Системи оптимізації режимів роботи потужних дугових сталеплавильних печей на основі інтегрального критерію енергозбереження

На підставі моделей (31) - (33) була розроблена динамічна модель енерготехнологічного режиму і проведене математичне моделювання процесу розплавлювання твердої завалки (шихти) в умовах печі ДСВ -50. Параметри проплавлення і колодязів представлені у виді гудерманіана двох перемінних: діаметра електрода й узагальненої характеристики шихти. Модель (31) - (33) досліджувалася в умовах діючого виробництва. Були отримані значення параметрів теплоенергетичних процесів при роботі печі в режимах до підвалки і з підвалкою (градієнт температури футерованої частини зводу і ванни розплаву, теплового потоку по радіусі ванни і висоті стін, розподіл теплового потоку по футерованій і водоохолоджуваній частині зводу) і поле регулювання, де прийнята відносна стійкість як функція енергетичного режиму, а аргументом такої функції - дисперсійні характеристики електротехнічного тракту печі. На базі теоретичних і експериментальних досліджень були розроблені діаграми настроювання регулятора електричної потужності і енерго- і електротехнічних параметрів оптимізованого за енергозбереженням електротехнічного комплексу потужних дугових печей: СКВ, %; відхилення значень ККД від директивних загального (Dh0,%) і дуги (Dhд, %), коефіцієнта потужності електропічного агрегату (Dcosjэа,%); відносного струму к. з. (I2/IK,%); коефіцієнта збільшення (кидка) струму намагнічування (Кiн); відхилення напруги на стороні ВН (DUвн,% ); коефіцієнтів несинусоідальності напруги (Кнс, %) і струму (КнсI, % - отриманого розрахунковим шляхом), коефіцієнта гармонійного складу (n2,%; n3, %;n4,%; n5,%; n7,% відповідно до вимог керуючих технічних матеріалів); коефіцієнт вгамовування збурювання (DКпв); відхилень значень ККД від номіналу відповідно: теплового (DhТ,%), електричного (DhЭ,%) і відхилення від номіналу теплових втрат (DWТП,%). Розроблені номограми, де характеристичним параметром лінеаризованої кривої є провідність вторинного струмопідвода (усього 46 кривих). Діапазон змін струму складає: 0,4Iд/Iдн - 1,6 Iд/Iдн. При цьому проаналізовані наступні типовиконання “короткої мережі”: а) - “трикутник на нерухомих башмаках у трьохпровідному виконанні”; б) - “трикутник на нерухомих башмаках у шестипровідному виконанні” (“розщеплена зірка”); в) - “трикутник на нерухомих башмаках”; г) - “трикутник на електродах у двохбіфілярному виконанні”. У зв'язку з недостатньої спостережуваністю параметрів енергетичного процесу електросталеплавлення, оптимізованого за інтегральним критерієм енергозбереження, при розробці моделей застосовується теорія D-оптимальних неперервних екстраполяціних планів при екстраполяції в околі точки (при оптимізації елементів технології) чи в області планування Z (при оптимізації технологічного процесу “від випуску до випуску”), як і раніше обмежені відрізком [-1,1], при цьому як критерій оптимальності при розрахунках параметрів спектрів оптимальних планів і частот проведення спостережень у точках спектра приймається дисперсійна величина d2(q,qz,E)=[ft(q)C(N)f(qz)], що входить у модель (13). У даному випадку проводиться побудова планів екстраполяції в області Z, яка недоступна для проведення безпосередніх вимірів, і модель (13) приймає вид: .З метою зменшення кількісних показників обчислювальних процедур аналіз починається з довільної вибірки q0 і поліпшення вихідного плану досягається відкиданням однієї точки qi тобто процедура побудови екстраполяційних планів приймає вид: f(q0)C(En)f(q0)= . У даному випадку параметр планування заміняється на обмеження виду aЈqЈb, I=1,2,…,m чи (a,b - параметри), коваріаційна матриця С(N) будується по коваріаціної матриці С(N-1). Процедура побудови екстраполяційних планів представляється у виді рекурентних співвідношень. С(N-1)=(1-a); d[q0,EN-1+E(q*)]= ;

