+− 0,956 7,6 > 0,990 ЧP Ч2330164 P− 0,230 25,5 < 0,900 ЧS Ч12102,17 S+− 0,738 13,8 > 0,950 В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 72 Продовження табл. 3 ЗС З1494,66 C− 0,864 9,6 > 0,950 ЗЗЧ )/( SSS − ЗЗЧ )/-(1,3529 SSS+ 0,526 13,1 > 0,950 ПV П02,25,53 V+− 0,934 7,7 > 0,990 ПQ П138,0182 Q− 0,624 13,3 > 0,950 Рівняння множинної регресії має вигляд: +−+−−−= ЧЧЧЧ 568 26,4 22,8 10,9 1,52 РMnSiCNT ,0,000152 1,61 )/ 27,9( 0,51 ППЗЗЧЗ QVSSSC ++−++ (4) =R 0,787; =σ 12,9 %; >P 0,950. Т а б л и ц я 4 . Вплив параметрів початкових умов на додувку для вида- лення сірки p NS (p) , % r σ, % P ЧС Ч3,221,111 C− 0,437 15,2 < 0,900 ЧSi Ч6,409,39 Si− 0,929 6,7 > 0,990 ЧMn Ч74108,89,19 Mn− 0,450 23,1 < 0,900 ЧP Ч478,10 P− 0,087 25,1 < 0,900 ЧS Ч37807,6 S+− 0,735 13,9 > 0,950 ЗС З9,4421,4 C+ 0,998 5,7 > 0,990 ЗЗЧ )/( SSS − ЗЗЧ )/-(69,77,17 SSS− 0,542 23,0 < 0,900 ПV П51,2146 V− 0,953 7,7 > 0,950 ПQ П093,0103 Q+ 0,720 9,7 > 0,950 Рівняння множинної регресії має вигляд: ++−−−−= 98,4 5,49 36,1 16,7 6,89 ЧЧЧЧ РMnSiCNS ,0,0001114,42 )/ 11,6( 110 ППЗЗЧЗ QVSSSС −+−++ (5) =R 0,685; =σ 10,7 %; >P 0,950. Тут ЧС , ЧSi , ЧMn , ЧP , ЧS — відповідно вміст вуглецю, силіцію, ман- гану, фосфору і сірки в чавуні, %; 3S — заданий вміст сірки в сталі, %; ПV та ПQ відповідно значення кисневого, м3/т металошихти, і теплового потен- ціалу ванни, кДж/т. Чим менша величина NC, NQ, NT, NS, тим менша імовірність того, що потрібно буде коректувати плавку. ПРИНЦИП СТВОРЕННЯ МОДЕЛІ Математичний опис технології киснево-конвертерної плавки включає ста- тичне, динамічне і замкнуте керування плавкою, а також керування довод- Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 73 кою плавки після проміжного вимірювання параметрів ванни занурюваль- ним зондом чи повалки конвертера. Маючи вибірку траєкторій керування плавок, що були успішно прове- дені ( ][1 τ → U ,…, ][n τ → U ), можна виділити в реальній траєкторії керування ][τiU → дві складові: програмну частину ][пр τiU → та додаткове керування ][τiU → Δ , що пов’язано як із нечітким визначення вихідного стану плавки, так і з дією пе- решкод. Таким чином, стратегія керування не може бути зведена лише до детермінованої, а містить детерміновану частину по вибору програми і сто- хастичну для додаткових керуючих діянь [6]. Представимо траєкторію керування ][τiU → для кожної плавки позитив- ного досвіду, ,,,1 ni K= у вигляді кусочно-безперервної кривої в багатови- мірному просторі за допомогою одиничних ступінчастих функцій )-(1 iττ . Ті керуючі діяння ][τijU , які реалізуються у вигляді уставок, що чергуються у часі (витрати дуття, відстань сопла фурми до рівня спокійної ванни), мож- на безпосередньо виразити через одиничну ступінчасту функцію. Дві траєкторії керування ][τ → iU и ][τ → jU відповідно для i-ї и j-ї плавок вибірки порівнюються між собою за допомогою міри з векторною ваговою функцією. Отриману відстань ])[],[( i ττ jUUd rr між траєкторіями керування відпо- відно для i-ї й j-ї плавок використовували для розбиття траєкторій керуван- ня на класи ,,,, 21 kSSS K так, щоб кожному класу iS відповідала траєкторія керування iS ∼ ]}[]...