Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

С. А. Мартынов, ассистент, канд. техн. наук, эл. почта: direktor062@mail.ru
В. Ю. Бажин, доцент, докт. техн. наук, эл. почта: Bazhin-alfoil@mail.ru
П. А. Петров, декан факультета переработки минерального сырья, канд. техн. наук, л. почта: pashapp@yandex.ru

Рассмотрены основные проблемы управления и контроля в производстве металлургического кремния в рудно-термических печах (РТП), связанные с нерегулируемыми параметрами. Проведена серия экспериментов для подтверждения возможности внедрения метода контроля отклонения электрода от осевого положения, в которой было предусмотрено введение в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП) дополнительных контролируемых параметров. Выполнены математическое моделирование процесса и адаптация работы алгоритма управления положением электрода в пространстве печи для снижения изгиба и вероятности его поломки, а также уменьшения образования трещин и сколов на торце при перепуске в условиях действующего производства. Разработана и построена комплексная математическая 3D-модель распределения теплового поля, учитывающая влажность древесного угля, положение электродов и выделяемую мощность в ходе нагрева шихты. Сделано обоснование применения адаптивного алгоритма настройки регуляторов для контроля изменяющихся параметров в различных технологических условиях, таких как влажность шихтовых материалов, положение электрода, электрический режим работы РТП. Предложено расширение существующей системы управления АСУТП в виде цифрового модуля за счет интеграции сигналов о наличии отклонений электродов от своего осевого положения, при использовании адаптивного алгоритма настройки существующих регуляторов без применения дополнительных специальных управляющих воздействий на замкнутый контур управления.

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075-03-2020-127/1 по проекту № FSRW-2020-0014 на 2020 год. Тема: «Развитие междисциплинарных направлений комплексного освоения недр Земли и сохране ния природы». Направление (тематика на 2020 год): «Аналитический обзор и разработка концепции комплексной переработки минерального и техногенного сырья с газификацией твердого углеводородного сырья») — поскольку при разрушении электрода выделяются парниковые газы и углерод, поэтому предлагают их газифицировать и утилизировать тепло.

