-1_2 (Технология автоматизация литейных процессов), страница 6

Рисунок 3 - Блок-схема модели расчета масс ферросплавов

Изображенная блок-схема модели расчета масс определяет те массы ферросплавов, которые и являются рекомендацией на предстоящую плавку.

Для каждой марки стали определена базовая угоревшая масса элементов (марганца, кремния), то есть средняя величина угара элемента в условиях раскисления металла в данном цехе. Марки стали, имеющие близкие значения базовых угоревших масс элемента, объединены в группы. Различие угоревших масс элементов по группам сталей свидетельствует о том, что предыстория плавки может быть непрерывной только внутри групп, а при переходах от одной группы сталей к другой она прерывается. Для сохранения непрерывности предыстории плавки с целью максимального извлечения информации из предыдущих плавок используется понятие эквивалентной окисленности плавки, которая рассчитывается по формуле:

(1)

где O(i) – полная окисленность i-ой плавки, %;

- остаточная базовая окисленность для группы сталей, к которой принадлежит i-ая плавка, %;

М¹_уг(i) – угоревшая масса элемента 1, кг;

1 – порядковый номер элемента (марганца, кремния);

D(i) – коэффициент пересчета угоревших масс элементов в эквивалентную окисленность, отн.ед.;

n – количество элементов (марганец, кремний).

Эквивалентная окисленность плавки выравнивается по всем плавкам независимо от группы сталей и прогнозируется для предстоящей плавки при расчете расхода ферросплавов. Расчет эквивалентной окисленности стали на предстоящую плавку производится по формуле (2):

где О^б(i) – прогнозируемая базовая эквивалентная окисленность, %;

Cⁿ(i), Mnⁿ(i) – прогноз экспресс-анализа стали, %;

C(i), Mn(i), Si(i) – прогноз маркировочного анализа, %;

t_сл(i), t_д(i) – прогноз времени слива и додувки, с;

B^C, B^Mn, B^Si – коэффициенты, определяющие базовые значения углерода, марганца и кремния готовой стали, %;

б – индекс базовых значений;

i – плавка, на которую ведется расчет ферросплавов.

Угоревшие массы элементов, используемые вместо коэффициента угара, вычисляются по каждой раскисленной плавки после поступления данных химического анализа готовой стали с учетом фактических доз ферросплавов по формуле:

(3)

где М^к_фер(i) – расход ферросплава K, фактически дозированного на i-ой плавке, кг;

L^lk(i) – содержание элемента l в ферросплаве К, %;

l(i) – содержание элемента 1 в готовой стали, %;

l_n(i) – содержание элемента l в стали на повалке, %;

М_ст – масса стали, кг.

Угоревшие массы элементов выравниваются внутри группы сталей и прогнозируются для предстоящей плавки при расчете расхода ферросплавов. Расчет угоревших масс элементов на предстоящую плавку производится по формуле:

(4)

где М^б_уг(i) – прогнозируемая масса l-ого элемента, кг;

C_n(i), Mn_n(i) – прогноз экспресс-анализа стали, %;

C(i), Mn(i), Si(i) – прогноз маркировочного анализа, %;

t_сл(i), t_д(i) – прогноз времени слива и додувки, с;

О(i) – рассчитанная на предстоящую плавку эквивалентная окисленность, %;

i-s^r – плавка, ближайшая по группе.

Для определения и прогнозирования влияния неконтролируемых факторов (ошибка прогноза времени слива, порядок и момент присадки ферросплавов, гранулометрический состав материала, состояние ковша) угоревшие массы элементов и эквивалентная окисленность плавки пересчитываются на базовую марку стали, то есть условную марку, среднюю по своим параметрам для ККЦ-1. Приведение к базовым условиям эквивалентной окисленности производится по формуле:

(5

где О(i-s) – окисленность, вычисленная по формуле (1), %;

C_n, Mn_n – прогноз экспресс-анализа стали, %;

C, Mn, Si – анализ готовой стали, %;

t_сл(i), t_д(i) – прогноз времени слива и додувки, с;

B^C, B^Mn, B^Si – коэффициенты, определяющие базовые значения углерода, марганца и кремния готовой стали, %;

а⁰, b⁰, К⁰_сл, К⁰_д – коэффициенты пересчета, отн. ед.;

б – индекс базовых значений;

(i-s) – плавка, на которую пришел химический анализ.

Угоревшие массы элементов приводятся к базовым условиям по формуле:

(6)

где М^l_уг(i-s) – прогнозируемая угревшая масса l-ого элмемнта, кг;

C_n, Mn_n – прогноз экспресс-анализа стали, %;

C, Mn, Si – анализ готовой стали, %;

t_сл(i), t_д(i) – прогноз времени слива и додувки, с;

a^l, b^l, K^l_сл, K^l_д – коэффициенты пересчета, отн. ед.;

i – плавка, на которую ведется расчет ферросплавов;

i-s^r – плавка, ближайшая по группе;

B^C, B^Mn, B^Si – коэффициенты, определяющие базовые значения углерода, марганца и кремния готовой стали, %;

l – индекс элемента (Mn, Si).

Базовые значения эквивалентной окисленности плавок и угоревших масс элементов выравниваются (сглаживаются с помощью релейно-экспоненциального фильтра) и прогнозируются на предстоящую плавку. Эквивалентная окисленность сглаживается и прогнозируется внутри каждой группы сталей и непрерывно по всем плавкам. Угоревшие массы элементов, прогнозируемые для базовых условий, пересчитываются на фактические условия текущей плавки по формуле (4).