[{ ττ ikil UU , яка представляє собою реалізацію однієї програми керування ][опт τiU r із різними додатковими керуючими діяннями ][τiU r Δ . Цю умову можливо виконати шляхом відповідного вибору функцій ваги так, щоб відстань між траєкторіями керування, що знаходяться у одно- му класі й потребують однакову програму керування, була меншою, ніж відповідна відстань ])[],[( i ττ vUUd rr для траєкторій, що реалізують різні програми керування. Розбиваючи плавки на класи виникає протиріччя, що пов’язане із на- ступним: якщо межі зміни будь-якого параметра в класі взяти вузькими, то значно зростає кількість класів, а якщо взяти широкими, то відхилення па- раметра у межах класу буде потребувати додаткового керування. В процесі проведення плавок, спостерігаючи за дією різних перешкод на якість металу і оцінюючи за непрямими спостереженнями відхилення ходу плавки від нормального, дистрибуторщик (оператор конвертера) дослід- ним шляхом підбирає додаткове керування ][τU r Δ , що найбільш ефективно діє у кожному конкретному випадку. Дослідження, проведені нами, показують, що вплив кожного вхідного параметра в діапазоні його зміни в одному класі на вихідні параметри може бути без значної похибки описаний лінійною залежністю. Це дозволяє до- повнити модель коректуючими факторами вигляду [7]: В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 74 ),( 0 jjji xxU −=Δ α r (6) де iU r Δ — коректуючий фактор по i-му керуючому діянню; jα — статистич- ний коефіцієнт зв’язку для j -го параметра; 0 jx та jx — відповідно значення j -го параметра на зразковій та поточній плавці. Поточна і зразкова плавки можуть знаходитись на значній відстані за часом одна від одної (на декілька діб). На результати керування у такому випадку буде впливати дрейф об’єкта (зношення фурми, футерівки конвер- тера, зміна хімічного складу шлакоутворюючих і охолоджуючих матеріалів, тощо). Поправочні коефіцієнти зв’язані з дрейфом об’єкту та визначаються в залежності від похибок керування на попередніх плавках незалежно від класу, до якого належала зразкова плавка. Ці похибки сумують із вибраною програмою. За цих умов проходить адаптивна корекція керуючих величин ),()()( nxnxn iзii −=ε (7) де n — номер плавки, ПП ,,, НvHVxi ∈ . За величиною похибки формується поправка )(nxiΔ . Корекція програ- ми проводиться по формулі 8: [ ],)1()1()()1()( −+−=Δ+−= nfnxnxnxnx iiiiii εγ (8) де iγ — коефіцієнт підсилення в контурі адаптивної корекції; 1)( −niε — похибка на попередній плавці незалежно від класу, в якому вона знаходить- ся; f — функціональна залежність, що визначається величиною похибки і забезпечує збіжність процесу до її мінімізації. Задача знаходження функції f ускладнюється тим, що вона включає дві складові — регулярну, що пов’язана з повільною зміною технологічного процесу (зношення футерівки і фурми, зміна хімічного складу вапна і чаву- на в міксері тощо), і випадкову, що пов’язана з різкими змінами технологіч- ного процесу (заміна фурми, введення охолоджуючих матеріалів різного виду, злив чавуна із різних міксерів, виплавка сталі різних марок тощо). Дослідження процесу показали, що регулярна складова повністю ви- значається попередньою плавкою, а для зменшення негативного впливу ви- падкової складової адаптації за попередньою плавкою недостатньо. У загаль- ному випадку поправки визначаються за формулою: ),1()1()( ф21 −Δ+−Δ=Δ nxnxnx iii ββ (9) де 21,ββ — вагові коефіцієнти, що визначаються статистично; )1( −Δ nxi — поправка до і-го керуючого діяння )1( −n -ї плавки, що визначається як серед- ньоарифметичне значення з поправок на попередніх плавках; )1(ф −Δ nxi — фактичне значення поправки із умов отримання на попередній плавці ну- льової помилки керуючого діяння. Коефіцієнти 1β та 2β визначаємо, мінімізуючи функціонал за масивом із п