Математическое моделирование сложных технологических процессов доменного производства методами нелинейной динамики

• Автор: Голубев, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 158 с. : ил

1.1. Краткое описание доменного процесса

1.2. Неравновесная термодинамика и методы нелинейной

динамики

1.3. Численные методы решения дифференциальных уравнений

1.4. Исследование точности численного решения динамических

систем

1.5. Иерархия упрощенных моделей

Выводы

Глава 2. Моделирование процессов нагрева и охлаждения насадки

доменного воздухонагревателя

2.1. Воздухонагреватели. Типы и основные характеристики

2.2. Модель теплового состояния насадки воздухонагревателя
2.3. Физическая модель воздухонагревателя с учетом
суперпозиции действующих сил
2.4. Компьютерное моделирование процесса нагрева и
охлаждения насадки воздухонагревателя
2.5. Рассмотрение возможных способов нагрева и охлаждения
насадки
2.6. Влияние шага дискретизации в математической модели
насадки воздухонагревателя
Выводы
Глава 3. Моделирование процесса косвенного восстановления железа в доменной печи с использованием аппарата нелинейной динамики
3.1. Модель косвенного восстановления железа в доменной печи
3.2. Исследование модели Доменного Брюсселятора
3.3. Влияние шага дискретизации в математической модели
косвенного восстановления железа
3.4. Корреляционная размерность и ее определение в модели
Доменного Брюсселятора
3.5. Исследование временных рядов данных доменной печи
Выводы
Глава 4. Программные комплексы и практическое применение разработанных моделей для анализа процессов доменного производства чугуна
4.1. Разработка программных комплексов
4.2. Технологические параметры пульсирующего вдувания в
доменную печь восстановительных газов
4.3. Проверка адекватности физической модели нагрева и
охлаждения насадки воздухонагревателя реальным данным
Выводы
Заключение
Библиографический список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ


Исследованы временные ряды доменного процесса с использованием процедур математической статистики, а также нелинейной динамики. В четвертой главе описаны созданные программы для моделирования процессов нагрева и охлаждения насадки воздухонагревателя доменной печи и расчета корреляционной размерности для анализа временных рядов. С использованием результатов моделирования концентрационных колебаний веществ в зоне косвенного восстановления железа даны технологические рекомендации по использованию пульсирующей подачи восстановительных газов для управления процессом доменной плавки. Проведена проверка модели нагрева и охлаждения насадки воздухонагревателя на адекватность реальным данным. В заключении формулируются основные научные и практические результаты диссертационного исследования. Прилагается список используемых литературных источников. ГЛАВА 1. Процесс выплавки чугуна в доменной печи является одним из основных в металлургическом производстве. Для того чтобы эффективно, рационально управлять доменным процессом, необходимо с высокой степенью точности знать о физикохимических реакциях, происходящих в доменной печи. Математические модели доменного процесса должны позволить получать данные для ведения доменной плавки, не прибегая к большому объему экспериментов на агрегатах доменного цеха, которые являются крайне дорогостоящими, и могут вести к остановке работы домны. Математический расчет доменного процесса должен учитывать множество факторов, влияющих на протекание химических реакций в шахте доменной печи, поэтому подавляющее большинство существующих моделей доменного производства крайне сложны 1 9. Самыми сложными и ресурсозатратными объектами в доменном цехе являются, собственно, доменная печь и блок воздухонагревателей. Моделирование процесса работы доменной печи. Доменная печь является противоточным реактором шахтного типа, в ней медленный поток твердых шихтовых материалов и кокса движется вниз, а быстрый поток образующегося при сгорании топлива газов поднимается вверх. Рассмотрим подробнее устройство и процессы, происходящие в доменной печи. Профилем печи называется вертикальный разрез по оси ее внутреннего пространства рис. Здесь выделяют следующие конструктивные элементы колошник верхняя цилиндрическая часть печи, шахта имеет конический вид, распар печь имеет наибольший диаметр, заплечики сужаются книзу, горн цилиндрический. Полезный объем доменной печи образуется суммой объемов всех ее элементов. Современные доменные печи имеют полезный объем мь и выше . Рис. Вертикальный разрез доменной печи полезным объемом . Основной процесс, проходящий в домне5 это восстановление железа и других элементов из их окислов. Восстановителями в реакциях служат твердый углерод, окись углерода и водород. Поэтому для активного протекания реакций восстановления необходим противоток шихтовых материалов и газа. Соответственно, существуют показатели относительного развития прямого восстановления степень прямого восстановления железа гс1 и степень непрямого восстановления г связанные между собой соотношением Г, ГД1. Цепочку химического процесса последовательного восстановления железа из высших окислов можно представить следующим образом Рез Рез РеО Ре. Общая температура реагентов увеличивается при снижении слоя шихты к горну домны, при этом в разных температурных зонах превалируют различные химические реакции. РеО Н2 Л Н ,7, Мдж. С СО 3,8, Мдж. Процесс восстановления окислов железа по высоте доменной печи показан на рис. Кроме того, восстановление железа производится из его силикатов. Л. Грюнером в г. Для того, чтобы приблизиться к идеальному ходу, необходимо, чтобы восстановительный процесс совершался при относительно невысоких температурах, чтобы двуокись углерода не реагировала с твердым углеродом, образовывая СО. Принцип Грюнера вызвал длительную дискуссию среди теоретиков и практиков доменного процесса, критикующих положения об идеальном ходе доменной плавки и необходимости для его осуществления максимально возможной степени косвенного восстановления железа. Профессор А.