Для обчислення функцій F матриці Фішера (кількість і вид діагональних коефіцієнтів а(s)ij визначається видом системи диференціальних рівнянь) приймається: МФ1=а(1)00,а(1)11,а(1)22, а(1)33,а(1)44 - для фізичних процесів, описуваних системою (24); МФ2=а(2)00, а(2)11,(2)22,а(2)33,а(2)44,а(2)55,а(2)66,а(2)77 - для системи (25); МФ3=а(3)00,а (3)11, (3)22,а(3)33,а(3)44,а(3)55,а(3)66 - для системи (30); МФ4=а(4)00,а(4)11,а(4)22,а(4)33,а (4)44 - для системи (31); МФ5=а(5)00,а(5)11,а(5)22,а(5)33,а(5)44,а(5)55,а(5)66,а(5)77 -для системи (32); МФ6=а(6)00,а(6)11,а(6)22,а(6)33, а(6)44,а(6)55 - для системи (33). Рівняння регресійних моделей оптимізації деяких прогресивних процесів електросталеплавлення приведені в табл.2.

Регресійна модель оптимізації енергетичного процесу в умовах застосування технології плавлення вищого рівня на печі ДСВ-50 має наступний вид: Fэс(q)=F1(q)+F2(q)+F3(q)+F4(q)+F5(q)= K0+K1q1+K2q2+K3q3+K4q4+K5q5+K6q6+K7q7+K8q8+K9q9++K10q10+K11q11+ K12q12+ K13q13, де плани для розрахунку коефіцієнтів обчислюються для основних елементів технології вищого рівня. Значення коефіцієнтів регресійного рівняння енергозбереження в умовах основних елементів технології вищого рівня на печі ДСВ-50 наступні: К0=0.17; К1=0.19-0.26; К2=0.03-0.04; К3=0.16-0.21; К4=0.05-0.07; К5=0.07-0.08; К6=0.06-0.09; К7=0.33-0.37; К8=0.24-0.27; К9=0.09-0.11; К10=0.21-0.26; К11=0.03-0.04; К12=0.18-0.19;К13=0.15-0.18. Коефіцієнти К0, К1, К2, К3, К7, К8, К9, К10, К11, К12, К13 обчислені з урахуванням коефіцієнтів ваги бi рівних: б1=0,24; б2=0,46; б3=0,54;б4=0,61; б5=0,46.

Аналіз процесів енергозбереження, описуваних D-оптимальною моделлю за умови проведення технологічних процесів плавлення стали за технологією вищого рівня на печах, подібних ДСВ-50 ВАТ Дніпроспецсталь, тобто при реалізації елементів технології й основного енерготехнологічного устаткування, оптимізованого за алгоритмами розд.2,3,4,5, дозволяє виявити пріоритетність організаційно-технологічних заходів щодо енергозбереження, з яких найбільш значимими є: робота на підвищеній ступені плавлення (необхідно застосувати трансформатор 40МВ?А),плавлення з довгою дугою під спіненим шлаком, попереднє нагрівання брухту, вдмухування кисню й ін. альтернативних джерел енергії для “розмивання колодязів”, установка віконних і стінових ПКП, використання в шихті рідкого чавуна і карбіду заліза. Інші елементи технології є обов'язковими.

Регресійні моделі оптимізації окремих елементів технології і технологічних процесів електросталеплавлення вищого рівня. Умовна оцінка значимості, порівняльна оцінка впливу зміни параметрів енерготехнологічного процесу плавлення металу на основні енерго-економічні характеристики, регресійні моделі оптимізації параметрів плавлення металу в потужних ДСП (ємністю 50 - 200 т) на основі критерію енергозбереження приведені в табл.3.