плавок: Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 75 min, \|)(\| \|)()(\| )( 1 ф 1 ф → Δ Δ−Δ = ∑ ∑ = = n i i n i ii nx nxnx Ф β (10) при обмеженнях ⎩⎨ ⎧ −= ≤≤ ,.1 ;10 12 ββ βm (11) де .2,1∈m Мінімальна похибка керуючих параметрів «статичної» моделі відпові- дає значенням вагових коефіцієнтів 7,01 =β та .3,02 =β Поправочний коефіцієнт ,VΔ т, для сумарної витрати кисню на наступ- ну плавку розраховується за формулою: +−−−−−=Δ )]()([])()([ вп2вп2 min З111 р р n mfmfCfCfkVVV ),()( 0 4ш3 р вв2 HHkmkтmk −+Δ+−+ (12) де р, VV Δ — відповідно фактична і розрахована сумарна витрата кисню на поточну плавку, м3; min з,п СС — вміст вуглецю на повалці плавки й заданий маркою його мінімальний вміст, %, ввп , mm — відповідно маса вапняку і вап- на на плавку, т; 41 kk − — статистичні коефіцієнти; 21 ff − — функціональні залежності, наведені в [8]. За відсутності «плавки позитивного досвіду» як зразкові використову- ються параметри попередньої плавки. У наслідок впливу шумів процесу і похибок у визначені значень вихід- них і керуючих параметрів кількість плавок у такті для уточнення коефіцієн- тів рівнянь має бути як можна більшою. З іншого боку внаслідок дрейфу характеристик об’єкта ця кількість має бути як можна меншою. Досліджен- нями, що проведені нами, встановлено, що оптимальна кількість плавок для коректування коефіцієнтів, за якої досягається мінімальна похибка системи дорівнює 15. Можливі два підходи при коректуванні коефіцієнтів: • коефіцієнти коректуються після кожної плавки; • у масиві з 15 плавок коефіцієнти не змінюються. У випадку застосування першого підходу безперервно коректується ма- сив шляхом видалення з нього першої плавки і включення останньої. Пер- ший підхід заслуговує на більшу увагу, але потребує більшого обсягу розра- хунків. Алгоритм керування продувкою у динамічному режимі з елементами замкненого керування складений за плавками позитивного досвіду за керу- ючими каналами витрат кисню, положення фурми і дозування сипких мате- ріалів. Перевірка плавок на достовірність інформації додатково проводиться тільки за параметрами: акустична характеристика продувки та кількість теп- лоти, що уноситься з водою, яка охолоджує фурму. Класифікація зразкових В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 76 плавок проводиться відповідно до табл. 5. Керування інтенсивністю веден- ня дуття зводиться до визначення його фіксованих значень по ходу продувки. Т а б л и ц я 5 . Діапазони параметрів при формуванні «плавок позитивного досвіду» Діапазони, що перевіряються Найменування параметра Границі Кількість Вміст вуглецю в сталі на повалці, % ≤ 0,06; 0,07 – 0,10; 0,11 – 0,15; > 0,15 4 Тривалість простою, хв. < 25; 25 – 60; > 60 3 Температура чавуна, 0С < 1240; 1240 – 1280; 1281–1320; 1321 – 1360; >1360 5 Маса чавуна, т < 125; 125 – 128; 129 – 132; 133 – 136; > 136 5 Маса брухту, т < 30; 30 – 33; 34 – 37; 38 – 40; > 40 5 Вміст силіцію в чавуні, % < 0,70; 0,70 – 1,00; >1,00 3 Вміст мангану в чавуні, % < 0,40; 0,40 – 0,70; > 0,70 3 Вміст сірки в чавуні, % < 0,020; 0,021–0,025; 0,026–0,030; > 0,031 4 Температура сталі на повалці, 0С <1580; 1581 – 1600; 1601 –1620; >1620 4 Вміст фосфору в чавуні, % < 0,020; 0,021–0,025; 0,026 –0,030; > 0,030 4 Модель доведення передбачає визначення діянь за «зразковими» плав- кам [9, 10, 11]. Коли ми маємо дані про температуру і масову частку вугле- цю у ванні, класифікація плавок вже інша, ніж була при статичному і дина- мічному керуванні. Плавки мають інші