ПЕРСПЕКТИВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В XXI ВЕКЕ

Особое внимание уделено главным направлениям развития автоматизации и компьютеризации: созданию интегрированных и распределенных систем управления; разработке специальных приборов и средств автоматизации на базе нового поколения микропроцессорной техники и ЭВМ.

Автоматизация технологических процессов и управления производством на базе современных компьютеров и микропроцессорной техники является одним из определяющих направлений технического перевооружения черной металлургии России и стран СНГ.

Работы по автоматизации проводятся АО "Черметавтоматика" совместно с ЦНМИчерме том, Гипромезом, АО "ВНИИметмаш", АО "ВНИПИ САУ", институтом "Стальпроект”, службами автоматизации предприятий черной металлургии и другими организациями.

Современные системы автоматизации для черной металлургии должны обеспечивать существенное улучшение качества продукции, удлинение срока службы металлургического оборудования и экономию энергоносителей, а также удовлетворение все более ужесточающихся норм по охране окружающей среды.

Состояние автоматизации

В рамках настоящего доклада не представляется возможным осветить автоматизацию всех переделов черной металлургии, поэтому рассмотрим состояние автоматизации на примере сталеплавильного и листопрокатного производств.

Сталеплавильное производство. В настоящее время в наиболее полном объеме АСУТП конвертерной плавкой реализована в конвертерном цехе Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК), где используюгся измерительный зондавтомат для определения температуры металла, содержания в нем углерода, отбора проб металла и измерения уровня ванны, газоаналитическая система для непрерывного определения состава конвертерных газов и устройство для измерения интенсивности шума конвертера. Система осуществляет статическое и динамическое управление конвертерной плавкой и обеспечивает выпуск с первой повалки 90% плавок [1].

В новом конвертерном цехе Магнитогорского металлургического комбината (ММК) в 1993 г. введена в промышленную эксплуатацию АСУТП "Плавка", реализованная на современной отечественной микропроцессорной технике. Эта система обеспечивает управление всеми операциями технологического процесса, включая динамическую оценку плавки по математическим моделям процесса и информации от систем газового анализа (система ФТИАН3).

Установки доводки стали на предприятиях черной металлургии оснащены в основном локальными системами контроля и управления. В отдельных случаях (например, в электросталеплавильном цехе Оскольского электрометаллургического комбината) эти системы входят в состав АСУТП сталеплавильных агрегатов.

Для автоматизированного контроля дефектных участков на поверхности сляба в процессе непрерывной разливки ЧерМК разработан алгоритм распознавания местоположения и протяженности дефектов [2]. Реализация алгоритма базируется на специально разработанном аппаратном и программном обеспечении. Система регистрирует начало и конец дефектного участка с достаточной точностью и обеспечивает оптимальный раскрой заготовки.

Листопрокатное производство. Наиболее полно оснащены средствами и системами автоматизации непрерывные широкополосные станы горячей прокатки 2000 HJIMK и ЧерМК, 2500 ММК и станы холодной прокатки 2030 НЛМК, 630 ММК, 1700 и 1400 КарМК.

Для широкополосного стана 2800/1700 горячей прокатки АО "Черметавтоматика" Институт проблем управления и ЧерМК разработали и внедрили трехуровневую систему оптимальной настройки стана по критерию минимума энергозатрат (топлива или электричества). Верхний уровень системы производит расчет исходного положения нажимных механизмов в соответствии с выбранным критерием. Средний уровень управляет в реальном масштабе времени нажимными механизмами клетей черновой группы с целью поддержания заданной температуры подката для чистовой группы путем перераспределения обжатий по клетям в функции температуры сляба. Нижний уровень представляет собой систему дистанционного управления нажимными механизмами черновой группы; его можно также использовать самостоятельно для управления нажимными механизмами и линейками как черновой, так и чистовой групп стана [3]. Использование этой системы в топливосберегающем режиме позволяет уменьшить расход топлива не менее чем на 1 % благодаря снижению температуры нагрева слябов и сократить на 1,5 % как окалинообразование, так и угар металла.