Реалізація алгоритмів управління процесами електросталеплавлення (табл.3) при використанні сучасних технологічних комплексів і установок підвищеної енергооснащеності забезпечує високі показники енергетичної ефективності енерготехнологічного устаткування, параметри динамічного функціонування якого оптимізовани за інтегральним критерієм енергозбереження.

У додатках приведені: акт використання наукових результатів дисертації, технічні параметри елементів модернізованої системи регулювання координат ДСП, теоретичне обґрунтування варіаційних алгоритмів оптимізації системи регулювання довжини дуги, розрахунок параметрів системи і дослідження динамічної стійкості обертання електричної дуги при її стабілізації в обертовому магнітному полі, обґрунтування техніко-економічної ефективності АСР дугових печей оптимізованих за критерієм енергозбереження й ін.

Висновки

На основі комплексного наукового підходу до рішення проблеми інтегрального енергозбереження в електросталеплавленні на основі потужних дугових сталеплавильних печей вперше отримані наступні основні результати:

1. Запропоновано наукове положення про узагальнену цільову функцію оптимізації енергетичного процесу на основі лінійно-комбінаційних і безперервних екстраполяційних моделей елементів технологічних процесів електросталеплавлення.

2. Розроблено закон регулювання напруги джерела живлення дугової печі з врахуванням стохастичних характеристик навантаження та математичні моделі енергетичних процесів ДСП за інтегральним критерієм енергозбереження.

3. Отримано методику поточної оцінки й оперативного планування питомих витрат графітованих електродів.

4. Розроблено математичні моделі енергетичних, теплотехнічних і газодинамічних процесів у мiжeлектродному проміжку дугової печі.

5. Отримано структурно-алгоритмічні схеми енергетичних режимів ДСП.

6. Розроблено методики синтезу лiнеаризованих структур АСР положення електрода та математичних моделей керованості, спостережуваності і стабілiзованостi.

7. Розроблено і впроваджено систему “короткої мережі” ДСП, що знижує, у середньому, на 35 - 40% втрати електроенергії у вторинному струмопроводі.

8. Запропонована і реалізована у виробничих умовах диференціальна система електромеханічної частини регулятора потужності, що забезпечує аперіодичний процес регулювання довжини електричної дуги.

9. Розроблено інженерні номограми проектування електротехнологічного комплексу, що забезпечують регламентовану якість показників функціонування технологічних процесів і використання первинних і вторинних енергетичних ресурсів.

10. Запропоновано і реалізовано на практиці систему демпфування коливань електромеханічної системи регулювання потужності ДСП.

11. Розроблено операторну модель енергетичної ефективності енергопретворювання в потужних дугових сталеплавильних печах.

12. Отримано діаграми настроювання параметрів системи енергозберігаючого регулювання процесів електросталеплавлення у функції керованості, спостережності та стабілізованості координат енерго- і електротехнологічного устаткування.

13. Розроблено і реалізована на практиці структуру трансидинного регулятора потужності дугових сталеплавильних печей змінної структури.

14. Практично одержано ефект підвищення стабільності технологічного режиму процесів плавлення металів, зниження навуглецювання металу від впливу графітових електродів, підвищення стійкісті футерівки печі, зниження витрати шлакоутворюючих і рафінуючих енергетичних компонентів електросталеплавлення.

15. Знижені питомі втрати електроенергії - на 25 - 30%, графітованих електродів - у 2,26 - 3,18 рази, зменшені вигорання металошихти, легуючих, роскислювачів і вогнетривів - на 15 - 20%, підвищений рівень якості і стабільності хімічного складу виплавлюваного металу та продуктивності дугової електропечі на 3,04%.

сталеплавильний піч оптимізація електротехнічний

Оубліковані праці за темою дисертації

1. Труфанов И. Д., Андрияс И. А. Математическое проектирование многокритериальных экстремальных моделей энергосберегающего оборудования в электрометаллургии // Електричний журнал. - Запорожье: Альфа-Омега, 1998, №2. - С. 41-47.

