WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

СУТЯГИН Константин Леонидович РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ — 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный политехнический университет”

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Карасев Валентин Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Волохонский Лев Абрамович кандидат технических наук Князев Владимир Серафимович

Ведущая организация: ОАО "Невский завод"

Защита диссертации состоится “ 08 ” июня 2006 г. в 18 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212. 229. 14 в ГОУ ВПО “Санкт - Петербургский государственный политехнический университет” по адресу: 195251, г. С.- Петербург, Политехническая ул., 29, химический корпус, ауд. 51.

С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО “СанктПетербургский государственный политехнический университет”.

Автореферат разослан «» _ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.229.14, д.т.н., профессор Кондратьев С. Ю.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Доля выплавки электростали в современном мире приближается к 40 %. Последние 20 лет технология электроплавки и оборудование дуговых сталеплавильных печей (ДСП) находятся в состоянии технической революции.

Двухшлаковый процесс сменился одношлаковым. Отдельные технологические операции рафинирования металла смещены в период плавления. Широкое распространение получила продувка ванны кислородом. В качестве составляющей металлошихты появился жидкий чугун. Практикуется плавка с неполным выпуском металла из печи. Жидкая ванна продувается газом через подовые фурмы. Как дополнительное топливо используется кокс или его заменители. Коксовая пыль применяется для вспенивания печного шлака.

В области технической оснащенности печей также произошли существенные перемены.

Многократно возросла удельная мощность и вторичное фазное напряжение печного трансформатора. Время цикла плавки сократилось до 40 – 60 минут, в том числе продолжительности жидкого периода плавки - до 10-15 минут. Огнеупорная кладка стен и свода печи заменена водоохлаждаемыми элементами. В период плавления используются мощные топливо-кислородные горелки (ТКГ). Отходящими печными газами ведется предварительный подогрев металлошихты. Появились шахтные и двухванные дуговые печи, печи постоянного тока. Широкое развитие получила автоматизация процесса электроплавки в системе АСУ ТП.

Конкуренция среди производителей электростали заставляет использовать новые технические решения в технологии и оборудовании. Они реализуются в печах новейших конструкций, вводимых в эксплуатацию. Осуществляется реконструкция и модернизация существующего электропечного оборудования металлургических и, что настоятельно необходимо, машиностроительных заводов. В этих условиях большое значение приобретает прогнозирование показателей работы агрегата, оценка реальных преимуществ модернизации.

Цель работы. Разработка метода прогнозирования показателей работы дуговых сталеплавильных печей на основе знаний о теплоэнергетических и технологических параметрах плавки.

Основные задачи. 1. Проанализировать возможность использования в качестве основы метода прогнозирования комплекса электрических и рабочих характеристик дуговых сталеплавильных печей.

2. Выявить и использовать технические возможности построения фактических электрических характеристик посредством применения современных информационноизмерительных систем разного уровня сложности.

3. Определить содержание понятия полезный расход электроэнергии (Wполэ) и разработать алгоритмы его расчета.

4. Провести анализ существующих расчетных и экспериментальных методов определения мощности тепловых потерь от электрических дуг (Ртпэ). Разработать и опробовать новые экспериментальные и расчетные методы определения Ртпэ.

5. Обосновать введение понятия виртуальное фазное напряжение (Uвф) для печей, работающих в течение периода плавки (плавление, рафинировка) на различных ступенях вторичного фазного напряжения. Разработать принципы поиска и оптимизации Uвф, а также методику последующего пересчета виртуального напряжения в реальные фазные напряжения действующего силового трансформатора.

6. Определить объем исходных технологических и теплоэнергетических данных для реализации прогнозирования основных показателей работы дуговой печи.

7. Опробовать методику прогнозирования показателей работы на действующих дуговых печах, оснащенных информационными системами разного уровня сложности.

Метод исследования. Проводился контроль технологических и теплоэнергетических процессов в рабочем пространстве действующих дуговых сталеплавильных печей вместимостью 50, 10 и 5 тонн, а также установки АКОС вместимостью 85 тонн, установленной фирмой Фукс на ЗАО "Петросталь". В большинстве случаев для регистрации текущих параметров работы печи использовались современные компьютерные средства.