На стане 1700 горячей прокатки работает автоматизированная на базе ПЭВМ система диагностики подшипников жидкостного трения и систем их смазки. Система осуществляет непрерывный контроль температуры подшипников электродвигателей главного привода, промежуточных и опорных валков, давления масла в магистрали смазки и его уровня в гидробаке. Система позволяет накапливать статистические данные, которые могут быть использованы для учета ресурса подшипников и выдачи рекомендаций по их эксплуатации.

На станах холодной прокатки функционируют САУ процессом прокатки полосы, выполненные на микропроцессорной технике. Примером может служить непрерывный 5клетьевой стан холодной прокатки 630 ММК, на котором работает комплекс систем автоматического регулирования толщины и натяжения полосы и автоматической настройки стана при смене сортамента, разработанный АО "ВНИИметмаш" [4]. Этот комплекс представляет собой единую многосвязанную систему, в которой управляющие воздействия на скорость валков и нажимные устройства клетей формируются на основе информации от датчиков технологического контроля. Многосвязное регулирование осуществляется с использованием улучшенной математической модели стана. Применение такой системы позволяет получить высокую точность полосы по толщине.

На реверсивном стане 850 холодной прокатки Новосибирского металлургического завода введена в эксплуатацию система автоматического регулирования толщины полосы на базе микроЭВМ. Стан оснащен беспоршневыми гидравлическими исполнительными механизмами (разработка АО "Черметавтоматика"). Система обеспечивает прокатку полосы с разнотолщин ностью до 1,6% на 95% длины [5].

На HJIMK работает адаптивная система управления отжигом металла в колпаковых печах. Система обеспечивает автоматизированный расчет и адаптацию режима термообработки применительно к индивидуальным теплотехническим характеристикам садки и печи; автоматическую стабилизацию режима отжига; слежение за металлом по всей технологической линии цеха; улучшение механических и поверхностных свойств металла; сокращение вдвое таких типичных дефектов отожженной рулонной садки, как сваривание и изломы. Внедрение системы позволяет увеличить выход металла высшего качества, сократить расход топлива и длительность отжига. АО "Черметавтоматика" разработаны и изготавливаются специальные средства и системы автоматизации для доменного, сталеплавильного и листопрокатного производств. Назначение, принцип действия и основные технические данные их приведены в фирменном каталоге "Средства и системы автоматизации для черной металлургии". Развитие перспективных средств и систем автоматизации доменных печей, разрабатываемых АО "Черметавтоматика', ЦНИИчерметом и другими организациями подробно изложено в трудах конгресса доменщиков [6].

Перспективы автоматизации. Дальнейшее развитие автоматизации в черной металлургии будет проходить по двум основным направлениям: создание интегрированных и распределенных систем автоматизации, охватывающих все процессы и агрегаты, цехи и завод в целом, с иелью оптимизации качества продукции при минимуме энерго и ресурсозатрат и наименьшем воздействии на окружающую среду; создание специальных приборов и средств автоматизации на базе нового поколения ЭВМ и микропроцессорной техники.

В настоящее время происходит слияние средств измерительной и вычислительной техники. В частности, интеграция огромного числа аналоговых и цифровых элементов на одном кристалле, разработка многокомпонентных керамических модулей и нового поколения модулей смешанных сигналов позволят существенно сократить размеры и энергопотребление измерительной аппаратуры, повысить ее быстродействие, точность измерения и надежность. Использование же специальных программных средств сделает приборы многофункциональными, способными к реконфигурации и адаптации к условиям контроля.

Появление и развитие качественно нового поколения вычислительной техники и успехи в разработке программной продукции дают возможность поновому организовать системы автоматизации. Следует учитывать также, что следующее десятилетие — это десятилетие сращивания вычислительной техники и техники связи, что даст возможность создавать большие информационные поля, доступные заинтересованному пользователю [7]. Это особенно важно для крупных металлургических предприятий как для организации гибкого производства внутри предприятия, так и для оперативного взаимодействия с поставщиками сырья и потребителями продукции.