2. Труфанов И. Д., Андрияс И. А., Мохамад Салах Рихан. Системотехнические аспекты энергосберегающих систем в электрометаллургии // Електричний журнал. - Запорожье: Альфа-Омега, 1999, №1 (9). - с. 57-67.

3. Труфанов И.Д., Галько С.В., Шитикова Л.В. Экономико-социальные аспекты проектирования и эксплуатации энергосберегающих систем электрификации и автоматизации процессов электросталеплавления // Придніпровський науковий вісник: Економіка, №39(50). - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997 р. - с. 1-18.

4. Труфанов И.Д., Галько С.В., Богданова Л.Ф. Оптимизация параметров регуляризирующих алгоритмов оценки качества электродной системы дуговых металлургических печей // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, №2/2000. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2000. - С. 76-83.

5. Труфанов И.Д. Состояние и перспективы развития систем автоматизации электротермических установок // Труды государственной агротехнической академии, т.3 “Электрификация и автоматизация с/х производства”. - Мелитополь, 1997. -с.84-85.

6. Труфанов И.Д. Основные системотехнические вопросы электрификации и автоматизации дуговых электропечей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування, №32(43). - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 5-9.

7. Труфанов И.Д. Технические и экономические аспекты развития электросталеплавления на современном этапе состояния электрометаллургии // Придніпровський науковий вісник:Економіка,№19(30),-Днепропетровск: Наука і освіта,1997.-с.11-17.

8. Труфанов И.Д., Галько С.В. Анализ технической и технологической эффективности энергетических процессов электросталеплавления в дуговых печах // Придніпровський науковий вісник: Технічні науки, №25(36), - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 43-48.

9. Труфанов И.Д., Янкилевич Г.С. Автоматизация электрического режима сталеплавильной печи постоянного тока // Електричний журнал, №1, - Запорожье: Альфа-Омега, 1997. - с. 46-50.

10. Труфанов И.Д. О технико-экономической целесообразности и эффективности применения дуговых печей постоянного тока в электросталеплавлении // Придніпровський науковий вісник: Технічні науки та гірнича справа, №17(28), - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 43-48.

11. Труфанов И.Д. Аналитические исследования параметров нагрузочных режимов дуговых электропечей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування та технічні науки, №44(55), - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 1-10.

12. Труфанов И.Д. О влиянии нелинейных режимов функционирования электрооборудования на производительность дуговых печей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування та технічні науки, №35(46), - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 27-40.

13. Труфанов И.Д. Основные статистические характеристики электрического режима нагрузки электрооборудования дуговых электропечей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування та технічні науки, №43(54), - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 14-21.

14. Труфанов И.Д. Разработка научных основ создания энергосберегающих систем автоматизации дуговых сталеплавильных печей ёмкостью 50-200 т. //Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и прктика. Вестник Харьковского политехнического университета.- Харьков: Основа, 1998.- с.241-242.

15. Труфанов И.Д., Галько С.В. Аналитическое обоснование параметров и разработка алгоритмической структуры энергетических процессов в дуговых сталеплавильных печах // Придніпровський науковий вісник: Технічні науки та гірнича справа, №15(26). - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 4-8.

16. Труфанов И.Д. Основные направления развития систем электрификации и электрооборудования дуговых электропечей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування, №28(39). - Днепропетровск: Наука і освіта, 1997. - с. 9-11.

17. Янкилевич Г.С., Труфанов И.Д. Система автоматического регулирования пуска многоэлектродной дуговой сталеплавильной печи постоянного тока// Електричний журнал, №2. - Запорожье: Альфа-Омега, 1997.- с.47-51.

18. Труфанов И.Д.,Мохамад С. Рихан, Галько С.В. Моделирование, проектирование и исследование адаптивного регулятора мощности ДСП// Придніпровський науковий вісник: Технічні науки,№29(96).-Днепропетровск: Наука і освіта,1998.- С.74-87.

19. Годецкий Е.В., Винник Ю.А., Васильева Л.А., Труфанов И.Д. Гидродинамика металла и шлака при скачивании шлака// Известия вузов.Черная металлургия, №9, 1988. - С. 45-47.

