СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДОЗИРОВАНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ОКУСКОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
SYSTEM OF CONTROL OF CHARGE METERING FOR AGGLOMERATION OF IRON ORE MATERIALS

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для управления процессом дозирования шихты при окусковании железорудных материалов.
Известно устройство автоматического дозирования флюсующих добавок и топлива в заданном соотношении в зависимости от расхода железорудной части шихты и возврата, содержащее весоизмерители и локальные системы стабилизации расходов компонентов шихты (Автоматизированные системы управления на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под ред. B.C.Виноградова - М.: Недра, 1984, 167 с.).
Недостатком известного устройства является то, что при дозировании шихты не учитывается большая часть возмущений, которые вносятся компонентами возвратных продуктов, что приводит к значительным отклонениям фактической основности агломерата от заданного значения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является устройство, которое с целью повышения качества агломерата путем стабилизации его основности содержит регулятор дозируемого компонента, например известняка, ЭВМ, а также блок вычисления содержания окиси кальция и кремнезема в возврате, поступающем на окускование в течение текущего двухчасового интервала времени (А.с. СССР N 1792438 A3, кл. С22В 1/14, опубл. 30.01.1993).
Недостатком известного устройства является отсутствие контура обратной связи, позволяющего подстраивать математическую модель под фактический технологический режим, что снижает качество управления. Кроме того, качество управления снижается также из-за запаздывания информации о фактическом значении основности агломерата в текущий момент времени, рассчитываемый по фактическим результатам экспресс-анализа за предыдущий интервал времени.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества управления процессом агломерации за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.
2
2
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что система управления процессом дозирования шихты для окускования железорудных материалов, содержащая по числу дозируемых компонентов агломерационной шихты, в том числе флюсующих добавок в аломерационную шихту, например известняка, регуляторы и датчики весовых расходов дозируемых компонентов агломерационной шихты, анализаторы содержания в компонентах окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO, анализатор содержания в компонентах влажности, а также блок расчета фактической основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени и ЭВМ, дополнительно содержит последовательно соединенные блок расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, и блок вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, последовательно соединенные блок расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата с блоком расчета основности агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени на одном из входов и блок расчета прогноза основности агломерата, выход которого последовательно соединен с соответствующими регуляторами весовых расходов каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, а также установленные по числу вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты накопительные емкости и под каждой накопительной емкостью - конвейер с соответствующим регулятором дозируемых компонентов агломерационной шихты, соответствующий датчик весовых расходов компонентов агломерационной шихты, соответствующий анализатор содержания в компонентах окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO, и соответствующий анализатор содержания в компонентах влажности, выходы каждого из вышеупомянутых анализаторов и датчиков соединены с соответствующими им входами блока расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, выход блока вычисления основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, соединен с другими входами блока расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блока расчета прогноза основности агломерата.
На фигуре изображена структурная схема системы управления процессом дозирования шихты для окускования железорудных материалов.
2
Система содержит установленные по числу дозируемых компонентов агломерационной шихты (показано для одного компонента) накопительные емкости 1, под которыми установлены по числу вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты соответствующие конвейеры 2 с соответствующими регуляторами 3 весовых расходов дозируемых компонентов агломерационной шихты, а также соответствующие датчики 4 весовых расходов компонентов агломерационной шихты, анализаторы 5 содержания окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO в компонентах агломерационной шихты, анализаторы 6 содержания влажности в компонентах агломерационной шихты, выходы каждого из вышеупомянутых анализаторов и датчиков через соответствующие входы блока 7 расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, соединены с входом блока 8 вычисления расчетной основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата. Система содержит последовательно соединенные блок 9 расчета фактической основности агломерата, блок 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блок 11 расчета прогноза основности агломерата, выход которого последовательно соединен с соответствующими регуляторами 3 весовых расходов каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, выход блока 8 вычисления основности агломерата по величинам балансовой основности аглошихты и среднему значению коэффициента передачи, связывающего между собой основность аглошихты и основность агломерата, соединен с другими входами блока 10 расчета статической ошибки между расчетным и фактическим значениями основности агломерата и блока 11 расчета прогноза основности агломерата.
Блоки 7, 8, 9, 10, 11 реализуются с использованием программируемого контроллера по специальной программе, алгоритм которой описан ниже, в соответствии с постановкой технической задачи операции адаптивной математической модели процесса.
Система работает следующим образом.
