Введение к работе
Актуальность работы. Более 70 % стали в мире производится конвертерным способом, т.е. менее чем за полвека он превратился в ведущий, и его развитие далеко не закончено. Высокая производительность, универсальность и гибкость различных модификаций этого процесса обеспечивается одновременным сосуществованием в едином объеме (агрегате) высокотемпературных активных окислительных областей и зон, где окисление и восстановление компонентов происходит при обычных и пониженных металлургических температурах. Аналогичными условиями протекания взаимодействий характеризуются интенсивно разрабатываемые в настоящее время процессы прямого твердо- или жпдкофазного восстановления железа ш руд (КР, Доред, ПЖВ и др.), рафинирования расплавов железа в агрегатах непрерывного действия и внепечных способов обработки расплавов. Таким обрг эм, развитие металлургии идет по пути создания высокотемпературных, универсальных и гибких процессов, происходящих в газотвердожидкофазных системах.
Такие системы характеризуются совершенно различными неравновесными термодинамическими условиями одновременного протекания различных, часто прямо противоположных, реакций в сосуществующих областях единой системы. Другими словами современные металлургические процессы представляют собой открытые неравновесные системи с дискретным и непрерывным распределением во времени и пространстве параллельно и последовательно протекающих взаимодействий ее субстанций. Теория таких систем делает первые свои шаги.
Поэтому для дальнейшего развития и совершенствования процессов производства железа и сплавов на его основе в газотвердожидкофазных системах теоретическое обобщение и конкретная проработка вопросов
4 управления конвертерным процессом является актуальной необходимостью как с производственной, так и с научной точек зрения.
Научная новизна работы состоит в установлении законов развития и движения высокотемпературных газотвердожидкофазных систем, при рассмотрении металлургических процессов как единой открытой неравновесной макросистемы, что позволил.} сформулировать научно-обоснованные концепции управления нми и проиллюстрировать эффективность последних на примере конвертерного процесса.
Главными научными результатами работы следует счп лть:
обоснование и доказательство как теоретическое, так и экспериментальное применимости положений термодинамики необратимых процессов к металлургическим системам, в том числе и к конвертерному процессу;
установление пространственно-распределенной зонной структуры конвертерного процесса и механизма организации системы взаимодействия его потоков масс и энергии с их унифицированным математическим описанием;
создание теоретических основ управления газотвердожидкофазными высокотемпературными металлургическими системами, подтвержденных практической реализацией их в адаптивных системах контроля и управления конвертерным процессом.
Практическая значимость. Результаты представленной работы составили основу целого ряда рекомендаций по совершенствованию технологий конвертерного процесса на КарМК и НЛМК, создания системы, акустического контроля и разработки системы адаптивных алгоритмов контро.<»л конвертерного процесса по" составу и объему отходящих газов, а также алгоритмов статического и динамического управления в системах адаптивной стабилизации отечественных и зарубежных конвертерных агрегатов.
Внедрены; способы управления конвертерным процессом с циклическими режимами изменения расхода кислорода (Металлургический, завод "Криворожсталь", ККЦ №1; КарМК; НЛМК, ККЦ №2); система прогноза температуры на заключительном этапе продувки (НЛМК, ККЦ №2); система алгоритмов динамического контроля конвертерного процесса по составу и объему отходящих газов (НЛМК, КарМК); система акустического контроля процесса (КарМК); система алгоритмов динамического управления первым технологическим периодом (КарМК); система расчета интегральных воздействий на процесс продувки (НЛМК). От внедрения результатов работы получен экономический эффект, превышающий 1,5 млн. руб. в. год (в ценах 80-х годов).
Теоретические концепции работы и полученные практические результаты включены в специальные дисциплины, читаемые в МИСиС студентам спец. 1101, 2102 и 0^20. На базе выполненных исследований созданы: лабораторные работы по физическому и математическому моделированию конвертерных процессов; учебные пособия для курсового и дипломного проектирования; целый ряд практических занятий. Некоторые результаты диссертационной работы нашли отражения в изданных з отечественных монографиях , и учебниках для специалистов металлургического профиля.
Апробация работы. По материалам диссертации в отечественных и зарубежных издательствах опубликовано более 47 статей и получено 13 авторских свидетельств.
Основные результаты я положения работы докладывались и обсуждались на 11 Всесоюзных конференциях и международном симпозиуме (Будапешт, 1979 г.) в 19 докладах.
Объем работы. Диссертация изложена . на 51>/ страницах машинописного текста, состоит из введения, (? глав и заключения,
содержит />3 таблиц, А±Ч иллюстраций, у/ страниц приложения и списка литературы из ^^наименований.
Основные идеологические и методологические принципы выполнения работы базируются на методах системного анализа: формулировке цели исследований . на каждом последующем этапе; установлении пространственно-временного распределения взаимодействующих элементов изучаемой системы, обладающих определенной целостностью и природной целенаправленностью; установлении иерархической структуры их взаимодействия и алгоритма функционирования системы, направленного на достижение определенной цели; унифицированной математической формализации объекта,-отражающей связи между отдельными элементами системы, выходными переменными ее состояния и входными управляющими воздействиями; формулировке законов и принципов управленій газотвердожидхофазными высокотемпературными металлургическими системами и их реализации на примере конвертерного процесса.
Успешное выполнение сформулированных этапов возможно только при решении информационных проблем. контроля и использовании нетрадиционной физико-химической базы, позволяющей подойти к анализу и описанию открытых систем на строго научной основе.
В качестве таковой использованы законы и принципы термодинамики необратимых (реальных) процессов (ТНП).
?