20. Труфанов И. Д. Энерготехнологические и технико-экономические алгоритмы эффективного энергосбережения в электрометаллургии // Нові матеріали і технології в металлургії та машинобудуванні, № 2/99. - Запоріжжя, ЗДТУ, 1999. С.22-42.

21. Труфанов И.Д., Андрияс И.А., Мохамад Салах Рихан. Многокритериальное проектирование и создание энергосберегающих систем электрооборудования электрометаллургии // Придніпровський науковий вісник: Технічні науки, №56(123).- Дніпропетровськ: Наука і освіта 1998.- С.28-43.

22. Труфанов И.Д., Галько С.В. Динамика низкотемпературной плазмы электрической дуги и разработка модели расхода графитированных электродов ДСП // Плазмотехнология-97: Сб. научных трудов. - Запорожье: ЗДТУ, 1997. - С. 207-210.

23. Труфанов И.Д., Андрияс И.А., Шитикова Л.В. Системотехнические и экономические аспекты методологии создания энергосберегающих систем управления электросталеплавлением // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування, №5(72).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1998.- С.12-22.

24. Труфанов И.Д., Мохамад С.Р. Динамика и системные вопросы проектирования электромеханических регуляторов мощности дуговых сталеплавильных печей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування, технічні та природничі науки, №50(61).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1997.- С.1-10.

25. Шапоренко Д.Н., Труфанов И.Д. Двухконтурная система автоматической стабилизации управления тиристорного электропривода с регуляторами переменной структуры // Известия вузов: Горный журнал, №3. - М.: 1976. - С. 140-146.

26. Труфанов И.Д. Оптимизация по энергосбережению систем управления режимами работы мощных дуговых сталеплавильных печей. // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник Харьковского государственного политехнического университета, вып.61.- Харьков: Основа, 1999.- С.313-320.

27. Труфанов И.Д., Андрияс И.А., Кривошеев Е.Н. Разработка динамической модели горного электропривода с учетом жесткости трансмиссии // Известия вузов: Горный журнал, №2. - М.: 1980. - С. 82-86.

28. Труфанов И.Д., Галько С.В., Безкровный М.Г. Статика и динамика электромагнитного взаимодействия проводников “короткой сети” дуговых металлургических печей // Придніпровський науковий вісник: Машинобудування, №32(43).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1997 р. - С. 32-38.

29. Труфанов И.Д., Крисан Ю. А., Мохамад Салах Рихан. Общесистемные параметры динамики механизма регулирования длины дуги дуговых печей.// Придніпровський науковий вісник: Технічні науки, №110(177).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1998.- С.62-69.

30. Кравченко А. Н., Метельский В. П., Труфанов И. Д. Моделирование и динамика резкопеременных электро- и теплоэнергетических процессов мощных дуговых сталеплавильных печей. // Праці Інституту електродинаміки Національної Академії наук України: Електротехніка. Київ:1999.-С.201-214.

31. Труфанов И.Д., Андрияс И.А., Годецкий Е.А., Стребков С.П. Динамика демпфированного привода подачи электрода дуговой печи с адаптивным регулятором мощности // Энергетика и электрификация, №4.- Киев, 1988. - С. 43-46.

32. Ivan Trufanov, Vladimir Metelsky, Ludmila Zhornyak, Mohamad S. Richan. The regularization and economic efficiency the power saving of electric steel // Электротехника и электроэнергетика, №1.- Запорожье, ЗДТУ, 2000. - С.55-64.

33. Труфанов И.Д., БондаренкоВ.И., Метельский В.П. Синтез алгоритмов и прогнозирования параметров энергосберегающих систем управления электросталеплавлением. // Проблемы создания новых машин и технологий: Научные Труды Кременчугского государственного политехнического института, вып. 1/2000 (8). - Кременчуг, 2000. - С. 184-189.

