Рефераты Главная Начертательная геометрия Оккультизм и уфология Педагогика Полиграфия Политология Программированиекомпьютеры и кибернетика Производство и технологии Социальная работа Начертательная геометрия Не сортированные Таможенная система Теория государства и права Арбитражный процесс Реклама Нотариат Менеджмент Металлургия Минералогия Москвоведение |
Диплом: Технология автоматизация литейных процессоввозможность развития реакции обезуглероживания и образования оксида углерода. Поэтому обычно в качестве раскислителя применяют такие элементы, как марганец, кремний, подаваемые в виде ферросплавов, и алюминий, подаваемый в кусках. Основная задача легирования – получение каких-то определенных физико- химических свойств стали, а также обеспечение заданного химического состава. Это достигается путем введения необходимых элементов в сталь и растворение их в жидком железе. Но условия сталеплавильного процесса таковы, что часть подаваемых элементов, окислившись, переходят в шлак из-за воздействия с кислородом газовой фазы, оксидом железа шлака, растворенным в металле кислородом. В результате этого не вся масса легирующих переходит в металл. Поэтому для получения заданного химического состава необходимо давать строго определенные массы раскислителей и легирующих, которые должны определяться с учетом угоревших масс, то есть масс, перешедших в шлак. Воздействиями на процесс с точки зрения пользователя в этом случае является отдача тех масс ферросплавов в ковш, которые рекомендуются данным алгоритмом. Ограничение на возможности применения алгоритма заключается в том, что данный алгоритм предназначен для расчета масс ферросплавов, как-то ферромарганца, силикомарганца, ферросилиция 65 и 45 и их комбинации между собой, поэтому алгоритм способен определять только эти массы и не распространяется на другие элементы раскислителей и легирующих. Условие применения алгоритма – работа при существенной неполноте информации. Полный объем информации включает экпресс-анализ стали на повалке, химический анализ готовой стали, веса раскислителей, отданных на плавку, время слива и время додувки стали, содержание элемента в раскислителях, вид применяемого раскислителя. Если же к моменту начала расчета отсутствует какая-либо информация, то берется прогнозируемое значение. Характеристики решения: точность до 10 кг/т, время – в течение минуты алгоритм выдает массы ферросплавов. Общие требования к входным и выходным данным заключаются в проверке их на достоверность. Недостоверные данные заменяются прогнозируемыми значениями. Форматы и коды, используемые в системе, одинаковы для соответствующих параметров.
3.1.2 Алгоритм решенияСистему раскисления и легирования стали в ковше можно представить в виде функциональной блок-схемы (рис.10), которая, как и все последующие блок- схемы, составлена согласно ГОСТу (17). Рассмотрим описание связи между частями и операциями алгоритмов. В блоке 1 поступление информации на текущую плавку и информация о прошедших плавках из непрерываемой и групповой предыстории включает в себя ввод с клавиатуры информации в объеме массива производственных данных на плавку и считывания из блоков данных из групповой и непрерывной предыстории параметров, необходимых для расчета. В блоке 2 вводится марка стали мастером-технологом путем набора кода марки выплавляемой стали. В блоке 3 контроль входной информации осуществляется в некотором вероятном для каждого параметра диапазоне, определенном из опытных данных. Если параметр выходит за пределы диапазона, оператору системы выда- Рисунок 10 - Блок-схема алгоритма раскисления и легирования стали ется диагностическое сообщение: "параметр недостоверен". Контроль производится по коду марки К (диапазон изменения от 1 до 99), времени додувки tд (диапазон изменения от 10 до 150 с), времени слива tсл (диапазон изменения от 150 до 850 с), процентному содержанию 1-ого элемента в ферросплаве k Lkl (диапазон изменения марганца в ферромарганце от 69 до 84%, силикомарганце от 71 до 80%, кремния в силикомарганце от 16 до 20%, в ферросилиции 65 от 63 до 68%, в ферросилиции 45 от 43 до 48%), массе ферросплава k Mkф (диапазон изменения от 0 до 900 кг). Блок-схема алгоритма контроля входной информации представлена на рис.11. Рисунок 11 - Блок-схема алгоритма контроля входной информации В блоке 4 выбираются задания по углероду, марганцу и кремнию готовой стали для требуемой марки стали. Работа вычислительного алгоритма по расчету раскислителей и легирующих производится по 7 группам марок стали. Каждая группа марок стали характеризуется одинаковым угаром марганца и кремния и относительно одинаковым их содержанием в готовой стали разных марок. С вводом марки