Основными направлениями повышения качества листового проката будут являться [8]: совершенствование и создание новых конструкций прокатных станов, в частности шестивалковых клетей, обеспечивающих регулирование формы полосы, улучшение ее плоскостности, увеличение до 2% выхода годного металла; разработка для прокатных станов современных систем электропривода переменного тока на базе асинхронных и синхронных двигателей с частотным управлением и питанием от статических преобразователей частоты. Такой привод позволяет сократить время разгона стана благодаря меньшей в два раза по сравнению с двш ателями постоянного тока инерции ротора, увеличить среднюю скорость прокатки, существенно упростить компоновку стана; системы регулирования механических свойств тонколистового проката в потоке производства. Система позволит оперативно реагировать на изменение механических характеристик металла и выдавать рекомендации по изменению параметров технологического процесса, например, времени выдержки металла в печах, скорости его охлаждения и др. с целью корректировки механических свойств последующих рулонов. Подобную систему разрабатывает АО "Черметавтоматика"; совершенствование существующих и создание новых приборов и средств автоматизации для контроля геометрии листа, его планшет ности, качества поверхности полосы, механических свойств металла, усилия прокатки и натяжения полосы и т.п. Особое развитие получат беспоршневые гидронажимные устройства.

Получат развитие следующие перспективные системы автоматизации:

Особое внимание будет уделено автоматизации новых технологий непрерывных и интегрированных процессов и агрегатов, таких как:. герметизированный агрегат (разработка институтов Швеции) для реализации непрерывного процесса получения готового слитка из железной руды. Такой агрегат состоит из пяти реакторов, соединенных магистралями, на которых установлены магнитодинамические насосы, и вакуумной МНЛЗ. В реакторах последовательно проводятся процессы восстановления железной руды, плавления лома и накопления металла, десульфурации, раскисления, регулирования химического состава и дополнительного раскисления [10]; комплекс оборудования (разработка сделана в Японии), работающий в непрерывном режиме, в составе установки для переработки лома, плавильного агрегата с науглероживанием расплава, непрерывного рафинировочного агрегата, агрегата для доводки химического состава металла, МНЛЗ для отливки заготовок малого сечения; новые непрерывные процессы и агрегаты для производства стали — так называемые сталеплавильные агрегаты непрерывного действия (САНД); установка поточного вакуумирования металла в проточной футерованной камере небольшого размера, расположенной между сталеразливочным и промежуточным ковшами МНЛЗ (разработка НЛМЗ); совмещенный комплекс непрерывной разливки стали и прокатки сортового и листового проката [11]; непрерывно действующий агрегат, совмещающий новый физикомеханический процесс (бескислотный) удаления окалины с поверхности металла после горячей прокатки со станом холодной прокатки; агрегат, непосредственно объединяющий непрерывный стан холодной прокатки и непрерывную линию отжига полосы.

В заключение считаем необходимым обратить внимание на следующее. Автоматизация и компьютеризация производства на новом качественном уровне требуют и нового комплексного подхода к подготовке и переподготовке персонала металлургических предприятий, а также инженеров исследовательских и проектных институтов. Это специальный и один из важнейших вопросов настоящего и будущего. Он включает в себя организационные, психологические, социальные и материальные аспекты.

Учитывая проблемы, существующие в области автоматизации металлургического производства, в частности, такие, как недостаток инвестиций на эти цели как у Комитета по металлургии, так и у металлургических предприятий, целесообразно создать экспертный совет по проблемам автоматизации, действующий на постоянной основе. Основной функцией совета должна быть разработка рекомендаций по организованным и техническим проблемам, способствующих принятию оптимальных решений в области автоматизации черной металлургии.

Основные направления автоматизации и компьютеризации в черной металлургии.

Решение этих задач позволит существенно повысить качество готовой продукции, обеспечить экономию энергоресурсов и металла, увеличить производительность агрегатов и улучшить экологическую обстановку.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м I, Москва 1994