Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Металлургия цветных металлов

Диссертационная работа:

Загайнов Сергей Александрович. Совершенствование технологии доменной плавки на основе анализа и прогноза ее режимов методами моделирования : диссертация ... доктора технических наук : 05.16.02.- Екатеринбург, 2004.- 277 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-5/708

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
Введение 5

1. Современные представления об основных процессах доменной

плавки и основы математического моделирования основных явлений ..11

  1. Понятие теплового состояния доменной печи 11

  2. Математические модели теплового состояния доменной печи 13

  1. Функциональные (поведенческие) модели 13

  2. Математические модели, основанные на уравнениях материального и теплового баланса 16

1.1.3. Модели, основанные на закономерностях тепло-и

массообмена 21

1.3. Применение математических моделей в задачах управления

динамикой доменного процесса 25

1.4. Математические модели дутьевого и газодинамического

режимов доменного процесса 27

1.5. Математические модели процессов шлакообразования и

шлаковых систем 29

1.6. Методы оценки распределения потоков шихты и газов в

доменной печи 33

1.7. Постановка задач исследования 35

2. Предлагаемый подход к решению технологических задач 37

3. Совершенствование математической модели теплового состояния
доменной печи 53

3.1. Основные положения модели теплового состояния доменной печи,

разрабатываемой в УГТУ-УПИ 53

3.2 Уточнение модели теплового состояния низа доменной печи 60

3.3. Методики решения задач оценки влияния режимных параметров на

показатели работы доменной печи 71

  1. Проверка адекватности модели 96

  2. Методика оценка эффектов действующих возмущений 101

  3. Совершенствование модели теплового состояния верхней

зоны доменной печи 108

3.7.Разработка методики оценки нелинейности доменного

процесса 115

3.7.1 Общий подход к оценке нелинейности доменного процесса ....115 3.7.2. Разработка методики аналитического определения

коэффициента нелинейности доменного процесса 117

4
3.8. Выводы 123

4. Разработка блока анализа и прогноза шлакового режима

доменной плавки 124

5. Разработка блока оценки газодинамического и дутьевого

режимов доменной плавки 140

  1. Анализ дутьевого режима 143

  2. Анализ газодинамики верхней зоны доменной печи 146

  1. Оценка газодинамики нижней зоны доменной печи 153

  2. Выводы 160

6. Разработка блока моделирования неравномерности распределения

потоков шихты и газов по радиусу печи 162

  1. Методика оценки газораспределения в доменной печи 162

  2. Разработка блока моделтрования укладки материалов 167

  3. Выводы , 175

7. Разработка методики оценки влияния возмущений на

показатели работы печи 176

7.1. Общий подход к оценке потерь, связанных с действующими

на процесс возмущениями 176

  1. Разработка алгоритма моделирования переходных процессов 179

  2. Влияние режимных параметров на динамические характеристики

доменной печи 188

7.4. Выводы 201

8. Разработка блока формирования и оценки достоверности нформации 202

8.1. Подход к разработке методов оценки и повышения достоверности

нформации 202

8.2. Блок оценки достоверности данных о химическом составе

продуктов плавки 204

8.3 Блок оценки информации о химическом составе

шихтовых материалов 210

8.4 Блок анализа достоверности информации о параметрах

комбинированного дутья, составе колошникового газа и

перепадах давления 219

8.5 Групповой анализ данных при решении задач статики 223

8.6. Выводы 226

Заключение 227

Литература 230

Приложение 258

Введение к работе:

Диссертация содержит основные результаты теоретических,

экспериментальных и прикладных исследований, которые можно

охарактеризовать как решение крупной научной проблемы в области производства

чугуна Работа направлена на совершенствование технологии доменной плавки,

что достигается путем прогноза и выбора обоснованных технологических режимов

при вынужденных или целенаправленных изменениях параметров процесса

Методы выбора технологических режимов базируются на использовании

балансовых и эмпирических моделей, реализованных в виде компьютерных

систем анализа и прогноза развития явлений, протекающих в печи.