межі діапазону. Діапазон вимірювання параметрів наведений у табл. 6. Розрахунок охолоджуючого матеріалу (вапняку) і сумарних витрат кисню на доведення плавки прово- диться при визначенні вмісту вуглецю у металі на останній фазі продувки за допомогою зонду здC )CC(5,4)(045,0 рoрoо вп p вп Δ−Δ−Δ−Δ−= ttmm ; (14) )(100)](CѓУ)(C[ о вп p впм o м oр mmVV −−−−Δ=Δ ϕ , (15) де ,otΔ рtΔ — потрібна зміна температури при доведенні плавки, оС; рo, CC ΔΔ — потрібна зміна вмісту вуглецю у металі під час операції дове- дення плавки, %; м 0 м ,СC — відповідно вміст вуглецю у металі на «зразко- вому» доведенні та поточному, %; «о», «р» — відповідно індекс зразкової й поточної плавок. Тут, ⎩ ⎨ ⎧ >⋅− ≤⋅ = .0,1%якщо1600340 ;0,1%якщо5000 )( CC CC Cφ (16) Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 77 Т а б л и ц я 6 . Діапазон вимірювання параметрів під час формування бази даних «зразкових» плавок для доведення Діапазон Параметр Межі діапазону Кількість Маса садки, т < 160; 160 – 165; > 165 3 Зміна вмісту вуглецю у металі, при доведенні, % < 0,10; 0,10 – 0,20; > 0,20 3 Зміна температури металу під час доведення, 0С <10; 10 – 20; 21 – 30; 31 – 40; 41 – 50; >50 6 Задана температура сталі, 0С <1570; 1570 – 1585; 1586 – 1600; 1601 – 1615; >1615 5 Заданий мінімальний вміст вуглецю у сталі, % < 0,05; 0,05 – 0,06; 0,07 – 0,10; 0,11 – 0,15; > 0,15 5 Положення фурми та інтенсивність подання кисню на доведення вста- новлюються рівними їх значенню на «зразковому» доведені ,0р HH = .0р vv = За умов 0p вп ≤m , тобто в плавці, що потребує нагрівання р вп р 004,0 mH ⋅−=Δ ; (17) р вп рд 5,0 m⋅−=Δτ ; (18) рр н 318 τΔ⋅=ΔV , (19) де рHΔ — зміна відстані фурми від рівня спокійного металу на доведенні, калібр; рдτΔ — тривалість продувки із піднятою фурмою, хв.; р нVΔ — сумар- на витрата кисню на нагрівання, м3. Розрахунок охолоджуючого матеріалу і сумарних витрат кисню на до- ведення плавки за відсутності інформації про вміст вуглецю у металі на останній фазі продувки і за наявності «зразкової» продувки описується рів- няннями: ср р рp вп 5,0045,0 v VVtm − +Δ⋅= ; (20) p вп рр 100)( mVVV −−=Δ , (21) де VV p,Δ — відповідно розраховані сумарні витрати кисню на плавку та поточні витрати кисню під час вимірювання температури металу за допомогою зонду, м3; срv — середня інтенсивність подачі кисню у кінці продувки, м3/хв. Положення фурми й інтенсивність подачі кисню на доведення встанов- люються рівними їх значенню на останніх хвилинах «зразкової» продувки. При ,0р вп ≤m р н рр ,, VH ΔΔΔ τ розраховуються за формулами (17)–(21). Формули (17) – (21) можуть бути використанні для доведення (корек- тування) плавки за результатами, що отриманні після першої повалки. В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 78 Система прийняття рішень працює у діалоговому режимі. Спілкування дистрибуторщика з системою організовано через сукупність відеокадрів. Відеокадр VK1 «Початкові технологічні параметри поточної плавки» (рис. 1) викликається введенням дистрибуторщиком марки сталі на поточну плавку чи з головного меню. Вся інформація поступає на відеокадр із маси- ву даних поточної плавки. За необхідності скоректувати деякі початкові па- раметри дистрибуторщик активізує курсором позицію «З корекцією даних», після чого на екрані з’являється цифрова клавіатура та виконується набір нової інформації, яка після виходу з відеокадру заноситься у масив з озна- кою «Скоректовано» (підсвічується малиновим кольором). За відсутності