книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

определенной пропорции к общему весу шихты. Процент добав­ ляемого в шихту горячего возврата зависит от уровня этого воз­ врата в бункере, что предотвращает переполнение последнего.

Скорость аглоленты автоматически регулируется в зависимо­

сти от толщины слоя шихты на ней при помощи специального датчика уровня, изменяющего задание регулятора скорости дви­ гателя привода ленты.

номера камер

Рис. 48. Кривая распределения температуры по камерам аглоленты

Для обеспечения максимальной производительности и пре­ дотвращения неполного спекания агломерата необходимо, чтобы процесс выгорания кокса заканчивался на краю аглоленты со стороны выдачи. Исследования показали, что то место на ленте,

где заканчивается процесс выгорания кокса, можно определить по температуре отходящих газов в камерах.

На рис. 48 приведена снятая опытным путем кривая распре­

деления температур по камерам (температуру измеряли в сере­ дине камер). Максимальная температура наблюдается в точке,

где полностью заканчивается процесс агломерации. Анализ этой кривой-показывает, что в районе максимума температура может быть с достаточной степенью точности апроксимирована парабо­

температуры, достаточно взять первую производную апроксимирующего уравнения и приравнять ее нулю:

— = 2ахи + 6 = 0, dx

61

откуда

b 2а ’

Чтобы определить коэффициенты а и b апроксимирующего

уравнения, достаточно изморить температуры в середине трек по­

следних камер (№ 21, 20 и 19). Произведя необходимые вычис­ ления, находим

= Ло - Г21 + 0,5 (7\, - 27Т0 + Т21).

Полученная разность подается на электронный усилитель, пи­ тающий балансировочный двигатель, который, перемещая дви­ жок реохорда, сводит эту разность к нулю. При этом положение движка определяется равенством

Таким образом, стрелка, связанная с ползунком реохорда,

указывает по шкале потенциометра координату точки, в которой просасываемый через шихту воздух обладает максимальной температурой, т. е. координату точки, где заканчивается процесс выгорания кокса из шихты. При отклонении этой координаты от

62

заданной величины с регулирующей части автоматического по­ тенциометра снимается напряжение, пропорциональное требуе­ мому изменению высоты слоя шихты на аглоленте. Так как изме­ нение этой высоты в рассматриваемой системе осуществляется путем изменения веса отдельных компонентов, то напряжение,

снимаемое с регулирующей части потенциометра, используется для изменения задания системы весового дозирования шихты.

От момента изменения веса компонентов шихты до момента под­ хода слоя шихты с измененной высотой к краю ленты проходит значительное время. Это время называется транспортным за­ паздыванием и обусловливается скоростью движения материалов

в агломерационной машине. Наличие большого транспортного

запаздывания в системе регулирования может сделать эту систе­ му неустойчивой или колебательной. Во избежание этого изме­ нение задания системы весового дозирования осуществляется не непрерывно, а периодически. После очередного изменения зада­ ния цепь регулирующего воздействия прерывается на время, рав­ ное (либо несколько, большее) времени транспортного запазды­ вания. Если изменение задания не привело к требуемому изме­

нению координаты точки максимальной температуры, то система повторно изменяет задание и ожидает результатов этого измене­ ния в течение времени, равного времени транспортного запазды­ вания.

Рассмотренная схема регулирования скорости спекания агло­ мерата обеспечивает максимальное использование поверхности ленты при данном составе шихты. Однако, как показывает рис. 45, производительность машины определяется еще и соста­ вом шихты. Так, излишнее увлажнение шихты приведет к увели­ чению ее аэродинамического сопротивления, что ухудшит усло­ вия горения. Тогда, чтобы обеспечить окончание процесса спека­ ния агломерата под последней камерой, придется снизить ско­

рость движения ленты. Чрезмерное же уменьшение влажности шихты хотя и улучшит условия горения, но вызовет увеличение количества горячего возврата, а следовательно, снижение произ­

водительности машины. Уменьшение дозировки кокса в шихте

повлечет за собой понижение температуры и плохое спекание агломерата, что приведет к увеличению количества горячего воз­ врата. Наоборот, увеличение содержания кокса вызовет излиш­ нее повышение температуры и затянет процесс выгорания угле­ рода в шихте. Таким образом, по крайней мере два параметра — влажность и содержание кокса — имеют-оптимальные значения, при которых производительность машины будет максимальной.

Оптимальные значения процентных содержаний влаги и кокса в

шихте принципиально могут быть определены при помощи вы­ числительного устройства, моделирующего процесс спекания.

Уравнения, описывающие процесс спекания, точно не извест­ ны, поэтому в модель должны быть введены данные, полученные

экспериментальным путем.