Производство чугуна в доменных печах является одним из основных

металлургических процессов, требующих больших энергозатрат

Совершенствование технологии доменной плавки за последние десятилетия было

связано с внедрением мероприятий, направленных на снижение удельного расхода

кокса. Практика работы подтвердила принцип, сформулированный в работах Р

Оккермана, МА. Павлова, относительно процессов усвоения тепла в печи

Согласно этому принципу « по мере совершенствования технологии доменного

процесса и приближения к некоторому предельному режиму эффективность всей

совокупности мероприятий по его дальнейшему улучшению снижается» Это

обусловлено закономерностями развития взаимосвязанных явлений доменной

плавки, которые находятся под действием большого количества как

контролируемых, так и неконтролируемых возмущений, которые приводят к

работе печи в переходных режимах Технология плавки, для каждой конкретной

печи, выбирается таким образом, чтобы изменения процессов в этих переходных

режимах не привели к расстройствам теплового состояния, газодинамики и

шлакового режима, то есть создаются необходимые резервы. Как правило, эти

резервы обеспечены «избыточным» расходом кокса. Минимизация таких резервов

является одним из путей совершенствования технологии доменной плавки

В современных условиях существенно изменился режим работы доменных

печей Причиной этого является нестабильность снабжения предприятий

железорудными материалами, коксом и ценовая политика естественных

монополий Эти изменения приводят к необходимости частых перешихтовок и

периодическому переводу печей на тихий ход. Нередко возникают задачи

выплавки чугуна по спецзаказам Железорудная база черной металлургии

постепенно сокращается. Для производства чугуна используются нетрадиционные,

для конкретного предприятия, руды. Таким образом, доля времени, в течение

которого печи работают в переходных режимах, существенно возрастает, а,

следовательно, возрастают потери, связанные с этими режимами работы.

Одним из основных путей совершенствования технологии доменной плавки является разработка и внедрение методов своевременной и адекватной компенсации изменений развития основных явлений, вызываемых действующими на процесс возмущениями Эти пути реализуется на основе расчетных методов прогнозной оценки хода процесса, что позволяют принимать необходимые меры и не допускать расстройств хода печи. Адекватная компенсация действующих на процесс возмущений достигается путем учета взаимосвязи развития процессов тепло - и массообмена, шлакообразования и условий движения встречных потоков шихты и газа

Расчетные методы, реализованные в виде математических моделей, ориентированы на количественную оценку взаимосвязи показателей работы печи с развитием основных явлений доменного процесса при изменении режимных параметров.

Рассматривая доменный процесс как объект моделирования необходимо отметить, что в его основе лежит организованный тепло-и массообмен в условиях движущихся в противотоке сыпучих материалов, расплавов и газов Характеристики потоков распределены в пространстве и изменяются во времени Современные методики анализа и прогноза развития процессов доменной плавки базируются на достижениях многих отраслей науки и техники.

Блестящей плеядой советских ученых, среди которых особо следует отметить Бардина И.П, Воскобойникова В. Г., Готлиба А. Д., Грузинова В К, Китаєва Б И., Красавцева Н.И , Некрасова З.И , Павлова М А., Похвинева А Н , Рамма А Н, Соколова И А, Сорокина В А., Стефановича М. А сформулированы основные положения теории доменной плавки. На основе этих положений развивалась и развивается теория и практика доменного процесса. Значительный вклад в становление современной теории и методов моделирования доменного процесса внесли отечественные ученые Авдеев В.П.,Андронов В.И , Бабарыкин Н Н , Вегман Е Ф , Доброскок В М., Дмитриев А Н., Ефименко Г Г., Жеребин Б Н, Захаров И И, Курунов И Ф., Ковшов В Н, Леонидов Н.К, Логинов В И, Овчинников Ю Н, Спирин Н А., Тараканов А.К., Тарасов В П, Тихомиров Е Н , Товаровский И Г, Торопов Е.В , Фиалков Б.С, Шаврин С В., Швыдкий В С , Шумилов К А , Юсфин ЮС, Ярошенко Ю. Г. и их ученики

Общепризнанно, что создание полной математической модели явлений доменного процесса в настоящее время невозможно Наиболее пригодными для решения задач анализа показателей работы печи оказались принципы натурно -математического моделирования. При таком подходе сердцевиной модели являются натурные (реальные объекты) в их тесном сопряжении с математическими моделями, описывающими отдельные стороны процесса

7 Применение этих моделей, работоспособных только в прямом информационном

сопряжении с самими объектами и предусматривающих математическую

обработку информации, сдерживается в большинстве случаев отсутствием

алгоритмов, которые обеспечивали бы достаточно надежное решение в условиях

неполной и зашумленной информации о параметрах процесса.

Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования технологии доменной плавки в условиях, когда доля времени работы печей в переходных режимах возрастает. Решение задач выбора наилучших условий работы доменных печей, как в стационарных условиях, так и при переходных режимах, основано на использовании балансовых и эмпирических моделей, реализованных в виде компьютерных технологий анализа и прогноза хода плавки Эти технологии позволяют учитывать взаимосвязи тепло- и массообменных явлений и тем самым снизить потери при переходных режимах, вызванных вынужденным изменением режимных параметров Совершенствование существующих и разработка новых методов анализа процессов доменной плавки является актуальной задачей

Цель работы. Цель исследования состояла в определении путей совершенствования технологии доменной плавки на основе использования балансовых, эмпирических и динамических моделей, реализованных в виде компьютерных систем анализа и прогноза развития основных процессов, протекающих в печи.

Достижение этой цели потребовало:

анализа современного состояния теории и практики производства чугуна, а также конкретизации технологических задач, решение которых обеспечивает совершенствование технологии доменной плавки,

обобщения опыта моделирования процессов, протекающих в печи и уточнение структур вычислений (на основе натурно - модельного подхода) при решении конкретных технологических задач;

совершенствования методов оценки развития явлений доменной плавки на основе математических моделей с переменной структурой, ориентированных на многовариантный анализ производственных данных;

формирования информационной базы для решения технологических задач на основе разработки алгоритмов оценки и повышения достоверности информации,

прогнозирования влияния возмущений на развитие основных явлений плавки с учетом особенностей распределения потоков шихты и газов по радиусу печи,

адаптации методов анализа и прогноза развития явлений доменной плавки и внедрение разработанных алгоритмов

Научная новизна диссертации заключается в следующем

1 Установлено, что влияние возмущений на развитие всех процессов доменной

плавки возрастает при нестабильных сырьевых условиях. Это обусловлено общей тенденцией снижения затрат тепла на выплавку чугуна, которые сопровождаются изменением динамических характеристик печи.

2 Обобщены подходы и предложены методы создания систем сбора, повышения
достоверности и анализа информации, основанные на современных
представлениях о закономерностях тепло - и массообмена в доменной печи

  1. Уточнены и реализованы методы многовариантной оценки информации для структурной адаптации математических моделей и анализа хода процессов доменной плавки.

  2. Разработана методика оценки нелинейности доменного процесса, позволяющая определять интервалы изменения режимных параметров, при которых погрешность оценок, получаемых из решения балансовых уравнений, находится в допустимых пределах. Тем самым расширяется возможность моделирования процесса на основе детерминированных математических моделей.

5 С использованием принципов натурно - модельного подхода уточнены
методики оценки взаимосвязей между процессами, протекающими в доменной
печи На основе этих методик и функциональных (поведенческих) способов
описания динамики переходных процессов разработаны и внедрены алгоритмы
прогноза основных явлений доменной плавки.

Подобные работы
Шатохин Константин Станиславович
Совершенствование режимов нагрева металла в методических печах на основе развития экспериментальных методов исследования и информационно-теплотехнического моделирования
Бабкин Дмитрий Геннадьевич
Развитие методов расчета процесса РОМЕЛТ и его моделирование с целью совершенствования технологии
Потапов Виктор Иванович
Теплофизические процессы при вторичном рафинирующем переплаве и их совершенствование методами математического моделирования
Ганзер Лидия Альбертовна
Разработка и совершенствование энергосберегающих методов продувки конвертерной ванны на основе моделирования процессов тепломассообмена
Ибадуллаев Тимур Бахтиярович
Разработка и совершенствование технологии дожигания в металлургических печах на основе математического моделирования с целью снижения вредных выбросов и энергозатрат
Лаврик Дмитрий Александрович
Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением
Сахно Александр Евгеньевич
Разработка энергосберегающей технологии плавки на основе улучшения математической модели управления сталеплавильным процессом
Книсс Владимир Альбертович
Физико-химические основы и технология восстановительной плавки закиси-окиси кобальта в электродуговых печах постоянного тока
Курунов Иван Филиппович
Разработка ресурсосберегающих технологий доменной плавки на основе ее исследования и математического моделирования
Съемщиков Николай Семенович
Оптимизация технологии производства коррозионно-стойкой стали с использованием методов термодинамического моделирования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net