Разработка энергосберегающей технологии плавки на основе улучшения математической модели управления сталеплавильным процессом

• Автор: Сахно, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Донецк
• Количество страниц: 243 c. : ил

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОШ

1.1. Техническое состояние современного сталеплавильного производства

1.2. Некоторые проблемы вопроса тепломассообмена

в сталеплавильном агрегате . II

1.3. Цель работы и постановка задачи исследований

1.4. Научная новизна работы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ

АГРЕГАТЕ

2.1. Экспериментальное исследование теплообмена в сталеплавильном агрегате .

2.1.1. Методика исследований .

2.1.2. Результаты экспериментальных исследований теплообмена в сталеплавильном агрегате .
2.1.3. Анализ результатов исследований теплообмена
в сталеплавильном агрегате .
2.2. В ы в о д ы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССОСБМЕНА
КИСЛОРОДА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ .
3.1. Методика исследования состава газовой Фазы
б жидком металле в промышленных условиях
3.2. Результаты исследований состава газов в
жидкой ванне .
3.3. Исследование влияния теплотехнических параметров на массоперенос кислорода к ванне
3.4. В ы в о д
4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ И КИСЛОРОДНЫМ РЕЖИМАМИ ПЛАВКИ НА
ОСНОВЕ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА К МЕТАЛЛУ
4.1. Разработка алгоритма расчета массопереноса кислорода к металлу
4.1.1. Определение среднемассовой скорости газов
4.1.2. Определение температуры газов над ванной
4.1.3. Определение концентрации кислорода и других газов в атмосфере печи .
4.1.4. Определение количества кислорода продувки, поступающего в металл
4.2. Построение блоксхемы управления массопереносом кислорода в сталеплавильном агрегате и выбор параметров расчета .
4.2.1. Блоксхема расчета массопереноса кислорода
в сталеплавильном агрегате .
4.3. Анализ и сравнение результатов численного моделирования и промышленных исследований массопереноса в печи .
4.3.1. Результаты расчета массопереноса кислорода
4.3.2. Промышленные испытания алгоритма массопереноса кислорода и методика управления тепловым и кислородным режимами плавки .
4.4. Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ
ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА КИСЛОРОДОМ
5.1. Лабораторные исследования параметров работы газовой струи в жидкости
5.2. Разработка продувочного устройства со щелевыми соплами
5.3. Результаты промышленных испытаний фурмы для продувки металла кислородом
5.4. Выводы
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .
8. ПРИЛОЖЕНИЯ
8.1. Результаты определения состава газов в жидком металле
8.2. Состав шлаков опытных плавок при определении газовой фазы металла
8.3. Методика расчета массопереноса кислорода к
металлу
8.3.1. Идентификация исходных данных на языке
АЛГОЛ .
8.3.2. Работа с программой
8.3.3. Выбор оптимальных параметров теплового режима
8.3.4. Программа расчета
8.4. Акты внедрения и прочие документы.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
В расход топлива по показаниям приборов на пульте управления агрегата, кгч, м3ч
бмсгз расход мазута, кгч
расход кислорода на продувку металла в ванне,м3ч
расход кислорода для подачи в Факел, м3ч
длина рабочего пространства печи, м
Р, Л7д Г.6ог массовый расход газа, вен
тиляторного и компрессорного воздуха, кислорода,кгч
Г удельный расход кислорода на окисление примесей
металла, кгм3ч
теплотворная способность топлива, кДясм3, кДжкг
5 площадь поверхности ванны по зеркалу металла, м
4, .6.,маз, ог, температура подогрева газа,
компрессорного воздуха, мазута, кислорода вентиляторного воздуха, С
температура нагрева металла, С
V расход вентиляторного воздуха, м3ч
У2 расход природного газа, м3ч
расход компрессорного воздуха, м3ч
удельные расходы воздуха на горение
топлива, удельный выход продуктов сгорания, м3м, м3кг
кдд й, скорость вентиляторного воздуха,
газа компрессорного воздуха, кислорода на выходе из горелочного устройства, мс
среднемассовая скорость всех газов факела у входа в рабочее пространство печи, мс
ду удельное теплоусвоение, кВтм
коэффициент полезного действия, к.п.д.,
коэффициент полезно используемого тепла, к.и.т.,
РРР Р УДельные плотности воздуха, газа, мазута, ео V МС Оо о
кислорода, кгм
концентрация кислорода, доли,
доля остаточного кислорода продувки
доля кислорода продувки, подогреваемого металлом.
ВВЕДЕНИЕ