63

В качестве примера рассмотрим возможный метод определе­

ния оптимальной влажности шихты, полагая при этом, что про­

центное содержание кокса неизменно. Так как производитель­ ность агломашины в функции процентного содержания влаги в шихте имеет максимум и машина обычно работает с производи­ тельностью, близкой к максимальной, приближенно примем, что эта функция имеет уравнение параболы (рис. 50)

ляются Риакс,с и Ь\ текущие же значения Р и х могут быть изме­ рены. Пусть в данный момент производительность имеет величи­

dx

определяет положение точки Pi слева от Рм, а отрицательный знак — справа. Знак производной можно определить в процессе работы агломашины, если х испытывает влияние ощутимых слу-

64

чайных возмущений. Однако при нормальном ходе процесса

может пройти значительное время, прежде чем влажность ших­ ты существенно изменится и можно будет определить знак про­ изводной. Поэтому целесообразно вызвать изменение х искус­ ственно, не дожидаясь случайных возмущений.

Допустим, что изменение х производится скачком от Х\ до

Xi+Ax. Знак приращения производительности АР найдем через период времени, за который увлажненная шихта пройдет всю ленту и вызовет смещение координаты точки максимальной тем­ пературы. Очевидно, что смещение этой точки в сторону камер с меньшими номерами означает повышение производительности машины, поскольку для того, чтобы точка максимальной темпе­ ратуры вернулась в прежнее положение, необходимо увеличение

скорости ленты. Определив знак отклонения производительности,

находим тем самым требуемый знак изменения содержания вла­ ги. При этом, однако, остается неизвестным, насколько необхо­

димо изменить влажность. Чтобы ускорить определения требуе­

мого значения содержания влаги в шихте, можно сделать это

изменение линейно зависящим от времени, т. е. после того как

будет определен требуемый знак изменения, осуществлять это

изменение согласно уравнению

х = xt -Т kt.

Тогда уравнение функции P = f(x) будет преобразовано в функ­ цию времени

Ры — Р — т) = с (А4 + kt — b)2,

где P(t—т) —функция времени;

т— время транспортирования шихты от места ее увлажнения до места схода с ленты.

Измерив изменение производительности агломашины, легко

определить действительную величину производной dР = ft(t—т).

Согласно уравнению функции P = f(t) найдем расчетные значе­

ния производной

— = 2с/г(х1+ & — &)• dt

Приравнивая действительные значения производной к сдвинутым на время т расчетным значениям, можно'определить координату Ь — искомое значение влажности шихты. Для этого необходимо еще раз приравнять расчетные и действительные значения про­

изводных, искусственно сдвинутых на время т+А/.

Таким образом, одновременно будут существовать два урав­

нения:

D = 2ck (хх + kt — b)-,

Dy = 2ck [лу H- k (t — А/) — 6],

dP

где D и Di — фактические текущие значения производных -, dt

сдвинутых на время т и т+Д/. Решив совместно эти уравнения, находим

воды при дозировании шихты (со сдвигом на время т). Непре­ рывное решение приведенного выше алгебраического уравнения позволяет вычислять и уточнять значение влажности шихты Ь,

соответствующее максимальной производительности агломаши­ ны, значительно раньше того момента, когда эта производитель­ ность будет получена. Это обстоятельство имеет весьма сущест­ венное значение, поскольку производительность может быть измерена лишь в конце процесса спекания, т. е. со временем за­ паздывания, равным т. Если бы значение b определялось не за­ ранее, а в момент достижения максимума производительности, то вся шихта, находящаяся на участке, определяющем транспортное запаздывание т, имела бы либо избыток, либо недостаток влаги.

Для того чтобы можно было вычислить оптимальное значение

содержания влаги в шихте, необходимо непрерывное определе-

„ dP

ние величины производной —— агломашины.

dt

На рис. 51 приведен вариант схемы, реализующей операцию определения этой производной.

Объемная производительность аглоленты может быть опре­

делена как

р' = vh'N,

где v — скорость движения ленты; h — толщина слоя шихты;

N — ширина слоя шихты.

При этом предполагается, что процесс спекания заканчивает­ ся на краю ленты. Так как в процессе регулирования скорости ленты положение точки с максимальной температурой может смещаться, то возможная производительность, учитывая горячий возврат, будет равна

Р = vhN—------Рг.в, L — xT

где v —■ скорость аглоленты, измеряемая тахогенератором ТГ; L —длина ленты;

хт — смещение точки максимальной температуры;

Дг.в —объем горячего возврата в единицу времени, который мо­ жет быть определен по весу горячего возврата, измеряе­ мому специальными весовыми датчиками БД.

66

имеет постоянное запаздывание Дт. Элемент сравнения, подсое­ диненный к выходу вычислительного устройства ВУ и блоку за­

паздывания МБ, определяет разность между текущим значени­

ем производительности и значением, имевшим место на Дт рань­ ше. Так как Дт — величина постоянная, то полученная разность

запаздывания МБ имеет две записывающие и две воспроизво­ дящие головки: одна пара головок — ЗГ-, и В1\ — включена в

схему определения величины производной, другая пара — ЗГ2 и ВГ2— 'служит для записи и воспроизведения текущего значения производной D- Сдвиг во времени Д/ между головками ЗГ2 и ВГ2

в несколько раз больше сдвига Дт между головками ЗГi и ВГ\. Те­ кущее значение производной D и значение производной, имевшее место на время Д^ раньше подаются в вычислительное устройст­ во (выполненное по схеме рис. 5), решающее уравнение

, D-Dj

Ь — х--------— .