стали определяется принадлежность этой марки к той или иной группе, и формируется для расчета групповая и непрерывная предыстория. По коду марки определяется задание на содержание элемента в готовой стали, допустимые пределы на содержание этого элемента, а также вид раскислителей, применяемых на этой марке. В блоке 5 осуществляется расчет (восстановление) фактических угоревших масс элементов и эквивалентной окисленности. По номеру плавки находится в предыстории бланк на эту плавку, по которому определяется, вводил ли мастер по этой плавке код марки, то есть, производился ли расчет ферросплавов на данную марку. Проверяется также, ввел ли контролер отдела технического контроля фактические веса ферросплавов, по которым производится расчет фактических угоревших масс элемента, определяемый как разность между массой элемента в отданном ферросплаве и массе элемента, находящегося на плавку. Если код марки или фактические веса раскислителей не вводились или фактический угар не проходит контроль по ограничению, то расчет по этой плавке не производится. Если введены код марки и фактические веса ферросплавов, угар элемента прошел контроль, по данной плавке формируется предыстория. В непрерывной предыстории производится релейно-экспоненциальное сглаживание значений углерода и марганца, полученных на повалке, и времени слива. В групповой предыстории производится релейно-экспоненциальное сглаживание значений углерода и марганца на повалке, времени слива, значений углерода, марганца и кремния готовой стали. Эквивалентная окисленность определяется как остаточная окисленность после отдачи раскислителей по каждой группе марок отдельно плюс пересчитанные в окисленность через коэффициент перевода Д угара марганца и кремния угоревшей массы. Блок-схема расчета фактических угоревших масс и эквивалентной окисленности представлена на рис.12. В блоке 6 происходит адаптация коэффициентов пересчета. Алгоритм адаптации начинает свою работу с приходом химического анализа готовой стали. Ошибки прогноза угара элементов и эквивалентной окисленности на плавку определяются как разность между фактическим угаром элемента и расчетной по угару эквивалентной окисленностью и их прогнозируемыми значениями на данную (i-s)- тую плавку. Вычисление приращений времени слива и времени додувки для непрерывной предыстории производится как разность значений между временем слива и додувки на (i-s)-той плавки и Рисунок 12 - Блок-схема расчета фактических угоревших масс и эквивалентной окисленности предыдущей ближайшей плавкой, для групповой предыстории – как разность между (i-s)-той плавкой и ближайшей предыдущей плавкой по группе. Ошибки прогноза угоревших масс и эквивалентной окисленности и приращения времени слива и додувки нормируются и по ним рассчитываются приращения коэффициентов. Затем эти приращения сглаиваются релейно-экспоненциальным фильтром, и по сглаженным значениям приращений корректируются спрогнозированные коэффициенты пересчета на (i-s)-той плавке. Эти же коэффициенты заносятся во все последующие бланки по плавкам. Алгоритм адаптации коэффициентов пересчета представлен на рис.13. Обозначения всех элементов данного алгоритма и всех последующих алгоритмов даны в приложении 6 данного дипломного проекта. В блоке 7 осуществляются расчетные приведения угоревшей массы элемента и эквивалентной окисленности к базовым условиям по контролируемым факторам. По приходу химического анализа готовой стали эквивалентная окисленность приводится к базовым условиям по углероду и марганцу на повалке и их взаимовлиянию на окисленность, времени слива и времени додувки, углероду, марганцу и кремнию в готовой стали и их взаимовлиянию на процесс раскисления. Приведение к базе угоревших масс элементов производится по тем же параметрам, что и эквивалентная окисленность, но значения коэффициентов пересчета берутся различные для каждой группы марок стали. Блок-схема алгоритма приведения представлена на рис.14. В блоке 8 происходит экстраполяция приведенных угоревших масс элементов и эквивалентной окисленности. Сглаженные релейно-экспоненциальным фильтром значения базовой окисленности прогнозируются на последующие по номерам плавки. Для угоревших масс элементов в зависимости от того, как давно плавилась данная марка стали, выбирается настройка сглаживателя a11 или a 12 для каждого элемента. При этом если марка стали через DN плавок, то настройка сглаживателя берется равной a12. Рисунок 13 - Блок-схема алгоритма адаптации Рисунок 14 - Блок-схема алгоритма приведения эквивалентной окисленности и угоревших масс к базовым условиям Сглаженные релейно-экспоненциальным фильтром значения базовых угоревших масс элементов прогнозируются на следующие