Разработка и применение алгоритмов и математических моделей в автоматизированной системе управления доводкой стали в ковше

• Автор: Штайгер, Александр Федорович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 162 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
1.1. Анализ технологии внепечной обработки стали и возможностей ав
томатизации
1.2. Состояние и перспективы развития алгоритмизации технологических процессов производства стали
1.3. Формирование направления научных исследований и разработок
1.3.1. Задача математического моделирования вынужденного конвективного тепло-массопереноса в сталь-ковше
1.3.2. Задача математического моделирования свободного конвективного
тепло-массопереноса в сталь-ковше
1.3.3. Алгоритмизация учета текущего состояния фурмы для оценки координатных возмущений объекта
1.3.4. Алгоритмизация назначения ферросплавов при доводке расплава в
ковше
1.4 Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОБОДНОГО И
ВЫНУЖДЕННОГО КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛО- И МАССООБ-МЕНАВКОВШЕ
2.1. Универсальный подход к моделированию свободного и вынужденного конвективного тепло-массообмена
2.2. Моделирование осесимметричного вынужденного конвективного
тепло-массообмена в ковше
2.3. Моделирование свободного конвективного тепло-массообмена в
ковше со сталью
2.4. Моделирование массопереноса в ковше на примере вдувания порошкообразного материала

2.5. Моделирование асимметричного вынужденного конвективного тепло-массообмена в ковше
2.6. Проверка адекватности математических моделей конвективного
теплопереноса
2.7 Выводы
3. АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССА ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ
3.1. Алгоритм назначения ферросплавов в ковш
3.2. Алгоритмы управления продувкой стали в ковше
3.2.1. Алгоритм оценки состояния продувочной фурмы
3.2.2. Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы
3.3 Структура автоматизированной системы управления внепечной
обработкой стали
3.4 Выводы
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРО-
ВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛО- МАССООБМЕНА
4.1. Поведение гидродинамических и тепловых процессов при продувке стали в ковше в случае осесимметричной продувки
4.2. Массоперенос в ковше при вдувании порошкообразного ферросилиция
4.3. Поведение гидродинамических и тепловых процессов при продувке стали в ковше в случае асимметричной продувки
4.4 Выводы
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.
Постоянно возрастающие требования к снижению материальных и энергетических затрат на производство стали могут быть реализованы за счет оптимизации процессов производства стали, предотвращения возникновения внештатных и аварийных ситуаций. Важную роль при этом имеет разработка и внедрение в технологический процесс автоматизированных систем управления с использованием математического моделирования.
Особенность работы состоит в комплексном рассмотрении одного из процессов производства стали - внепечной обработки стали в ковше. При этом объект автоматизации и исследования рассматривается как сложный нелинейный объект с распределенными параметрами, реализация задач автоматизации которого требует разработки численно-аналитических методик, инструментальных систем расчета и моделирования.
Цель работы.
Разработка и создание программного обеспечения для оценки, отображения текущего состояния объекта управления, расчета и выдачи рекомендаций технологическому персоналу по управлению процессом внепечной обработки стали в ковше, прогнозирования состояния расплава. Исследование влияния различных режимов ведения процесса на тепло- массоперенос в ковше с расплавом. Разработка алгоритмов оценки состояния и управления процессом внепечной обработки.
Научная новизна.
1. Разработан новый комбинированный алгоритм управления доводкой металла в ковше, использующий математические модели свободного и вынужденного теплопереноса в расплаве и оценки текущего состояния продувочной фурмы.
2. С использованием математической модели теплопереноса исследовано влияние асимметричности расположения и состояния продувочной фурмы в ковше на гомогенизацию расплава.
3. Разработан новый способ оперативной оценки состояния продувочной фурмы (степени ее заметалливания и укорочения) в процессе продувки стали

состояния системы “шлак - металл”, найденные для случая слива стали в ковш, в задаче назначения масс ферросплавов при подаче их на поверхность шлака. Последнее имеет место при доводке металла в ковше на установках УПСА.
Сравнение скоростей растворения кремне- и марганцесодержащих ферросплавов при отсутствии и при наличии перемешивания показывает, как минимум, двухкратное возрастание скорости растворения кусковых ферросплавов при продувке стали через погружную футерованную фурму [46,88,109].
В последнем случае на степень усвоения кремния и марганца существенное влияние оказывают как свойства металла и шлака, так и скорости движения стали относительно слоя шлака и наличия открытых мест на зеркале металла. По результатам проведенных исследований [46], при продувке стали в ковше порошкообразным ферросилицием, коэффициент усвоения кремния возрастает от 0,85 - 0,95 в сравнении с 0,6 - 0,7 для случая подачи ферросплава на слой шлака и последующей продувки расплава через фурму.
Поскольку требуемый уровень легирования стали, как правило, предопределяет нужную степень ее раскисления, то основное внимание при управлении корректировкой химсостава металла на стадии внепечной обработки уделяется именно легированию стали. Данное обстоятельство частично объясняет недостаточное внимание, уделяемое при создании АСУ ТП УПСА вопросу метрологического контроля окисленности стали. Отрицательное влияние решения этого вопроса оказывает также высокая сложность, стоимость и низкая надежность зондов - активаторов для оперативного контроля окисленности. Наиболее распостраненным способом косвенной оценки степени окисленности стали является использование зависимости концентрации кислорода в железе, находящегося в состоянии термодинамического равновесия с алюминием [88].
При использовании для разливки металла машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), сортамент выплавляемых сталей ограничивается, главным образом, спокойными марками. При этом на стадии внепечной обработки широко используются пробоотборники типа ПМ-39, которые в отличие от