close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Модели и алгоритмы обработки информации в системе оценки технологических параметров плавки стали в дуговой печи

код для вставкиСкачать
1
На правах рукописи
СТЕПАНОВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ
МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ
ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВКИ СТАЛИ В
ДУГОВОЙ ПЕЧИ
Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка
информации (в металлургии)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Череповец - 2018
Работа выполнена в Старооскольском технологическом институте им. А.А.
Угарова (филиал) федерального государственного автономного образовательного
учреждения
высшего
образования
"Национальный
исследовательский
технологический университет "МИСиС" на кафедре "Металлургия и
металловедение".
Научный руководитель:
Меркер Эдуард Эдгарович
доктор технических наук, профессор
Научный консультант:
Ершов Евгений Валентинович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Трубаев Павел Алексеевич
доктор технических наук, профессор кафедры
"Энергетика теплотехнологии" ФГБОУ ВО
"Белгородский государственный технологический
университет им. В.Г. Шухова"
Кабакова Ирина Юрьевна
кандидат технических наук, доцент кафедры
"Математика" ФГКВОУ ВО "Череповецкое высшее
военное инженерное училище радиоэлектроники"
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
"Липецкий государственный технический
университет", г. Липецк
Защита состоится "27" июня 2018 г. в 16 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.297.02 при Череповецком государственном
университете по адресу: 162600, г. Череповец, пр. Луначарского, 5, аудитория 208.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Череповецкого
государственного университета. Автореферат диссертации размещен на сайте ЧГУ
www.chsu.ru.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации,
просим высылать по адресу: 162600, г. Череповец, пр. Луначарского, 5,
диссертационный совет ЧГУ. Тел.: (8202) 55-65-97, факс (8202) 55-70-49. Копии
отзывов можно прислать на e-mail: shestakovni@chsu.ru.
Автореферат разослан "25" апреля 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Д 212.297.02
Харахнин Константин Аркадьевич
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Процесс плавки стали в дуговой печи является
основным способом производства качественных марок стали и обладает большими
резервами
повышения
технико-экономических
показателей.
При
этом
существенным недостатком его является высокий вынос из дуговой печи
значительного количества оксида углерода, обладающего высоким энергетическим
потенциалом, что заметно снижает коэффициент полезного действия дуговой печи и
ухудшает экологические показатели производства. Это обстоятельство диктует
необходимость развивать научно-технические разработки и опыт передовых
металлургических предприятий по дожиганию оксида углерода струями кислорода с
применением топливно-кислородных горелок (ТКГ) и кислородной многосопловой
фурмы.
Выбору рационального энерготехнологического режима плавки стали в
дуговых печах, в последние годы уделяется большое внимание. Процессы плавки в
сталеплавильном агрегате связаны с продувкой сталеплавильной ванны кислородом
и применением способов автоматического контроля за ходом процесса плавки
стали.
Исследования в рассматриваемой области базируются на основах теории
моделирования процессов и систем, изложенных в работах Арутюнова В.А.,
Бухмирова В.В., Крупенникова С.А., Черменева Е.А., Гришина А.А., Бигеева Д.М.,
Комоловой О.А., Окорокова Б.Н., Шендрикова П.Ю., Копцева В.В., Казакова О.В.,
Горбулина В.Н., и зарубежных ученых, таких как Kato M., Launder B.E., Logar V.,
Dovzan D., Skrjanc I. и других.
Исследованиями процессов, связанных с дожиганием отходящих газов в
дуговой печи, занимались такие ученые как Карпенко Г.А., Королькова Л.Н.,
Малахова О.И., Харламов Д.А., Кашакашвили Г., Кашакашвили Б., Кашакашвили
И., Киселев А.Д., Зинуров И.Ю., Макаров Д.Н., Маменко Ю.Ф., Сущенко А.В.,
Безчерев А.С. и другие.
Вопросам реализации алгоритмов обработки информации в системе оценки
технологических параметров плавки стали в дуговой печи посвящены труды
Sandham N.D., Jones W.P., Харламова С.Н., Brooks G., McClellan J., Maschamp D. и
других.