Обработка обширных численных массивов осуществлялась с помощью локальных программ на ЭВМ.

На защиту выносятся:

1. Методы прогнозирования показателей работы действующих дуговых сталеплавильных печей, оснащенных информационными системами различного уровня сложности.

2. Методы построения фактических электрических характеристик дуговых сталеплавильных печей.

3. Новые расчетные и экспериментальные методы определения мощности тепловых потерь Ртпэ, в том числе и потерь за счет испарения металла в зоне электрической дуги.

4. Принцип использования виртуального фазного напряжения с последующим разложением его на реальные фазные напряжения печного трансформатора. Способ оптимизации напряжения для жидкого периода плавки.

Научная новизна. 1. Разработан и опробован метод прогнозирования показателей работы действующих электродуговых печей, оснащенных информационными системами разного уровня сложности.

2. Выявлены возможности построения фактических электрических характеристик дуговых сталеплавильных печей путем статистической обработки массивов текущих цифровых информационных данных электрического режима работы печи. Полученные результаты сопоставлены с данными измерений текущих электрических параметров, выполненных с помощью цифрового многоканального осциллографа "Нева – ИПЭ".

Предложена методика построения фактических электрических характеристик ДСП.

3. Разработана компьютерная программа определения удельного, полезного расхода электроэнергии.

4. Проанализированы существующие и предложены новые методы определения мощности тепловых потерь (Ртпэ).

5. Предложена методика построения виртуальных электрических характеристик печи при работе на двух и более ступенях напряжения за период плавки. Предложен способ определения оптимального виртуального напряжения для работы печи в жидкий период плавки (рафинировка).

Практическая значимость работы. 1. Разработанный и опробованный метод прогнозирования показателей работы дуговых сталеплавильных печей дает возможность предсказать результаты реконструкции агрегата, внедрения новых технологий и организационных мероприятий.

2. Алгоритмы расчета полезного удельного расхода электроэнергии могут послужить базой для разработки элемента программы автоматизированного управления процессом плавки в режиме АСУ ТП.

3. Предложенные новые расчетные и экспериментальные способы определения мощности тепловых потерь позволяют контролировать тепловое состояние агрегата и разрабатывать мероприятия по повышению эффективности использования электроэнергии в рабочем пространстве печи.

Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на семинарах кафедры “Стали и Сплавы”, а также на конференциях “XXХ неделя науки СПбГТУ”, С-Петербург, 2002 г.; “XXХII неделя науки СПбГПУ”, 2004 г; “XXХIII неделя науки СПбГПУ”, 2005 г, на международной научно-практической конференции “Энергоресурсосбережение на предприятиях металлургической, горной и химической промышленности”, Пушкин, 2005 г.; на технический совете ООО "ОМЗ-Спецсталь", Колпино, 2005 г; техническом семинаре ООО "ИЖОРА - Энергосбыт", Колпино, 2006 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит рисунок и 19 таблиц, список литературы состоит из 120 наименований, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обосновывается актуальность работы, формулируются ее цель и основные задачи.

В первой главе дан критический обзор современного состояния прогнозирования показателей работы ДСП. Прогнозные величины обычно представлены в виде эмпирических формул или табличных значений, связывающих отдельные параметры технологического или энергетического процесса электроплавки с соответствующей затратой или экономией электроэнергии. Источником этих данных являются расчеты или отдельные производственные наблюдения для конкретных условий работы печи. Значения, приводимые различными авторами, весьма противоречивы. Обычно не сообщается, каким образом получены те или иные коэффициенты, входящие в уравнения. В современных условиях прогнозирование расхода электроэнергии нуждается в единой научно обоснованной системе расчетов, комплексно учитывающей особенности технологического процесса и энергетического режима плавки.

В качестве такой основы предложена система расчетов теоретических электрических и рабочих характеристик, разработанная А.Н.Соколовым и использованная им для установления рациональных электрических режимов работы ДСП. Для прогнозирования показателей работы печи требовалось доработать систему расчетов. Необходимы были не теоретические, а фактические электрические характеристики. Для построения рабочих характеристик дополнительно требовалось составить программу расчета полезного расхода электроэнергии (Wполэ кВт-ч/т), найти способы более точного определения мощности тепловых потерь от электрических дуг (Ртпэ, МВт), сделать возможным применение Wполэ и Ртпэ для печей, работающих на нескольких ступенях напряжения в течение одного периода плавки.