На основании исследований тепловой работы промышленного агрегата и состава газовой фазы жидкой ванны разработана математическая модель массопереноса кислорода к металлу, используемая для управления тепловым и кислородным режимами плавки. Данная модель в сравнении с существующими позволяет учитывать кинетические характеристики факела, количественно оценить влияние режимных параметров плавки как на общее кислородопитание плавки, так и на отдельных участках ванны. С учетом особенностей массопереноса газов и конструкции печей эта модель может быть использована для управления малоокислительным или безокислительным тепловым режимом в нагревательных печах. По результатам исследования работы газовых струй продувочных устройств установлено существенное влияние частотных характеристик истекающих струй на глубину погружения и массообмен кислорода с жидким металлом. По данным лабораторных исследований разработаны новая конструкция продувочной фурмы с плоскощелевыми соплами а. СССР, позволяющая увеличить на . СССР. Результаты исследований и разработок, полученных в работе, могут быть использованы для определения газовой фазы в жидких расплавах металла, шлака, стекла, в любом промышленном плавильном агрегате, в том числе, и в цветной металлургии для оперативного управления тепловым и кислородным режимами плавки мартеновских и двухванных печей как в автономном режиме, так и в системе АСУ ТП для совершенствования горелочных и продувочных устройств и способов продувки металла кислородом. Реализация работыБпромшленности. Результаты исследований использованы на Макеевском металлургическом заводе для отработки инструкции по ведению теплового режима плавки, совершенствования процессов в мартеновских печах и теплообмена в регенераторах для проектирования и промышленного использования фурмы для продувки металла кислородом. Внедрение разработанных в диссертации рекомендаций на Макеевском металлургическом заводе привело к улучшению техникоэкономических показателей работы печей, экономии топлива и кислорода и дало экономический эффект в сумме 2,0 тыс. Всесоюзной научнотехнической конференции Современные проблемы повышения качества металла в ноябре г. Донецк на научных семинарах по проблеме Кибернетика АН УССР в , г. Ш Всесоюзной конференции по тепломассообменным процессам в ваннах сталеплавильных агрегатов в сентябре г. Жданов на заводской конференции Донецкого металлургического завода в г. Донецкого политехнического института на расширенном заседании кафедры Теплофизика и теплоэнергетика металлургических процессов Ждановского металлургического института, г. Жданов, г. Публикации. По теме диссертации опубликовано статей в научнотехнических журналах и сборниках, и получено 4 авторских свидетельства на изобретение. Основным показателем работы промышленного плавильного агрегата является производительность, удельные расходы энергоносителей, вспомогательных материалов и высокое качество продукции. Производительность агрегата определяется уровнем технического оснащения, степенью использования интенсификаторов, а также уровнем организации производственного процесса. Современные требования к промышленным агрегатам состоят в том, чтобы высокая производительность агрегата сочеталась с минимально возможными затратами энергетических ресурсов. Рациональное использование энергетических ресурсов возможно только при совершенствовании технологических и теплообменных процессов с использованием ЭВМ. Однако, для. ЭВМ необходим аппарат, для создания которого необходимо изучение характерных особенностей, закономерностей совершенствуемых процессов, а также выявление различных факторов, влияющих на эти процессы. Согласно поставленной цели работы для построения математической модели управления тепловым и кислородным режимами плавки необходимо изучение закономерностей тепломассообмена в сталеплавильном агрегате. Целью работы в данном разделе является исследование тепловой работы печи, влияния различных факторов на массообмен кислорода газовой фазы печи с жидкой ванной и возможность использования полученных результатов для совершенствования тепловой работы печи.