2D + P1

Текущее значение расхода воды х для увлажнения шихты, изме­ ряемое расходомером РВ, подается в вычислительное устройство

ВУ2 с учетом времени транспортного запаздывания т, которое

равно времени запаздывания материала по аглоленте Т[ и вре­ мени запаздывания тг, определяемому временем перемещения шихты от смесителя до течки питателя аглоленты.

Поскольку система приготовления шихты Включает систему автоматического регулирования уровней в бункерах питателей,

время запаздывания т2 изменяется при изменении производи­ тельности агломашины за счет увеличения скорости ленты и или толщины h слоя шихты на ленте:

13

vh.

тде /s — коэффициент пропорциональности.

Время т2 моделируется блоком магнитной памяти МП. Ско­ рость магнитной ленты устанавливается при помощи системы регулирования PC, пропорциональной произведению скорости аглоленты на толщину слоя шихты:

и2 = vh.

Произведение uh уже было получено в вычислительном устройст­

чений хт. Поэтому, чтобы установить скорость магнитной ленты

блока МП, снимаем напряжение пропорциональное vh------ , с

А — Хт

68

этого вычислительного устройства (до узла, где из этого на­

кой блока МП1, передаются на записывающую головку ЗГ бло­ ка магнитной памяти МП. Через время Tj эти величины считы­ ваются воспроизводящей головкой ВГ и подаются в вычисли­

тельное устройство ВУ2 |(в системе памяти МП применена двух­ дорожечная система записи). Выходное напряжение вычисли­ тельного устройства ВУ2 является заданием регулятора расхода

Р

P-f(x)

------------------------------------------------------------

Рис. 52. График P=f(x) для различных значений содержания кокса в шихте

воды Р. После ступенчатого изменения, осуществляемого при помощи обходного вентиля БП, и определения знака производ­ ной расход воды плавно изменяется во времени по сигналу бло­

ка определения знака производной ЗПР. Когда фактический расход воды достигнет значения в, определенного вычислитель­ ным устройством ВУ2, изменение расхода прекращается и вся система регулирования отключается. В последующем система включается через равные, достаточно длительные промежутки времени. Первым этапом каждого включения является ступен­

чатое изменение расхода воды при помощи клапана БП и опре-

„ dP „

деление знака и величины производной ---- . Если величина этой dx

производной равна нулю или достаточно мала, то поиск макси­ мума производительности не производится. Если же производ­ ная не равна нулю и блок ЗПР сработает, то цикл поиска пов­

торяется.

Как было указано выше, производительность агломашины зависит также и от содержания в шихте кокса. На рис. 52 услов­

но показаны зависимости P = f(x) для различных содержаний

69

•кокса (Уь У2, Уз, Уа)- Все вершины кривых P = f(x) лежат на

кривой Р(Рмакс). которая, как показывает рисунок, имеет свой максимум ((максимум-максиморум). Чтобы опеделить этот мак­ симум, необходимо отыскивать как максимумы функций Р —

= f(x), так и максимумы функций Р = {(У) — зависимости про­ изводительности агломашины от содержания кокса в шихте.

Поиск максимума Р = /(У) может быть осуществлен по схе­ ме, аналогичной рассмотренной, в промежутках между включе­

держания влаги могут быть использованы в схеме поиска опти­

Процесс доменной плавки представляет собой сложный ком­ плекс взаимосвязанных физических и химических превращений, протекающих последовательно по высоте печи в условиях непре­ рывного встречного движения материалов и газов. Вследствие

неравномерного развития стадий процесса по высоте и сечениям

печи большинство параметров практически не могут быть изме­ рены. Управление ходом доменной печи осуществляется на основе сопоставления показаний большого числа приборов, измеряющих лишь некоторые входные и выходные параметры процесса. Эти

параметры связаны сложной взаимозависимостью с «внутренни­ ми», неконтролируемыми параметрами процесса доменной плав­ ки, и сопоставление их дает некоторое представление о ходе про­ цесса. Такой метод регулирования хода доменной печи требует высокого мастерства и большого опыта, но не во всех случаях обеспечивает удовлетворительные результаты. Применение вы­ числительных устройств делает возможным вычисление на осно­ вании анализа показаний приборов нескольких комплексных па­ раметров, позволяющих оценивать ход печи. Такими комплексны­ ми параметрами являются расход углерода на тонну чугуна, ми­ нутная производительность печи и ряд других.

На основании анализа теплового баланса доменной печи проф. В. А. Сорокин пришел к выводу, что при установившемся режиме расход углерода на тонну чугуна и минутная производительность являются функциями 39 параметров, причем 8 из них изменяют­

ся относительно быстро. Такими параметрами являются: темпе­ ратура газов на колошнике, температура, давление, влажность и количество дутья, процентное содержание СО, СОг и Н2 в домен­ ном газе.

Исходным уравнением для расчета минутной производитель­ ности печи и расхода углерода является выражение, определяю­ щее количество чугуна, выплавляемого на 1000 нм3 дутья. В уп­ рощенном виде это уравнение имеет вид:

70