плавки данной группы марок. Блок-схема алгоритма экстраполяции приведенных угоревших масс и эквивалентной окисленности представлена на рис.15. В блоке 9 экстраполированные значения угоревших масс запоминаются по группам марок. В блоке 10 прогнозируются значения контролируемых параметров и времени слива на текущую плавку. Иногда слив металла в ковш и раскисление происходят до прихода экспресс-анализа, содержание углерода и марганца в стали определяется по скрапине, поэтому для алгоритма расчета ферросплавов содержание углерода и марганца на повалке прогнозируются как Рисунок 15 - Блок-схема алгоритма экстраполяции эквивалентной окисленности и угоревших масс сглаженные релейно-экспоненциальным фильтром значения последнего экспресс- анализа. Информация о времени слива плавки поступает с запаздыванием по отношению к моменту раскисления на данной плавке, вследствие чего возникает необходимость в прогнозировании времени слива, которое осуществляется релейно-экспоненциальным фильтром, обеспечивающим защиту времени слива от случайных помех. Время слива колеблется от 4 до 6 мин. При времени слива, равном 3 мин, производится заделка сталевыпускного отверстия огнеупорным составом, а на следующей плавке время слива резко возрастает. В этом случае предусмотрен двукратный переопрос времени слива. Если на i-той плавке фактическое время слива резко увеличилось по сравнению с прогнозом, то прогноз на (i + 1)-ой плавке будет занижен для защиты от случайной помехи. Но если и на (i + 1)-ой плавке время слива будет таким же большим, то прогноз на (i + 2)-ую плавку будет принят, равным фактическому времени слива на (i + 1)- ой плавке, так как в этом случае делается вывод, что был произведен ремонт сталевыпускного отверстия, и время слива увеличилось. Прогнозирование времени слива на предстоящую i-ую плавку происходит после слива предыдущей (i – 1)-ой плавки. Блок-схема алгоритма прогнозирования контролируемых параметров и времени слива представлена на рис.16. В блоке 11 осуществляется пересчет экстраполированных угревших масс элементов и эквивалентной окисленности на условия текущей плавки. Окисленность плавки О(i) перед раскислением оказывает существенное влияние на угар элементов. Приборов непосредственного контроля окисленности металла пока нет, и окисленность плавки считается по таким косвен- ным параметрам, как углерод, марганец, кремний, время слива и время додувки. Прогнозируемая окисленность учитывается в расчетах угара элементов. Базовые угары элементов пересчитываются на условия текущей плавки. Блок-схема пересчета имеет следующий вид (рис.17). В блоке 12 рассчитываются массы ферросплавов на текущую плавку. Если мастер- технолог ввел с пульта вид ферросплавов, которыми будет раскисляться данная марка стали, то расчет будет производится на эти ферросплавы. Если мастер не ввел вид раскислителей, то для расчета выбирается та группа раскислителей, которая имеется в наличии и у которой более высокий приоритет. Когда марка стали раскисляется одним или двумя ферросплавами, содержащими различные элементы (Mn, Si), то расчет производится по разности процентного содержания элемента на повалке и в готовой стали с уче Рисунок 16 - Блок-схема алгоритма прогнозирования контролируемых параметров и времени слива Рисунок 17 - Блок-схема алгоритма пересчета эквивалентной окисленности и угоревших масс на условия текущей плавки том прогнозируемого угара и процентного содержания элемента в ферросплаве. На тех марках, которые не раскисляются двумя ферросплавами, содержащими один и тот же элемент (FeMn, SiMn; FeSi, SiMn), расчетная масса находится решением системы двух уравнений. Если производится расчет FeMn и SiMn, то сначала рассчитывается SiMn на необходимое количество кремния в готовой стали, а затем – FeMn с учетом марганца в SiMn. Если производится расчет FeSi и SiMn, то сначала рассчитывается SiMn на необходимое количество марганца в готовой стали, а затем рассчитывается FeSi с учетом кремния в SiMn. Рассчитанные массы раскислителей проходят контроль на минимальный диапазон. Блок-схема алгоритма расчета масс ферросплавов представлена на рис.18. Рисунок 18 - Блок-схема алгоритма расчета масс ферросплавов на текущую плавку В блоке 13 происходит оптимизация масс ферросплавов. Угоревшие массы элементов, определяемые в блоке 11, передаются в блок оптимизации, где происходит поиск минимума критерия, включающего в ценовую составляющую и составляющую, определяющую состав готового металла (см. подраздел 2.4 данного дипломного проекта). Результатами оптимизации являются массы ферросплавов, которые подаются на предстоящую плавку. Для реализации процедуры оптимизации были исследованы различные методы