Угоревшая масса элемента по условиям текущей плавки рассчитывается по формуле:

(7)

где М_эл(Ф) – масса элемента в ферросплаве Ф, т;

(8)

Э_ф – содержание элемента в ферросплаве Ф, %;

М(Ф) – масса ферросплава, используемого в текущей плавки, т;

М^эл_усв – усвоившая масса элемента, т;

(9)

Х – содержание элемента в химическом анализе ковшевых проб, %;

Э – содержание элемента в экспресс-анализе стали, %;

С – масса садки, т.

Коэффициент угара элемента определяется по формуле:

(10)

а коэффициент усвоения элемента – по формуле:

(11)

причем К^эл_уг + К^эл_усв = 1.

Результаты расчета угоревших масс и коэффициентов угара и усвоения элементов по условиям плавок 320719-320777 представлены в табл. 5.1 приложения 5. Последовательности изменения угоревших масс и коэффициентов угара и усвоения элементов, а также параметров плавки в зависимости от номера плавки изображены на рис.5.1-5.10. Зависимости угоревших масс и коэффициентов угара элементов от параметров плавки представлены ни рис. 5.11-5.38, а взаимосвязь коэффициентов угара и усвоения и угоревших масс элементов – на рис.5.39-5.42 приложения 5.

Корреляция на графиках показывает, как тот или иной параметр плавки влияет на коэффициент угара и угоревшую массу элемента. Например, среднее положение фурмы практически не оказывает влияние на угар элемента, а содержание углерода С, наоборот, оказывает влияние. Большей частью высокий коэффициент корреляции имеют графики, построенные для кремния, поскольку в процессе плавки он практически полностью переходит в шлак.

Далее, зная расчетные угоревшие массы элементов, содержание их в ферросплавах, в металле на повалке и требуемое содержание в готовой стали, можно рассчитать расход ферросплавов (расчетные массы). Расчет требуемых масс производится следующим образом. Сначала определяется группа раскислителей по наличию ферросплавов (ферромарганец; ферромарганец и ферросилиций; ферромарганец и силикомарганец; ферросилиций и силикомарганец). Если раскисление осуществляется только ферромарганцем, то используется формула:

(12)

где M^FeMn_р(i) – расчетная масса FeMn, кг;

Mn(i) – заданное содержание марганца готовой стали, %;

Mn_n(i) – прогноз марганца на повалке, %;

М_ст – масса стали, кг;

M^Mn_уг(i) – прогнозируемая угоревшая масса марганца, кг;

L^{Mn, FeMn} – содержание марганца в FeMn, %;

(i) – номер плавки, на которую ведется расчет ферросплавов.

Если раскисление осуществляется FeMn и FeSi, то используется формула:

(13)

где Si(i) – заданное содержание кремния готовой стали, %;

M^Si_уг(i) – прогнозируемая угоревшая масса кремния, кг;

L^{Si, FeSi} – содержание кремния в FeSi, %.

Остальные обозначения идентичны обозначениям формулы (12).

Если раскисление ведется SiMn и FeMn, то используется формула:

(14)

где L^{Si, SiMn} – содержание кремния в SiMn. %;

L^{Mn, SiMn} – содержание марганца в SiMn, %.

Остальные обозначения идентичны обозначениям формул (12) и (13).

Если раскисление ведется SiMn и FeSi, то используется формула:

(15)

где все обозначения идентичны обозначениям формул (12, 13, 14).

Для облегчения расчетов на будущих этапах управления в модели предусматривается предыстория, где результаты проведенных плавок запоминаются и по ним корректируются базовые значения эквивалентной окисленности и угоревших масс элементов, описанные выше, а также используется прогнозирование экспресс-анализа стали, времени слива, адаптация коэффициентов пересчета (для постройки системы). Более подробное описание модели осуществляется в подразделе 3.1, где формируется алгоритм функционирования системы ракисления и легирования.

К особенностям данной модели можно отнести:

1. в основу алгоритма реализации модели положена схема, которая работает при неполной технологической информации, что характерно для процессов в металлургии;

2. расчет расхода раскислителей и легирующих ведется не по эмпирическому коэффициенту угара, а по угоревшим массам элементов, что в большей степени соответствует механизму раскисления и легирования стали;

3. коэффициенты алгоритма и данные, необходимые для расчета, адаптируются по результатам предыдущих плавок.

2.3 Расчеты технологии с использованием разработанной модели

Цель расчетов – показать приемлемость разработанной модели, ее соответствие технологии раскисления и легирования стали в ковше, а также возможность настройки модели (уточнением коэффициентов) в соответствие с возникающими трудностями во время работы системы.

Необходимые для расчетов данные взяты по результатам раскисления и легирования металла в ККЦ-1 ОАО "ЗСМК". При раскислении стали марки 3пс/э заданное содержание марганца в готовой стали составляет 0.51%, кремния – 0.06%. На плавке под номером 320725 сталь на повалке содержала марганца 0.28%, углерода 0.07%, ферросилиция ФС65 отдали 60 кг, силикомарганца - 600 кг. Фактически полученная готовая сталь имела содержание марганца 0.49%, кремния 0.07%. Время слива составило 257 с, додувка не производилась. Условия проведения расчетов заключались в том, что данные этой плавки 10 раз вводились в формулу (15), и результаты каждого просчета рекомендовались как исходные данные для расчета массы элемента в ферросплаве, угоревшей массы элемента и расчетной массы ферросплавов. Результаты расчетов представлены в табл.3 и на рис.4.