Итоговый анализ показывает, что использование процедуры оптимизации делает расчет масс ферросплавов более гибким, позволяющим учитывать ограничения по наличию ферросплавов, себестоимости стали. При необходимости можно путем изменения коэффициентов ориентировать алгоритм на менее экономичную технологию, но гарантирующую получение высоких механических свойств проката.

Рисунок 6 – Сопоставление результатов вариантов оптимизации по марганцу

Рисунок 7 – Сопоставление результатов вариантов оптимизации по кремнию

Рисунок 8 – Масса силикомарганца в различных вариантах оптимизации

2.5 Разработка технологической инструкции и блок-схемы алгоритма управления технологическим процессом

Согласно материалу, изложенному в подразделах 2.2 и 2.4 данного дипломного проекта, была разработана следующая технологическая инструкция процесса раскисления и легирования конвертерной стали.

1. Раскисление и легирование стали марганцем, кремнием, алюминием, титаном, хромом и цирконием производится в ковше, медью и никелем – в конвертере. Разрешается присадка в ковш меди и никеля для корректировки химического состава. Раскислители и легирующие добавки расходуются по весу из расчета получения заданного содержания элементов в готовой стали.

2. Количество отдаваемых в ковш ферросплавов определяется в соответствие с рекомендацией ЭВМ. Для получения рекомендаций ЭВМ мастер задает для расчета виды ферросплавов и код марки.

3. Система расчета рекомендаций с элементами оптимизации позволяет мастеру в ориентации на наличие ферросплавов задавать константы критерия оптимизации; при повышенных механических свойствах проката и недостатке ферросплавов ориентировать процедуру оптимизации на получение пониженного содержания марганца в стали и на экономию марганецсодержащих ферросплавов.

4. По химическому составу ферросплавы должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов, а мастеру конвертеров должен быть известен состав применяемых ферросплавов.

5. Вводимые в ковш ферросплавы должны быть сухими, в кусках не более 50 мм, алюминий рекомендуется применять весом не более 4 кг.

6. Перед посадкой в ковш подлежат прокаливанию в печах для прогрева и сушки силикомарганец в количестве 4 т на плавку при выплавке стали марок 14Г2, СВ08Г2С, 20ГС, 09Г2СЦ, ферромарганец в количестве 2 т на плавку при выплавке стали марок 15ХСНД, 30ХС2, 20Х-45Х.

7. Присадку ферросплавов следует начинать после наполнения металлом ковша на 1/5 высоты ковша и заканчивать до наполнения его на 2/3 высоты.

8. Кипящая сталь раскисляется ферромарганцем с содержанием кремния не более 1.5%, для корректировки окисленности стали марок 08кп, 1кп разрешается присадка в ковш алюминия до 100 г/т, для стали марок СВ08, СВ08А – до 50 г/т.

9. Полуспокойная стали марок 08пс, 10пс, 3пс, 5пс раскисляется ферромарганцем и силикомарганцем (ферросилицием) из расчета получения в металле 0.05-0.07% кремния.

10. Спокойная сталь раскисляется ферромарганцем (силикомарганцем), ферросилицием и алюминием.

Учитывая выше написанное, представленная на рис.3 блок-схема примет вид рис.9.

Рисунок 9 - Блок-схема алгоритма управления процессом раскисления и легирования

3 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1 Алгоритмическое обеспечение системы управления

Разработка алгоритмического обеспечения производилась в соответствие с источником информации (22).

