Разработка и исследование математических моделей, создание программного обеспечения для управления объектами в металлургии : на примере пуска доменной печи

• Автор: Щипанов, Кирилл Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1. Особенности работы доменных печей в современных условиях

1.2. Технологические основы задувки доменных печей

1.3. Математическое моделирование в исследовании доменного процесса

1.4. Модельные системы поддержки принятия решений в доменном производстве

1.5. Задачи диссертационного исследования

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА

ШИХТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
2.1. Физическая постановка задачи
2.2. Математическая модель расчета состава шихты заполнения с регулируемым процессом восстановления
и шлакообразования
2.3. Математическая модель расчета состава шихты заполнения для традиционной задувки
2.4. Моделирование дутьевого и газодинамического режимов доменной плавки в задувочный период
2.5. Прогнозирование состава чугуна
2.6. Оптимизационная модель шихты заполнения
2.7. Выводы
Глава 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ДЛЯ
КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
3.1. Принципы построения и особенности функционирования комплекса программ
3.2. Реализация пакета прикладных программ расчета
шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров
3.3. Примеры решения задач расчета шихты заполнения, 8 выбора дутьевых и газодинамических параметров
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Акт внедрения пакета на ОАО ММК
Приложение 2. Акт внедрения диссертационной работы 9 в учебный процесс
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ содержание золы в коксе,
В основность шлака, доли ед.
влажность дутья, гм
порозность слоя кокса, м3м
0 содержание кислорода в дутье,
расход углерода на прямое восстановление элементов чугуна, кгкг. чуг.
масса агломерата в шихте, т
масса кокса в шихте, т
Рд давление горячего дутья, ати
Рш масса шихты в печи, т
Рн рудная нагрузка, тт
Сч теплосодержание чугуна, кДжкг
теплосодержание шлака, кДжкг
теплота диссоциации монооксида железа, кДжкг
, выход шлакообразующих из агломерата, тт
количество шлака, образующегося из рудного материала, кгкг
выход шлакообразующих из кокса, тт
ищл выход шлакообразующих из шлакообразующего материала флюсов, тт
К расход дутья, м3мин
пг расход природного газа, м3час
расход кислорода, м3ч
теплоемкость кокса, кДжкгК
С теплоемкость кладки печи, кДжкгК
аФ диаметр фурмы, м
бжрм теоретический выход чугуна из агломерата, тт
еш выход чугуна из шихты, тт
ек теоретический выход чугуна из кокса, тт
Рс теплоотдача углерода кокса, сгорающего у фурм, кДжкг
теплоотдача углерода кокса прямого восстановления, кДжкг
тепловой эквивалент кокса, кДжкг
степень прямого восстановления железа, кгкг
температура горячего дутья, С
температура колошникового газа, С
Пре степень перехода железа в чугун, доли
п, вязкость шлака при температуре шлака , пуаз
степень улетучивания серы, доли
о теплоемкость колошникового газа при его температуре, кДжм3 К
гГ насыпная масса агломерата, тм
Ун насыпная масса кокса, тм
i xi системы управления технологий, исполнения
производства i программируемый логический контроллер
vi iii сбор данных и диспетчерское управление
V Vi i ii
АСУП Автоматизированная система управления предприятием
АСУ ТП Автоматизированная система управления технологическим процессом
ЖРМ железорудные материалы
КИПиА Контрольноизмерительные приборы и автоматика
ЛПР лицо, принимающее решение
ООП объектноориентированное программирование
ПК персональный компьютер
СУ степень уравновешивания шихты газом,
СУКр критическая степень уравновешивания шихты газом,
СУБД система управления базой данных
СУБМ система управления базой моделей
УСО устройство связи с объектом
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность


По этой же причине большое количество научноисследовательских работ, направленных на оптимизацию управления доменной плавкой с применением математического моделирования, не имело практической реализации и заканчивалось на этапе опытной эксплуатации или ограничивалось рекомендациями. Конечной целью разработок систем управления комплексом доменных печей является создание системы управления, обеспечивающей нормальную работу производства в целом при минимальной себестоимости продукции с учетом. В области управления доменным процессом сегодня необходимо на основе разработки средств получения объективной информации о параметрах технологического процесса и имеющихся возможностей использования средств интеллектуального обеспечения максимально приблизить управление доменным производством к автоматизированному . В соответствии с современной идеологией основные задачи локального управления решаются на нижних уровнях системы, что позволяет повысить реактивность системы и разгрузить вычислительную сеть от передачи излишней информации. На верхние уровни управления возлагаются только те задачи, для выполнения которых вычислительные средства нижних уровней не приспособлены. Математическому описанию компьютерному моделированию процессов отводится важнейшая роль в исследовании и оптимизации явлений газодинамики, движения шихты, теплообмена, массообмена, восстановления, размягчения, фильтрации и других процессов, происходящих в действующих металлургических агрегатах, в том числе при разработке новых схем переработки железорудного сырья. Это связано с тем, что экспериментальное изучение агрегатов сопряжено либо с большими финансовыми, технологическими и техническими трудностями, либо попросту невозможно. Поэтому использование математических моделей в изучении доменной плавки, при разработке систем контроля и управления доменным процессом имеет большое значение. Роль математических моделей существенно возрастает при недостатке информации о явлениях, происходящих в печи, например о температуре шихты и газа, давлении и составе газа, степени восстановления железа в объеме печи. Наибольшей общностью и большими возможностями прогноза обладает аналитическое описание явлений, основанное на физических закономерностях их протекания. Однако сложность и многофакторность доменного процесса, недостаточная его изученность не позволяют целиком опираться на такие описания. В ходе математического моделирования приходится широко использовать статистические модели явлений, простые логические соотношения, эмпирические и другие данные . Задувка доменной печи и последующий раздувочный период являются ответственными операциями, от правильного выполнения которых зависит нормальная работа печи, продолжительность ее службы, количество и длительность промежуточных ремонтов . Далее в работе под задувкой будем понимать пусковой период работы доменной печи после строительства или капитального ремонта, который начинается с момента загорания кокса после подачи дутья в печь, включает в себя первые выпуски продуктов плавки и завершается установлением в рабочем пространстве печи температурного поля, характерного для нормально работающей печи. Продолжительность задувки зависит от технологии, выбранного темпа форсировки, исправности оборудования и др. В литературе также встречается термин раздувка это следующий за задувкой этап работы печи. В этот период могут возрастать параметры дутьевого режима печи, если они не достигли нормального рабочего уровня в задувочном периоде. При задувке печи после строительства или капитального ремонта можно считать раздувочным периодом время выплавки чугуна с повышенным содержанием кремния. Режимы задувок доменных печей России и стан ближнего зарубежья, опубликованные в научнотехнической литературе представлены в таблице 1. Таблица 1. Череповецкий металлургический комбинат м3 г. Череповецкий металлургический комбинат м3 г. Рудная нагрузка Постепенное повышение до 2. Постепенное повышение 0,,,,5 0,1,2,2, 0,0. Параметры шлака первых выпусков Основность В 0. А . МрО 9. Основность В 01 А ,5 МдО 5,,4 Основность В 0. Параметры чугуна первых выпусков Б 6, Б 0. Б1 3,8,8 Б 0. Б 3,7 Б 3,. Б 0. Давлонио дутья в начальный период задувки, ати 0,5 0. Через 2ч 0. Через ч1.