34. Труфанов И.Д., Галько С.В., Годецкий Е.В., Шаблий М.Ф. Разработка модели качества соединения графитированных электродов дуговых электропечей// При-дніпровський науковий вісник: Технічні науки, №36(103).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1998.- С.50-55.

35. Труфанов И.Д., Галько С.В. Разработка и реализация энергосберегающей конструкции инвентарной головки электрода печи ЭШП // Придніпровський науковий вісник: Технічні науки, №63(130).- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 1998.- С.29-34.

36. Труфанов И. Д. Разработка и создание компьтерных энергосберегающих САР режима электросталеплавильных печей. //Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник Державного університету“Львівська політехніка”,№352.-Львів,1998.-С.166- 175.

37. ГалькоС.В.,ТруфановИ.Д. Разработка математической модели многокритериальной оптимизации параметров экономии графитированных электродов//Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні,№1/99.-Запоріжжя,1999.-С.87- 91.

38. Труфанов И.Д., Крисан Ю. А., Мохамад Салах Рихан. Системотехнические аспекты реализации энергосберегающих экспертных систем управления электросталеплавлением.// Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник Харьковского политехнического университета, вып. 113.- Харьков: Основа 2000.- С. 323-330.

39. Труфанов И.Д., Крисан Ю. А. Методологические аспекты анализа и синтеза экспертных систем управления электросталеплавлением в мощных дуговых печах. // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні.- Запоріжжя: ЗДТУ, №1, 2000. - С. 120-125.

40. Труфанов И.Д. Динаміка регулятора потужності з гнучким виконавчим органом / Труды Таврической государственной агротехнической академии; Вып.1, Т.7: Тематический научно-технический сборник. - Мелитополь, 1998.- С.48-52.

41. Труфанов И.Д., Левада А.С. Моделирование и проектирование регуляризирующих алгоритмов управления динамикой электро- и теплоэнергетических процессов в мощных дуговых сталеплавильных печах // Технічна електродинаміка: Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”, частина 6.-Київ,2000.-С.61-64.

Особистий внесок автора в роботах, виконаних у співавторстві, полягає в постановці задачі досліджень, розробці теоретичних положень систем оптимізації режимів роботи дугових печей, а також у постановці і проведенні експериментальних досліджень: в [1]-[4] - розробка системотехнічних параметрів багатокритеріальних екстремальних моделей системи енергозбережувального обладнання в електрометалургії; [8]-[9] - розробка методології аналізу і синтезу моделей технічної та енерготехнологічної ефективності технологічних процесів у електросталеплавленні; [15] - розробка математичних моделей та структурно-алгоритмічних схем енергетичних процесів різних етапів плавлення металів у дугових сталеплавильних печах; [17]-[19] - розробка алгоритмічної структури адаптивних регуляторів потужності дугових сталеплавильних печей з урахуванням гідродинаміки розтопу ванни металу. [21]-[25] - розробка багатокритеріальних алгоритмів створення систем енергозбережувального обладнання та математичних моделей енергозбережувальних процесів горіння електричної дуги з оцінюванням їх впливу на параметри витрати графітованих електродів; [27]-[35] - розробка моделей механічної частини механізму переміщення електродів адаптивних регуляторів потужності дугових печей з урахуванням жорсткості механічних елементів та дослідження динамічної якості електромеханічних та електромагнітних процесів взаємодії елементів “короткої мережі” вторинного струмопровода електропічного трансформатора, методології синтезу алгоритмів прогнозування параметрів енергозбережувальних параметрів енерготехнологічного обладнання при модернізації та створенні нового обладнання в електросталеплавленні; [37]-[39] - розробка системотехнічних аспектів реалізації енергозбережувальних систем керування процесами електросталеплавення; [41] - розробка моделей та алгоритмів проектування систем керування динамічними електро- й теплоенергетичними процесами в потужних сталеплавильних печах.

Анотація

Труфанов І.Д. Системи оптимізації режимів роботи потужних дугових сталеплавильних печей на основі інтегрального критерію енергозбереження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - Електротехнічні комплекси і системи, Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2001.

