Введение к работе
Актуальность работы. В связи с истощением местной рудной базы металлургические предприятия Урала работают в основном на привозном сырье с различных месторождений. Существенные колебания состава агломерата и окатышей вызывают нестабильность теплового состояния печи, свойств чугуна и шлака, повышают вероятность нарушения хода печи. Поэтому создается резерв восстановителя (кокса). Его избыток приводит к высокому содержанию кремния в чугуне.
Стабилизация теплового состояния позволит точно дозировать кокс и снизить содержание кремния в чугуне. По нашему мнению, для совершенствования методик стабилизации теплового состояния наиболее актуальным является повышение точности математических моделей доменного процесса. Кроме того, известные методики стабилизации не учитывают многих параметров: состава первичного шлака, затрат тепла на термодинамику образования газов в процессах прямого восстановления железа, изменения степени прямого восстановления по ходу плавки, колебаний потерь тепла.
Цель и задачи работы. Основной целью работы является математическое моделирование доменного процесса для улучшения использования тепла и снижения энергозатрат при производстве чугуна. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Выбор параметров, характеризующих тепловое состояния печи.
-
Разработка адаптивной математической модели.
-
Разработка методики стабилизации теплового состояния.
Научная новизна
-
Уточнена математическая модель термодинамики реакции газификации углерода, введены поправки в уравнения зональных тепловых балансов математической модели доменной печи.
-
Температурные границы зон математической модели доменной печи впервые установлены в виде ограничений II рода, т.е. квазистационарными.
-
В уточненной математической модели учтено влияние состава первичного
шлака на доменный процесе и применен баланс углерода в нижней зоне для расчета производительности печи.
Практическая ценность
-
Разработанная методика стабилизации теплового состояния доменной печи позволяет поддерживать на заданном уровне теплосодержание чугуна и содержание вюстита в первичном шлаке.
-
Методика стабилизации теплового состояния доменной печи позволяет оперативно изменять расходы дутьевых добавок и тем самым экономить энергоресурсы.
На защиту выносятся
-
Зональная адаптивная балансовая модель доменного процесса с квазистационарными границами, учитывающая термодинамику образования газа в процессе прямого восстановления, температуру и состав первичного шлака.
-
Методика стабилизации теплового состояния доменной печи путем изменения расходов природного газа, кислорода и кокса.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на II Международной научно-технической конференции «Энергосбережение на промышленных предприятиях» (г.Магнитогорск, 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Теория и технология производства чугуна и стали» (г.Липецк, 2000 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (гЛипецк, 2001 г.); VII Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (г.Дубна, 1999 г.); научных семинарах МПУ и ОАО «ММК».
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 10 опубликованных научных статьях.