Для реализации намеченной программы были использованы современные информационные системы, объективно контролирующие во времени ход технологического и теплоэнергетического процесса плавки и компьютерная техника.

Во второй главе определено содержание понятия полезный удельный расход электроэнергии (Wполэ, кВт-ч/т). Этот расход определяется количеством электроэнергии, которое необходимо ввести в сталеплавильную ванну в расчете на 1 т жидкой стали для того, чтобы полностью реализовать технологические задачи периода или плавки в целом.

Полный (суммарный) полезный расход энергии Wпол учитывает затраты всех источников тепла на нагрев, расплавление и перегрев металла и шлака, а также тепла, необходимого для реализации эндотермических процессов. При расчете Wполэ учитывается только та часть тепловой энергии, которая вносится электрическими дугами:

Wполэ = Wпол -Wполхр -Wполткг, (1) где Wпол, Wполхр, Wполткг - соответственно полезный суммарный удельный расход тепловой энергии, составная часть полезного расхода, вносимая химическими (экзотермическими) реакциями и топливо-кислородными горелками. Разработаны алгоритмы и программа расчета Wполэ. Определен объем необходимых для расчета технологических сведений о ходе плавки.

Обобщен литературный материал по экспериментальным и расчетным методам определения мощности тепловых потерь в ДСП. Показано, что методы оценки Ртпэ по данным теплового баланса или расчета отдельных составляющих баланса имеют значительные погрешности.

Введено понятие мощность тепловых потерь за счет испарения Ртписп, как одна из составляющих Ртпэ. Предложена методика определения Ртписп для условий периода плавления, когда электрическая дуга горит на жидком металле, не покрытом слоем шлака. Площадь, с которой испаряется железо, определена как контактная поверхность дуги и металла с учетом вращения дуги на торце электрода и заглубления зоны дуги в расплав. Удельная интенсивность испарения с указанной выше площади оценена (Vисп) в 0,20 кг Fe/(м2·с). Приняв Vисп постоянной, можно определить Ртписп для печей любой вместимости. При определении тепловых потерь на испарение принимали во внимание возврат тепла в ванну за счет конденсации и окисления паров железа. Мощность тепловых потерь в период плавления за счет испарения для печи ДСП-10 составила 201 кВт, а для печи ДСП-50 – 702 кВт.

Мощность тепловых потерь Ртпэ может быть при определенных условиях экспериментально определена на действующей печи посредством измерения мощности электрических дуг Рд. Мощность дуг в рабочем пространстве печи распределяется на мощность полезную Рполэ и мощность, идущую на покрытие всех составляющих тепловых потерь Ртпэ: Рд = Рполэ + Ртпэ.

Для реализации измерения необходимо создать условия в печи, когда Рполэ равна нулю.

Требуется 3 – 5 минутная выдержка жидкого металла, когда температура ванны постоянна и в печь не вводится никаких шлакообразующих, легирующих материалов. Измеряемая мощность дуг в этот период и будет мощностью тепловых потерь (Рд = Ртпэ). Можно представить Ртпэ = Ртпв + Ртписп + Ртпод, где Ртпв есть тепловые потери ванны при отключенных дугах и без ввода в рабочее пространство и ванну каких-либо теплоносителей, Ртпод - мощность тепловых потерь открытой частью дуги. Когда дуга полностью закрыта шлаком, тогда Ртписп и Ртпод будут равны нулю, а Ртпэ = Ртпв. Это самый благоприятный момент для экспериментального определения мощности тепловых потерь.

В условиях, когда ведется нагрев металла, вводятся шлакообразующие или другие материалы определить Ртпэ. также возможно. Для этого следует учесть изменение энтальпии жидкой ванны и химических реакций, протекающих в металле и шлаке, а также охлаждающее воздействие загружаемых в печь материалов. Необходимо рассчитать для заданного отрезка времени полезный расход электроэнергии Wполэ и Рполэ. Для таких плавок Ртпэ = Рд - Рполэ.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»