У дисертації відповідно до основних напрямків досвіду промислово розвинених країн у галузі енергетичної ефективності виробництва на сталеливарних інтегрованих і сталеплавильних міні-заводах на базі аналізу безвитратних (маловитратних) заходів і синтезу системотехнічних факторів і енерготехнологічних параметрів практичної реалізації основних етапів Енергетичної програми України в електрометалургії науково обґрунтовані, аналітично досліджені й дослідно-експериментально підтверджені алгоритми розробки схемотехнічних характеристик динамічної якості параметричної ідентифікації і екстраполярної оптимізації систем керування режимами роботи і регулювання координат електротехнічних комплексів потужних дугових сталеплавильних печей (ємністю 50 - 200т) на основі багатофакторного інтегрального критерію енергозбереження.

Створено: математичне забеспечення процесів енергозбереження; функціональні та структурно-алгоритмічні схеми системи оптимізації процесів електросталеплавлення в потужних електропечах на основі алгоритмів варіаційного аналізу і частотного синтезу теорії автоматичного регулювання; отримані оптимальні за енергозбереженням функціональні й алгоритмічні структури системи регулювання довжини і режимів горіння електричної дуги. Розроблені та практично реалізовані: енергозберігаючі системи “короткої мережі” вторинного струмопідводу і диференційного механізму переміщення графитованих електродів регулятора електричної потужності; номограми проектування електротехнічних параметрів потужних енергозберігаючих електротехнічних комплексів електросталеплавлення за технологією вищого рівня. Зроблено висновки проведених досліджень.

Ключові слова: піч, дуга, система, критерій, керування, динаміка, оптимізація, режим, сталь, енергозбереження, енергетична ефективність.

Аннотация

Труфанов И.Д. Системы оптимизации режимов работы мощных дуговых сталеплавильных печей на основе интегрального критерия энергосбережения. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, Национальный университет “Львівська політехніка”, Львів, 2001. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов, списка использованных источников в количестве 237 наименований и 10 приложений. Во введении поставлены задачи и указаны пути и средства проведения аналитических и опытно-экспериментальных исследований по созданию систем оптимизации режимов работы мощных дуговых сталеплавильных печей на основе интегрального критерия энергосбережения. Проведен анализ количественной и качественной оценки влияния на энергетическую эффективность электросталеплавления основных элементов технологии плавления металлов высшего уровня в функциях темпа подвода энергии в сталеплавильное пространство и темпа ее потерь. Применительно к параметрам энергетических режимов плавления стали “основным способом” выполнен дисперсионно-корреляционный анализ электрических нагрузок вторичного токоподвода при электровооруженности 0,64 МВ·А/т “годного”, получены численные характеристики динамических режимов в различные периоды плавления металла; разработаны математические дисперсионно-оптимальные (D-оптимальные) целевые функции теплоэнергетических процессов, процессов регулирования длины дуги и электрической мощности на базе дискретных линейно-комбинационных интерполяционных регрессионных моделей; процессы регулирования параметров горения дуги и энергетического режима печи аппроксимированы непрерывными моделями. Оптимальные по интегральному критерию энергосбережения коэффициенты целевой функции вычисляются на базе коэффициентов, определяемых параметрами энергетического оборудования печи, симметричной треугольной матрицы Фишера, приводимой линейным ортогональным преобразованием к виду Сильвестра с положительными элементами положительно определенной диагональной корреляционной матрицы. В качестве базисных функций применяются системы функций Лагерра. Разработаны функциональная и структурно-алгоритмическая схемы системы энергосбережения в электросталеплавлении. Алгоритм D-оптимизации по интегральному критерию энергосбережения теплоэнергетических процессов разрабатывается на основе отклика основных компонентов энергетических режимов плавления стали. Аргументами целевой функции энергетической эффективности являются синтезированные модели динамических КПД, полученные на основе критериальных чисел Био (Bi), Кирпичева (Ki), Фурье (Fo) Предводителева (Pd), в виде рядов Тейлора. Математические выражения критериев Bi, Ki, Fo, Pd вычисляются на основе констант Эйлера-Маскерони, Бернулли, Эйлера, Каталана. Проводится вариационный анализ динамики и синтез структуры регулятора электрической мощности дуговых печей с оптимизацией его параметров на основе интегрального критерия энергосбережения с моделью-наблюдателем. Законы переключения разрабатываются на основе уравнения Беллмана в векторной форме. Проведены математическое описание термодинамического взаимодействия в неравновесной плазме электрической сильноточной дуги и анализ динамики в междуэлектродном пространстве, на базе которых синтезируется модели оптимизации по энергосбережению теплотехнического тракта дуговых печей. Модели используются при аналитическом конструировании регуляторов мощности ДСП. Исследованы полигармонические стохастические процессы вибрационных колебаний серийных механизмов перемещения электродов; показана их недостаточная демпфирующая способность. Проведен синтез дифференциальной “короткой сети”, обладающей высокими фильтрующими свойствами. Получены структура и численные значения коэффициентов целевой функции. Решается задача синтеза математических моделей энергетического режима плавления металла по характеристикам энергетического режима технологии высшего уровня. Контуры регулирования описываются двумя группами дифференциальных уравнений мощности и теплообмена в печи на основе критериальных параметров Рейнольдса, Прандтля, Пеклэ, Рэлея. Получена динамическая модель и параметры гудерманиана расплавления шихты. Разработаны диаграммы настройки регулятора электрической мощности и диаграммы оптимального по энергосбережению проектирования параметров электротехнического комплекса в функции характеристик электропечного агрегата. Получены структуры и параметры функций оптимизации по энергосбережению элементов и технологических процессов электросталеплавления по технологии высшего уровня.