1. Воробьёв В. П., Сивцов А. В. Оценка характеристик распределения энергии с учетом зонального строения рабочего пространства дуговых восстановительных печей // Проблемы рудной электротермии : сб. докл. науч.-техн. совещания «Электротермия-96». 1996. С. 177–178.
2. Штенберг М. В., Быков В. Н. Вода в гранулированном кварце Урала: исследование методом ИК-Фурье спектроскопии при низких температурах // Записки Российского минера логического общества. 2011. Ч. 140, Вып. 2. С. 93–102.
3. Glazev M. S., Bazhin V. Y. Environmental technologies in the production of metallurgical silicon // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues. 2019. Р. 114–120.
4. Маслов Д. В. Разработка алгоритмов и систем управления дуговыми сталеплавильными печами, снижающих поломки электродов : дис. ... канд. техн. наук. — М., 2014. — 134 с.
5. Potapov A. I., Kul’chitskii A. A., Smorodinskii Y. G. Analyzing the accuracy ofa device for controlling the position of a rotating plane // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. Vol. 54, Iss. 11. Р. 757–764.
6. Немчинова Н. В., Клёц В. Э. Оптимизация карботермического процесса получения кремния в электродуговых печах // Цветные металлы. 2010. № 3. С. 98–102.
7. Николаев А. А., Корнилов Г. П., Тулупов П. Г., Повелица Е. В. Анализ различных вариантов построения схем автоматического управления перемещением электродов дуговых сталеплавильных печей и установок печь-ковш // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2015. № 2. С. 90–100.
8. Шариков Ю. В., Ткачев И. В., Снегирев Н. В. Моделирование оптимального управления нелинейным объектом // Теоретические основы химической технологии. 2020. Т. 54, № 5. С 572–583. DOI: 10.31857/S0040357120050176.
9. Шариков Ю. В., Лиу Ц. Ф. Математическое моделирование процесса восстановления закиси никеля в трубчатой вращающейся печи // Металлург. 2018. № 7. С. 27–32.
10. Воробьёв В. П., Паньков В. А., Сивцов А. В. Автоматизированная система контроля и управления процессом выплавки ферросплавов // Компьютерные методы в управлении электротехнологическими режимами руднотермических печей : сб. науч. трудов. 1998. С. 269–271.
11. Арменский С. В. Разработка математической модели подэлектродного пространства руднотермических печей : дис. ... канд. техн. наук. — СПб., 2004. — 131 с.
12. Хименез Карризоса М., Станкович Н., Ванье Ж.-К., Шклярский Я. Э. и др. Система управления магистральной линией электропередачи постоянного тока с модульными многоуровневыми преобразователями // Записки Горного института. 2020. Т. 243. C. 357. DOI: 10.31897/pmi.2020.3.357.
13. Перельман И. И. Оперативная идентификация объектов управления. — М. : Энергоиздат, 1982. — 272 с.
14. Фитерман М. Я. Роль информации и идентификации при создании АСУ // Промышленные АСУ и контроллеры. 2008. № 12. С. 42–49.
15. Чернышов С. Е., Галкин В. И., Ульянова З. В., Макдональд Д. И. Разработка математических моделей управления технологическими параметрами тампонажных растворов // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 179. DOI: 10.31897/pmi.2020.2.179.
16. Васильев В. В. Управление руднотермической электроплавкой сульфидного медно-никелевого сырья на основе гармонического анализа тока и напряжения электродов : дис. ... канд. техн. наук. — СПб., 2010. — 143 с.
17. Воробьев В. П. Электротермия восстановительных процессов. — Екатеринбург : УРО РАН, 2009. — 268 с.
18. Гульбин Ю. Л. Моделирование кинетики нуклеации и роста граната в среднетемпературных метапелитах. I. Теоретические основы // Записки Российского минералогического общества. 2013. Ч. 142, Вып. 6. С. 1–17.
19. Бааке Э., Шпенст В. А. Последние научные исследования в сфере электротермической металлургической обработки // Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 660. DOI: 10.31897/pmi.2019.6.660.
20. Фитерман М. Я. Настройка контуров регулирования САР // Промышленные АСУ и контроллеры. 2007. № 8. С. 17–25.
21. Martynova E. S., Bazhin V. Y. Automatic control system development and implementation for melting in electric arc furnaces // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. P. 1–7. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/4/044039.
22. Пат. 2612340 РФ, МПК G05B 13/04. Адаптивная система управления: № 2015148330: заявл. 10.11.2015: опубл. 07.03.2017 / Белоглазов И. И., Мартынов С. А., Фитерман М. Я., Мартынова Е. С.; заявитель ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет». — 8 с.
23. Vasilyeva N. V., Ivanov P. V. Implementation of fuzzy logic in the smelting process of control algorithms of copper-nickel sulfide materials // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1384. DOI: 10.1088/1742-6596/1384/1/012065.
24. Vasilyeva N. V., Fedorova E. R., Koteleva N. I. Real-time control data wrangling for development of mathematical control models of technological processes // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1015. DOI: 10.1088/1742-6596/1015/ 3/032067.
25. Gorlenkov D. V., Gorlenkova I. V., Beloglazov I. I., Timofeev V. Yu. Selection of complete recovery of precious metals in the processing of copper-nickel alloys in hydrometallurgical way // Materials Science Forum. 2018. Vol. 927. Р. 190–194.
26. Martynova E., Bazhin V., Suslov A. Arc steel-making furnaces functionality enhancement // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues. Proceedings of the Russian-German Raw Materials Dialogue: A Collection of Young Scientists Papers and Discussion. 2019. Vol. 1. P. 251–262.
27. Martynov S. A., Bazhin V. Yu. Improving the сontrol efficiency of metallurgical silicon production technology // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1399. P. 1–5.
28. Radu Balan. Modeling and control of an electric arc furnace // Proceеdings of the 15^th Mediterranean Conference on Control&Automation. July 27–29, 2007. Athens, Greece: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 2007. P. 91–97.
29. Romanova N. A., Leontiev V. S. Structure and energy optimization of the phenol and acetone separation process using reaction mixture components as entrainers // Pet. Chem. 2017. Vol. 57. P. 430–435. DOI: 10.1134/S0965544117020220.
30. Toulouevski Y., Zinurov I. Innovation in electric arc furnaces, the second edition. — Berlin : Springer Link, 2013. Р. 120–155.