Модельно-прогнозуючий регулятор дуттєвого режиму киснево-конвертерного процесу

Анотація

На сьогоднішній день в Україні та у світі актуальною є проблема енергозбереження та зниження вартості виплавленої сталі. Металургійні підприємства розвиваються в умовах жорсткої конкуренції, основна причина – українська продукція надзвичайно енергомістка через зношеність основних фондів та застарілі технологічні процеси. Киснево-конвертерний процес – це процес виробництва сталі з рідкого чавуну з додаванням сталевого брухту в конвертер і продувкою киснем зверху крізь водоохолоджувальну фурму. Сьогодні отримання сталі за допомогою киснево-конвертерного процесу є найпопулярнішим у світі та набуває все більшого розповсюдження. Основним недоліком киснево-конвертерного способу є необхідність надання початкової кількості тепла (у вигляді рідкого чавуну) і як наслідок – обмеження в переробці металевого брухту. Зниження собівартості киснево-конвертерної сталі досягається через підвищення частки металобрухту за рахунок підвищення ступеня допалювання СО до СО₂ в порожнині конвертера, шляхом оптимального керування параметрами дуттьового режиму з використанням модельно-прогнозуючого керування. Принцип модельно-прогнозуючого керування базується на математичній моделі об'єкта. Такий підхід мінімізує функціонал, що характеризує якість процесу. У якості функціоналу було обрано лінійно-квадратичний функціонал. Запропоновано прогнозуючу модель з урахуванням обмежень на зміну положення фурми та пневматичного клапану подачі кисню.  Встановлено, що зміна швидкості зневуглецювання металу залежить від відстані фурми до рівня спокійної ванни і впливає на ступень допалювання СО до СО₂. Процес зневуглецювання є нестаціонарним, описується аперіодичною ланкою першого порядку, коефіцієнт передачі й постійна часу якої залежить від періоду плавки й тривалості продувки. Вдосконалено математичну модель дуттьового режиму киснево-конвертерної плавки за рахунок врахування впливу інтенсивності дуття на процес зневуглецювання ванни, що дозволило підвищити точність та якість керування дуттям в умовах зміни витрати кисню під час продувки. Результати моделювання системи автоматичного керування показують, що модельно-прогнозуючий регулятор забезпечує необхідний рівень СО₂ в конвертерних газах при зміні витрати кисню на продувку.