Оперативный контроль электроэнергетических процессов в дуговых печах на основе декомпозиции нелинейных схемных моделей

• Автор: Плакидин, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ЗАДАЧА СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДУГОВЫХ ЕЧАХ.
1.1 Особенности и роль электрической дуги в реализации технологических процессов в электродуговых печах.
1.2 Задача автоматизации оперативного контроля внутренних электроэнергетических процессов при управлении электродуговыми печами
1.3 Анализ существующих методов получения информации о недоступных прямому измерению электроэнергетических параметрах и переменных токопроводящей среды печей.
1.4. Методы оперативного контроля электроэнергетических процессов в дуговых печах на основе идентификации схемных моделей
1.5. Применение 8САЕА систем для контроля электроэнергетических процессов в дуговых печах

1.5.1 БСАЭА система руднотермической электропечи для выплавки сплавов

1.5.2 БСАОА система АРМ оператора фосфорной электропечи

1.5.3 Система автоматического управления на базе промышленного компьютера для рудотермической печи

1.6 Цели и основные задачи исследования

2 СХЕМНЫЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНЫХ И ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ.
2.1 Типовые схемные модели токопроводящей среды дуговых печей с учетом нелинейных и динамических свойств элекгрической дуги.
2.2 Исследование проявления свойств параметров и нелинейных характеристик подэлектродных зон электропечей во внешних сигналах и динамических ВАХ на основе схемного моделирования
2.3 Взаимосвязь электрических параметров и характеристик подэлектродных зон с особенностями внешних сигналов и динамических ВАХ
2.4 Особенности идентификации схемных моделей электроэнергетических процессов по рабочим сигналам в режиме нормальной эксплуатации.
2.5 Выводы.
3 АЛГОРИТМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ СХЕМНЫХ МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ
3.1 Задача идентификации схемных моделей токопроводящей среды дуговых печей в физических параметрах.
3.2 Алгоритмы идентификации интервальных моделей токопроводящей среды на основе особенностей нелинейных и динамических свойств электрической дуги
3.3 Алгоритмы идентификации многосвязных моделей ЭДП с учетом взаимных электромагнитных связей между электродами
3.4 Методика определения электроэнергетических параметров и переменных зон токопроводящей среды на основе идентифицированных параметров и характеристик моделей.
3.5 Выводы.
4 ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ
4.1 Принципы построения информационной системы электроэнергетических параметров технологических процессов в электродуговых печах
4.2 Анализ контролируемых параметров в информационной системе
4.3 Структура информационной системы.
4.3.1 Подсистема ввода информации
4.3.2 Подсистема идентификации.
4.3.3 Подсистема визуализации
4.4 Выводы.
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ И КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
5.1 Информационная система контроля электроэнергетического режима в структуре АСУ технологическим процессом плавки.
5.2 Текущий контроль электроэнергетических параметров процесса выплавки феррованадия в промышленной электродуговой печи ДС6Н1.
5.3. Контроль элекгродугового процесса плавки металлоотсева в промышленной сталеплавильной печи
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Рудовосстановительные и рудоплавильные печи образуют класс рудотермических печей РТП, являющийся наиболее широким и сложным классом электропечей прямого нагрева использующих дуговой нагрев 6, различающихся по назначению, особенностям технологического процесса и конструктивного исполнения. Промышленные РТП строят в основном трехфазными трех или шестиэлектродными с круглой или прямоугольной ванной. Большим разнообразием конечного продукта характеризуются ферросплавные 0 рудовосстановительные электропечи, структура которой показана на рисунке 1. В электропечи протекают восстановительные процессы, в ходе которых оксиды ведущих элементов восстанавливаются совместно с железом, содержащимся в шихте. В результате физикохимических процессов на подине печи накапливаются сплав и шлак, которые периодически или непрерывно выпускаются через летки. Большая энергоемкость процесса является одной из причин применения печей большой мощности, так как с увеличением единичной мощности печей снижается доля потерь в общем балансе энергии, повышается производительность печи на единицу вводимой мощности и снижается удельный расход электроэнергии. Относительно небольшая экономия электроэнергии при автоматизации дает значительный экономический эффект . Анализ структуры себестоимости продукции, получаемой в электродуговых печах, показывает, что основные расходы приходятся на сырь и электроэнергию, поэтому стратегия управления процессами в электропечах сводится к обеспечению максимальной степени извлекаемости целевого продукта и производительности при минимальных удельных затратах электроэнергии. Проблема автоматизации электротехнологических процессов в электродуговых печах заключается в недоступности для текущего контроля зон токопроводящей среды ванны, параметры и переменные которых характеризуют состояние и ход технологического процесса. Для повышения эффективности работы электропечных установок необходимо создание комплексных систем автоматизированного контроля и управления электроэнергетическими и технологическими режимами с применением управляющих ЭВМ. Однако отсутствие необходимой текущей информации о ходе электротехнологического процесса в ванне печи, недоступность для непосредственного контроля электроэнергетических и технологических параметров и переменных не позволяло до настоящего времени осуществить создание таких систем. Эффективное ведение технологического процесса требует рационального, соответствующего требованиям технологии, распределения электроэнергии Г характерным зонам ванны. Это требование к управлению электротехнологическими процессами в электродуговых печах было сформулировано в , но до настоящего времени не реализовано по причине отсутствия надежных методов оперативного контроля электротехнологических и энергетических параметров зон токопроводящей среды ванны. Электрическая дуга в электродуговых печах является основной частью, определяющей работу печи и все ее основные параметры 0. С возникновением дуги в печи появляется область с интенсивным выделением тепла и сверхвысокими температурами. Необходимость обеспечения работы электропечи с электрической дугой определяется требованиями технологического процесса , . Печь может работать с различной степенью развития дуги, при этом для разных процессов необходимая степень развития электрической дуги различна. В одних случаях высокая температура необходима и при этих процессах печь необходимо эксплуатировать в дуговом режиме. В других случаях очень высокие температуры и высокие концентрации энергии являются излишними и даже вредными, и в этих случаях следует уменьшать долю энергии, преобразующейся в дуге. Получение карбида кальция является примером процесса, в котором развитие электрической дуги может сопровождаться ростом диссоциации целевого продукта . Уменьшение удельной объемной мощности, выделяемой в реакционной зоне, способствует улучшению карбида, однако с уменьшением плотности мощности уменьшается константа скорости реакции и поэтому эта мощность не может быть ниже некоторого минимального значения 7. Это значение определяется той минимальной температурой, при которой еще возможно протекание целевой реакции и которая имеет место на границе реакционного тигля.