хімічного складу чавуну на поточну плавку видається повідомлення «Хімсклад чавуну усереднений» і підсвічується кнопка «НС». Відеокадр VK2 «Продувка» (рис. 2) викликається з відеокадру VK1 (рис. 1) натисканням кнопки ⇒ або з головного меню. Результати розрахунку шихти виводяться на табло «РЕКОМЕНДАЦІЇ НА ПЛАВКУ» (сумарні зна- чення параметрів) при натисканні однойменної кнопки. Одночасно запов- нюються поля параметрів із масиву поточної плавки. За відсутності інфор- мації про будь-який параметр видається повідомлення, і поле параметру підсвічується червоним кольором. У випадку необхідності зміни значень початкових технологічних пара- метрів необхідно повернутися до відеокадру VK1 натиснувши кнопку «ПОВЕРНУТИСЯ». Поля параметрів сум. вапно, сум. доломіт, сум. вапняк, сум. шпат, сум. магнезит, сум. кокс, сум. окатиші заповнюються у процесі продувки по мірі завантаження відповідних матеріалів у конвертер. Запов- нене поле підсвічується зеленим кольором. ПЛАВКА №1400433 Час/дата Повідомлення 12 : 44 : 56 31.01.2010 Хімсклад чавуну усереднений НС Цифрова клавіатура 1 2 3 Назад 4 5 6 Скид 7 8 9 Введення 0 Відміна Головне меню ПОЧАТКОВІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ПАРАМЕТРИ ПОТОЧНОЇ ПЛАВКИ Марка сталі 15 Задана темпе- ратура 1600 Заданий min вуглець 0,12 Час простою 00:21 № по футерівці 518 Маса брухту 39 Продувка З коректуван- ням даних Маса чавуну 121,0 Температура чавуну 1303 Mnч 0,55 Siч 0,95 Sч 0,020 Маса чавунного брухту 00 Pч 0,050 - – Так Рис. 1. Відеокадр VK1 «Початкові технологічні параметри поточної плавки» Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 79 З початком продувки запускається табло «Тривалість продувки» та «Сум. витрати дуття», «Прогнозована маса рідкої сталі». Якщо плавку необ- хідно проводити зі скачуванням шлаку, світиться поле «СКОЧАЙ ШЛАК» із рекомендацією часу зупинки продувки для цієї операції. Також безперервно видається на відповідне поле значення поточної витрати кисню і положення фурми. Значення швидкості зневуглецювання і вмісту вуглецю у ванні у про- цесі продувки виводяться у вигляді графіків. На табло «РЕЖИМ РОБОТИ» примусово встановлюється позиція «РУЧН» (ручне керування). Для переходу на автоматичне керування натис- кається кнопка «АВТ». ВИСНОВКИ Сформульовано критерій керування процесом дуття конвертерної плавки, що дозволив поєднати три основні мети, а саме отримання заданого вмісту вуглецю, температури і вмісту сірки завдяки введенню коефіцієнтів, що ви- значаються масштабами змінних, які входять у критерій (є нормалізаційни- ми — дозволяють оперувати з відносними значеннями), а також залежать від співвідношення частот коректувань через непопадання по вуглецю, тем- пературі та сірці, відповідно (є ваговими — вказують чи буде досягнуто ме- ти). Тобто спочатку розраховується імовірність того, що потрібно буде про- водити коректуючі операції і які саме, потім визначається, яка складова критерію буде найбільш ваговою. Плавка Футерівка Марка сталі Маса брухту Маса рідкої сталі Маса чавуну Температура чавуну Si чавуну Mn чавуну S чавуну P чавуну Задан. температура Сум. вапно Сум. доломіт Сум. вапняк Сум. шпат Сум. магнезит Сум. кокс № 1400433 00518 15 145 121 1303 0,95 9,0 0,55 0,02 0,05 1680 0,0 0,0 0,25 0,0 0,0 0,0 РУЧН СКОЧАЙ ШЛАК РЕЖИМ РОБОТИ AВТ ГОЛОВНЕ МЕНЮ РЕКОМЕНДАЦІЇ НА ПЛАВКУ ПОВЕРНЕННЯ РЕКОМЕНДАЦІЇ НА ПЛАВКУ СУМ. ВИТРАТИ КИСНЮ 7500 ТРИВАЛІСТЬ ПРОДУВКИ 18:50 СУМ. ВИТРАТИ ВАПНА 9.50 СУМ.