3.1.1 Назначение и характеристика системы управления

Целью разрабатываемой системы расчета раскислителей и легирующих на плавку является экономия ферросплавов, увеличение процента попадания в определенные допуски, снижение брака. В связи с широким сортаментом стали, выплавляемой в ККЦ-1, повышенными требованиями к качеству продукции, в частности, по содержанию легирующих элементов в стали, требуется оптимизация проведения процесса раскисления и легирования. получение металла с заданным химическим составом и механическими свойствами затруднительно в виду огромной для человека-оператора размерности решаемой задачи (12), как-то: большое количество выплавляемых марок стали и используемых раскислителей и легирующих; высокая степень колебания заданного состава готового металла от выпуска к выпуску; изменчивость физико-химических свойств раскислителей; необходимость проведения раскисления и легирования в условиях неполноты информации; определение требуемых масс ферросплавов при колебаниях коэффициента угара; малое время слива и, как следствие, ограниченное время для принятия окончательного решения по расходу раскислителей. Назначение требуемых масс ферросплавов, полагаясь лишь на опыт мастера-технолога, приводит к перерасходу раскислителя, непопаданию в заданный диапазон по химическому составу, браку готовой продукции. Для предотвращения этого разработана автоматизированная система управления процессом раскисления и легирования стали при сливе ее в ковш из конвертера.

Сведения о процессе управления и воздействия на процесс с точки зрения пользователя, осуществляемые при функционировании алгоритма, заключаются в следующем (10).

Основная задача раскисления – это снижение содержания растворенного в металле кислорода до пределов, при которых обеспечивается получение качественного слитка. Для решения этой задачи в металл вводят элементы-раскислители, образующие при данных термодинамических условиях окислы, более прочные, чем оксид железа FeO, и не растворимые в стали. Для получения спокойной стали элемент-раскислитель должен обладать большим сродством к кислороду не только по сравнению с железом, но и с углеродом, так как необходимо предупредить возможность развития реакции обезуглероживания и образования оксида углерода. Поэтому обычно в качестве раскислителя применяют такие элементы, как марганец, кремний, подаваемые в виде ферросплавов, и алюминий, подаваемый в кусках.

Основная задача легирования – получение каких-то определенных физико-химических свойств стали, а также обеспечение заданного химического состава. Это достигается путем введения необходимых элементов в сталь и растворение их в жидком железе. Но условия сталеплавильного процесса таковы, что часть подаваемых элементов, окислившись, переходят в шлак из-за воздействия с кислородом газовой фазы, оксидом железа шлака, растворенным в металле кислородом. В результате этого не вся масса легирующих переходит в металл. Поэтому для получения заданного химического состава необходимо давать строго определенные массы раскислителей и легирующих, которые должны определяться с учетом угоревших масс, то есть масс, перешедших в шлак. Воздействиями на процесс с точки зрения пользователя в этом случае является отдача тех масс ферросплавов в ковш, которые рекомендуются данным алгоритмом.

Ограничение на возможности применения алгоритма заключается в том, что данный алгоритм предназначен для расчета масс ферросплавов, как-то ферромарганца, силикомарганца, ферросилиция 65 и 45 и их комбинации между собой, поэтому алгоритм способен определять только эти массы и не распространяется на другие элементы раскислителей и легирующих. Условие применения алгоритма – работа при существенной неполноте информации. Полный объем информации включает экпресс-анализ стали на повалке, химический анализ готовой стали, веса раскислителей, отданных на плавку, время слива и время додувки стали, содержание элемента в раскислителях, вид применяемого раскислителя. Если же к моменту начала расчета отсутствует какая-либо информация, то берется прогнозируемое значение. Характеристики решения: точность до 10 кг/т, время – в течение минуты алгоритм выдает массы ферросплавов. Общие требования к входным и выходным данным заключаются в проверке их на достоверность. Недостоверные данные заменяются прогнозируемыми значениями. Форматы и коды, используемые в системе, одинаковы для соответствующих параметров.

3.1.2 Алгоритм решения

Систему раскисления и легирования стали в ковше можно представить в виде функциональной блок-схемы (рис.10), которая, как и все последующие блок-схемы, составлена согласно ГОСТу (17). Рассмотрим описание связи между частями и операциями алгоритмов.