2
j
По сигналам с датчиков 4 весовых расходов компонентов агломерационной шихты, например, конвейерных весов фирмы Метран, с анализаторов 5 содержания окиси кальция СаО и двуокиси кремния SiO в компонентах агломерационной шихты, например, поточных анализаторов АПУР «ФЕРРОКОНТ» конвейерного варианта для экспрессного, непрерывного количественного контроля концентраций химических элементов в режиме реального времени, с анализаторов 6 содержания влажности компонентов агломерационной шихты, например, измерителей влажности веществ ММ710, реализующих метод инфракрасной спектроскопии (компания Infrared Engineering), в блоке 7 расчет балансовой основности  аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход Q за j-й дискретный интервал времени, выполняют по зависимостям
,
причем
где р - индекс расчетного значения основности;
pj
M - значение в j-й дискретный интервал времени балансовой основности аглошихты;
i=1,…,N - порядковые номера компонентов шихты, в т.ч. все возвратные продукты;
ij
Q - весовой расход i-го дозируемого компонента шихты за j-й дискретный интервал времени, т/ч;
ij
W - влажность i-го компонента шихты за j-й дискретный интервал времени, %;
ij
(CaO) - содержание СаО в i-м компоненте шихты за j-й дискретный интервал времени, %;
2
ij
2
(SiO) - содержание SiO в i-м компоненте шихты за j-й дискретный интервал времени, %.
Сигнал с блока 7 расчета балансовой основности аглошихты, вычисляемой с учетом возвратных продуктов и нормированной на ее расход, поступает на вход блока 8 вычисления расчетной основности , отн. ед., агломерата по величинам балансовой основности , отн. ед., аглошихты и среднему значению коэффициента k передачи, связывающего между собой основность агломерационной шихты и основность агломерата, согласно зависимости
.
2
В блоке 9 производят расчет фактической основности  агломерата по результатам экспресс-анализов агломерата за предыдущий интервал времени на содержание окиси кальция (СаО) и двуокиси кремния (SiO) согласно зависимости
.
Интервалы времени, через которые выполняются экспресс-анализы основности агломерационной шихты и агломерата, определяются действующей на ОАО «ММК» технологической инструкцией ТИ-101-ГОП-8-2003. Периодичность отбора проб агломерата составляет 2 часа. Пробы агломерата отбираются с хопперов после их загрузки.
Сигнал с блока 9 расчета фактической основности  агломерата по результатам экспресс-анализов за предыдущий интервал времени подают на один из входов блока 10 расчета статической ошибки  между расчетным  и фактическим  значениями основности агломерата, например, в j-й дискретный интервал времени, по зависимости
.
Сигнал с блока 10 расчета статической ошибки  между расчетным  и фактическим  значениями основности агломерата подают в блок 11 расчета прогноза основности  агломерата по зависимости
,
где  - значение фактической основности агломерата за предыдущий (j-1)-й интервал времени, отн. ед.;
j-1
j-2
j-3
b, b, b - коэффициенты, подбираемые из условия минимизации погрешности прогнозирования, за последовательные, предшествующие предыдущему (j-1)-му интервалу времени, (j-3) и (j-2) равные, например, двухчасовые, интервалы времени.
j-1
j-2
j-3
Коэффициенты b, b, b в блоке 11 определяются методом наименьших квадратов из условия минимизации погрешности прогнозирования, вычисляемой по формуле .
Например, эти коэффициенты равны 0.6, 0.3, 0.1 соответственно.
Величина статической ошибки между прогнозными  и фактическими значениями  основности рассчитывается на интервалах времени, на порядок превосходящих время переходного процесса в объекте.
На другие входы блока 10 расчета статической ошибки  между расчетным  и фактическим  значениями основности и блока 11 расчета прогноза основности  агломерата поступает сигнал с выхода блока 8 вычисления расчетной основности  агломерата по величинам балансовой основности  аглошихты и среднему значению коэффициента k передачи, связывающего между собой основность агломерационной шихты и основность агломерата.
Сигнал с выхода блока 11 расчета прогноза основности агломерата подают на входы регуляторов 3 каждого из вышеупомянутых дозируемых компонентов агломерационной шихты, в том числе флюсующих добавок в агломерационную шихту.
Пример реализации заявляемой системы
Прогнозные значения основности агломерата пересчитываются каждые 10 минут, что соответствует темпу поступления результатов анализа компонентов шихты (в среднем этот темп составляет 10-15 минут). Кроме того, пересчет производится каждый час, с приходом часовых расходов компонентов аглошихты.
Графики изменения фактической и балансовой основности агломерата приведены на рис.1.
Как следует из результатов сопоставления, расчетные значения основности изменяются более динамично, чем фактические, поскольку учитывают относительно более высокочастотные, по сравнению с полученным путем опробования, колебания основности агломерата.
На рис.2 показано сопоставление окончательного скорректированного прогнозного значения балансовой основности (выход блока 11) с фактической основностью.
Сопоставление основности агломерата, рассчитанной по балансовой модели с учетом корректирующей добавки, с фактическими значениями представлено на рис.2. Погрешность прогноза составляет 0,032 отн.ед.
Благодаря введенным блокам и связям учитывается влияние неконтролируемых возмущающих воздействий на процесс агломерации, что позволяет достичь технического результата изобретения - повысить качество управления процессом агломерации за счет прогнозирования основности агломерата по адаптивной математической модели процесса.