ВИТРАТИ ВАПНЯКУ 0.00 СУМ. ВИТРАТИ ШПАТУ 0.25 39 Тривал.продувки 12 : 35 Сум. витрати дуття 4850 Час скочув. 10:00 Положення фурми 1.1 Витрити кисню 395 «ККЦ» 31 січня 2010 г 12 : 24 : 56 КОНВЕРТЕР №3 ЗМІНА 2 Час/дата Повідомлення 12 : 44 : 56 НС Рис. 2. Відеокадр VK2 «Продувка» В.С. Богушевський, В.Ю. Сухенко ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 80 Наведено принципи розробки математичної моделі й розрахунку по- правочних коефіцієнтів, що зв’язані з дрейфом об’єкта або відхиленням від розрахованих значень. У наслідок впливу шумів процесу і похибок у визна- чені значень вихідних і керуючих параметрів кількість плавок у такті для уточнення коефіцієнтів рівнянь має бути як можна більшою. З іншого боку внаслідок дрейфу характеристик об’єкта ця кількість має бути як можна мен- шою. Дослідженнями, що проведені нами, встановлено, що оптимальна кількість плавок для коректування коефіцієнтів, за яких досягається міні- мальна похибка системи дорівнює 15. Розроблені моделі та алгоритми реалізовано в АСК режимом дуття в скла- ді АСКТП конвертерної плавки і пройшли промислове випробовування за даними конвертерного цеху ВАТ «Металургійний комбінат ,,Азовсталь”». Моделі передані ТОВ «TREI-Україна» для впровадження на конвертері №3 ВАТ «Арселорміттал, Крівий Ріг». ЛІТЕРАТУРА 1. Чернега Д.Ф., Богушевський В.С., Готвянський Ю.Я. Основи металургійного виробництва металів і сплавів: Підручник. — К.: Вища школа, 2006. — 503 с. 2. Богушевский В.С., Ларионов А.А., Буга И.Д., Рюмшин Н.А., Сорокин Н.А. АСУТП конвертерного производства и специальной электрометаллургии. — К.: НПК «Киевский институт автоматики», 1997. — 292 с. 3. Колпаков С.В., Тедер Д.И., Дубровский С.А. Управление конвертерной плавкой. и др. — М.: Металлургия, 1981. — 144 с. 4. Жидков В.Д., Соколов В.И., Кудрин Н.А., Васильев И.Я. Влияние дутьевого режима на динамику шлакообразования в конвертере // Сталь. — 1991. — № 4. — С. 25 − 29. 5. Богушевский В.С., Сухенко В.Ю. Критерий управления конвертерной плавкой // Новости науки Приднепровья. — 2008. — № 3–4. — С. 104 – 106. 6. Богушевський В.С., Сухенко В.Ю. Принципи створення моделі конвертерного процесу // Матеріали для роботи в екстремальних умовах: матеріали Міжнародної наук.-техн. конференції (Київ, 30–31 жовтня 2008 р.). — М-во освіти і науки, НТУУ «КПІ», 2008. — С. 140 – 143. 7. Богушевский В.С., Сухенко В.Ю., Сергеева К.А. Математическая модель кон- вертерной плавки // Адаптивні системи автоматичного управління. Міжвідомчий науково-технічний збірник. — Дніпропетровськ: Системні технології. — 2009. — Вип.15 (35). — С. 91 – 96. 8. Богушевский В.С., Рюмшин Н.А., Сорокин Н.А. АСУТП производства стали в конвертерах. — К.: Технiка, 1991. — 180 с. 9. Богушевский В.С., Сухенко В.Ю., Сергеева К.О. Система прийняття рішень при керуванні киснево-конвертерною плавкою // Нові технології. — 2009. — № 1. — С. 98 – 101. 10. Богушевский В.С., Сухенко В.Ю., Сергеева Е.А. Управление доводкой конвер- терной плавки // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 14 – 18. 11. Богушевський В.С., Сухенко В.Ю., Сергеєва К.О., Жук С.В. Аналіз можливостей використання відомих принципів розробки моделі для управління конвер- терною плавкою // Матер. XV Міжнар. конф. з автоматичного управління (Ав- томатика–2010), м. Харків, 27–29 вересня 2010 р. — Ч. 1. — Харків, 2010. — С. 188 – 190. Поступила 31.05.2011

Система прийняття рішень у керуванні режимом дуття конвертерної плавки

Institution

Ähnliche Einträge