В блоке 1 поступление информации на текущую плавку и информация о прошедших плавках из непрерываемой и групповой предыстории включает в себя ввод с клавиатуры информации в объеме массива производственных данных на плавку и считывания из блоков данных из групповой и непрерывной предыстории параметров, необходимых для расчета.

В блоке 2 вводится марка стали мастером-технологом путем набора кода марки выплавляемой стали.

В блоке 3 контроль входной информации осуществляется в некотором вероятном для каждого параметра диапазоне, определенном из опытных данных. Если параметр выходит за пределы диапазона, оператору системы выда-

Рисунок 10 - Блок-схема алгоритма раскисления и легирования стали

ется диагностическое сообщение: "параметр недостоверен". Контроль производится по коду марки К (диапазон изменения от 1 до 99), времени додувки _д (диапазон изменения от 10 до 150 с), времени слива _сл (диапазон изменения от 150 до 850 с), процентному содержанию 1-ого элемента в ферросплаве k L^kl (диапазон изменения марганца в ферромарганце от 69 до 84%, силикомарганце от 71 до 80%, кремния в силикомарганце от 16 до 20%, в ферросилиции 65 от 63 до 68%, в ферросилиции 45 от 43 до 48%), массе ферросплава k M^k_ф (диапазон изменения от 0 до 900 кг). Блок-схема алгоритма контроля входной информации представлена на рис.11.

Рисунок 11 - Блок-схема алгоритма контроля входной информации

В блоке 4 выбираются задания по углероду, марганцу и кремнию готовой стали для требуемой марки стали. Работа вычислительного алгоритма по расчету раскислителей и легирующих производится по 7 группам марок стали. Каждая группа марок стали характеризуется одинаковым угаром марганца и кремния и относительно одинаковым их содержанием в готовой стали разных марок. С вводом марки стали определяется принадлежность этой марки к той или иной группе, и формируется для расчета групповая и непрерывная предыстория. По коду марки определяется задание на содержание элемента в готовой стали, допустимые пределы на содержание этого элемента, а также вид раскислителей, применяемых на этой марке.

В блоке 5 осуществляется расчет (восстановление) фактических угоревших масс элементов и эквивалентной окисленности. По номеру плавки находится в предыстории бланк на эту плавку, по которому определяется, вводил ли мастер по этой плавке код марки, то есть, производился ли расчет ферросплавов на данную марку. Проверяется также, ввел ли контролер отдела технического контроля фактические веса ферросплавов, по которым производится расчет фактических угоревших масс элемента, определяемый как разность между массой элемента в отданном ферросплаве и массе элемента, находящегося на плавку. Если код марки или фактические веса раскислителей не вводились или фактический угар не проходит контроль по ограничению, то расчет по этой плавке не производится. Если введены код марки и фактические веса ферросплавов, угар элемента прошел контроль, по данной плавке формируется предыстория. В непрерывной предыстории производится релейно-экспоненциальное сглаживание значений углерода и марганца, полученных на повалке, и времени слива. В групповой предыстории производится релейно-экспоненциальное сглаживание значений углерода и марганца на повалке, времени слива, значений углерода, марганца и кремния готовой стали. Эквивалентная окисленность определяется как остаточная окисленность после отдачи раскислителей по каждой группе марок отдельно плюс пересчитанные в окисленность через коэффициент перевода Д угара марганца и кремния угоревшей массы. Блок-схема расчета фактических угоревших масс и эквивалентной окисленности представлена на рис.12.

В блоке 6 происходит адаптация коэффициентов пересчета. Алгоритм адаптации начинает свою работу с приходом химического анализа готовой стали. Ошибки прогноза угара элементов и эквивалентной окисленности на плавку определяются как разность между фактическим угаром элемента и расчетной по угару эквивалентной окисленностью и их прогнозируемыми значениями на данную (i-s)-тую плавку. Вычисление приращений времени слива и времени додувки для непрерывной предыстории производится как разность значений между временем слива и додувки на (i-s)-той плавки и