Приведены выводы по результатам проведенных исследований.

Ключевые слова: печь, дуга, система, критерий, управление, динамика, оптимизация, режим, сталь, энергосбережение, энергетическая эффективность.

Abstract

Тrufanov I.D. system of optimization of modes of operation of powerful arc steel-smelting furnaces on the basis of integrated criterion save energy. - the Manuscript

The Dissertation on competition of a scientific degree of Dr.Sci.Tech. on a specialty 05.09.03 - Electrotechnical complexes and systems, National university " Lvivska polytechnic ", Lviv, 2001.

In the dissertation according to the basic directions of experience of industrially advanced countries in the field of a power production efficiency on steel making integrated and mini-factories on the basis of the analysis and without measures of synthesis technical system factors and parameters practical realizations of the basic stages of the Power program of Ukraine in electrometallurgy are scientifically proved, analytically investigated and skilled are confirmed algorithms of development scheme technical characteristics of dynamic quality parametrical identification and extrapolar optimisation of control systems by modes of operation and regulation of coordinates of electrotechnical complexes of powerful arc steel-smelting furnaces (capacity 50 - 200 t.) On the basis of multifactorial integrated criterion save energy. Mathematical models of power efficiency electrotechnical processes save energy in steel melting are developed on the basis of dynamic efficiencies of electric arches, oxygen torches, chemical reactions of fusion firm and reagents of oxidation, restoration and refinement, a thermal path and the generalheat power efficiency of electrooven installation in view of processes of recycling of secondary heat of fusion of steel. Are created mathematical processes save energy, functional and structural - algorithmic circuits of system of optimisation of processes steel melting in powerful electric furnaces on the basis of algorithms of the variational analysis and frequency synthesis of the theory of automatic control are received functional and algorithmic structures optimum on save energy systems of regulation of length and modes of burning of an electric arch, developed and practically realized save energy systems " short network " secondary current and the differential mechanism of moving graffiti electrodes of a regulator of electric capacity; are developed and realized in practice nomogram designing powerful save energy electrotechnical complexes electro steel melting steel on technology of a highest level

Conclusions by results of the carried out researches are given.

Key words: electric furnace, arch, system, criterion, dynamics, optimization, mode, steel, power efficiency.

Размещено на Allbest.ru