оптимизации (метод наискорейшего спуска, координатного поиска, поисковый симплекс-метод). В итоге наиболее эффективным оказалось применение поискового симплекс-метода в виду его простоты и компактности алгоритмов, широкого класса оптимизируемых функций, высокой скорости сходимости в сложных условиях. Блок-схема поискового симплекс-метода представлена на рис.19. Исходные данные, представленные в блоке 1, включают следующие величины: К – размерность задачи, К = 4, так как в алгоритме оптимизируются четыре массы ферросплавов FeMn, SiMn, FeSi 45, FeSi 65; a, b, c – параметры алгоритма, a = 1, b = 0.5, c = 2; Д – точность решения, Д = 10 5; х0 – массив координат исходной точки, выбирается произвольно; Sl – массив масштабов, определяющий размер исходного симплекса, выбирается произвольно; ОВ, ОН – массив ограничений, включает допустимые диапазоны по переменным (массам ферросплавов), которые изменяются в данном проекте от 0 до 900 кг. В блоке 5 вычисляется критерий оптимизации, сформированный в подразделе 2.4 данного дипломного проекта, который после подстановок цен ферросплавов и весовых коэффициентов примет вид: (23) где х1, х2, х3, х4 – массы ферросплавов; Мст – масса стали, кг; Рисунок 19 – Блок-схема поискового симплекс-метода МMnуг, МSiуг – угоревшие массы марганца и кремния, кг; Mn, Si – состав готовой стали, %; LSi, SiMn, LSi, FeSi 65, LSi, FeSi 45 – содержание кремния в силикомарганце, ферросилиции 65 и ферросилиции 45 соответственно, %; LMn, FeMn, LMn, SiMn – содержание марганца в ферромарганце и силикомарганце, %; 552.5, 560.8, 470, 771 – цены ферросплавов соответственно FeMn, FeSi 65, FeSi 45, SiMn, руб/т; 1, 1.5*108,1.5*109 – весовые коэффициенты. Цифровые значения в критерии не являются константами, они могут быть заменены в соответствие с решаемой на данном этапе проблемой. В блоке 14 определяется эффект оптимизации, осуществляется сравнение результатов блоков 12 и 13 (см. рис.10). Этот блок показывает необходимость оптимизации, выдает в блок 15 результаты блока 13. В блоке 15 осуществляется вывод результатов оптимизации на табло мастеру- технологу.
3.2 Информационное обеспечениеРазработка информационного обеспечения производилась в соответствие с источником (22).
3.2.1 Перечень входных сигналов и данныхПри функционировании системы необходимые данные вводятся с клавиатуры мастером-технологом в виде дискретных сигналов по мере их поступления из химической лаборатории и датчиков. Расчет начинается при вводе кода марки. Вводимые данные представлены в табл.4. В качестве входных данных в системе раскисления и легирования стали могут использоваться дополнительно к данным в табл.4 процентные содержания элементов в ферросплавах, такие как марганец в ферромарганце и силикомарганце (LMn, FeMn, L Mn, SiMn), кремний в силикомарганце и ферросилиции (LSi, SiMn, LSi, FeSi 65, LSi, FeSi 45). Эти данные вводятся только при использовании ферросплавов других марок, а по умолчанию берутся из массива констант по конвертерам, который будет описан ниже. При формировании предыстории используются сигналы типа "да-нет",которые формирует сама система. Их смысловое значение заключается в необходимости корректировки предыстории. Это сигналы "Есть ли код марки?", "Есть ли фактические веса ферросплавов?". Периодичность ввода производится по мере поступления химического анализа готовой стали. Таблица 4 - Входные данные алгоритма
3.2.2 Перечень выходных сигналов и данныхВсе выходные данные представлены в табл.5 в виде дискретных сигналов, которые формируются после проведения всех расчетов и выдаются на экран дисплея и при желании на печать. Таблица 5 - Выходные данные алгоритма
Для обоснования внедрения разработанной в данном дипломном проекте системы раскисления и легирования стали целесообразно рассмотреть и ее влияние на себестоимость стали, выплавляемой в ККЦ-1 ОАО "ЗСМК". При внедрении автоматизированной системы раскисления и легирования стали произведены затраты, необходимые для закупки оборудования, его транспортировки и монтажа. Затраты на монтаж оборудования принимаются в размере 5% от прейскурантной цены (стоимости приобретения), транспортно-заготовительные расходы – 8%. Процент амортизации составляет 16%, так как автоматизированная система предполагает пятилетний срок службы. Расчет стоимости оборудования произведен в табл.6, где одновременно определяются суммы амортизационных отчислений. Таблица 6 - Расчет стоимости оборудования и амортизационных отчислений
Таким образом, для внедрения системы необходимы капитальные затраты в размере 105700 рублей. Таблица 7 – Анализ калькуляции себестоимости стали в ККЦ-1 ОАО "ЗСМК" за 1999 г.
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