Процесс плавки стали в дуговой печи осложняется неправильным выбором
технологических параметров и неэффективным использованием тепла отходящих
газов в дуговой печи. В этой связи разработка математических моделей и
алгоритмов обработки информации в системе оценки технологических параметров
плавки стали в дуговой печи является актуальной научно-технической задачей.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы
является повышение эффективности технологии плавки стали с применением
железорудного металлизованного сырья на основе разработанных моделей и
алгоритмов обработки информации в системе оценки технологических параметров
плавки стали в дуговой печи.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
3
1) выполнен анализ проблемы оценки технологических параметров плавки
стали при дожигании отходящих газов в дуговой печи;
2) разработаны математические модели системы оценки технологических
параметров плавки стали в дуговой печи при локально распределенном дожигании
отходящих газов;
3)
разработано
алгоритмическое
обеспечение
системы
оценки
технологических параметров плавки стали при локально распределенном дожигании
отходящих газов в дуговой печи;
4) проведены экспериментальные исследования предложенных моделей и
алгоритмов обработки информации в системе оценки технологических параметров
плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой
печи.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач
использовались методы математического моделирования, теоретические основы
металлургической теплотехники, основы теории построения алгоритмов и
программ, системного анализа.
Объектом исследования является система оценки технологических
параметров плавки стали в дуговой печи.
Предметом исследования являются модели и алгоритмы обработки
информации в системе оценки технологических параметров плавки стали в дуговой
печи.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
1.Разработаны
новые
математические
модели
системы
оценки
технологических параметров плавки стали в дуговой печи, позволяющие определять
требуемый температурный режим в условиях нестационарности протекающих
процессов плавки.
2.Разработан и предложен новый метод оценки технологических параметров
плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой
печи.
3.Разработано алгоритмическое обеспечение системы оценки технологических
параметров плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов
в дуговой печи, включающее:
-алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при
обезуглероживании в дуговой печи;
-алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при локально
распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи;
-алгоритм оценки газодинамических параметров плавки стали в дуговой печи.
Практическая ценность работы результатов исследования заключается в
том, что реализация разработанных теоретических положений позволила:
- повысить коэффициент дожигания отходящих газов до 95% в зоне плавления
железорудных металлизованных окатышей за счет применения предложенных
моделей системы оценки технологических параметров плавки стали при локально
распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи;
4
- увеличить коэффициент использования тепла от дожигания отходящих газов
до 90% с помощью разработанного алгоритмического обеспечения системы оценки
технологических параметров плавки стали при локально распределенном дожигании
отходящих газов;
- учитывать влияние технологических параметров на процесс плавления
железорудных металлизованных окатышей с применением разработанного метода
оценки технологических параметров плавки стали при локально распределенном
дожигании отходящих газов в дуговой печи;
- разработать программное обеспечение, позволяющее реализовать алгоритмы
системы оценки технологических параметров плавки стали в дуговой печи.
Реализация результатов диссертационной работы. Диссертационное
исследование выполнялось в Старооскольском технологическом институте им. А.А.
Угарова (филиала) федерального государственного автономного образовательного
учреждения
высшего
образования
"Национальный
исследовательский
технологический университет "МИСиС" с 2012 по 2017 гг. Разработанные модели и
алгоритмы обработки информации прошли экспериментальную проверку на
Оскольском электрометаллургическом комбинате.
Результаты исследования переданы для внедрения на АО "ОЭМК".
Предложенные алгоритмы обработки информации используются в учебном
процессе на кафедре "Металлургия и металловедение им. С.П. Угаровой"
Старооскольского
технологического
института
научно-исследовательского
университета "МИСиС" в содержании дисциплин "Информационные технологии и
автоматизация в металлургии" и "Моделирование процессов и объектов в
металлургии" для студентов направления подготовки бакалавров 09.03.02
"Информационные системы и технологии".
Соответствие паспорту специальности. Проблематика, рассмотренная в
диссертации, соответствует пункту 4 паспорта специальности 05.13.01 - "Системный
анализ, управление и обработка информации (в металлургии)" (п. 4. Разработка
методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления,
принятия решений и обработки информации).
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты
диссертационного исследования докладывались и получили положительную оценку
на научно-практических конференциях "Моделирование и наукоемкие
информационные технологии в технических и социально-экономических
системах"(Новокузнецк, 2016), XVII Международной конференции "Современные
проблемы электрометаллургии стали" (Челябинск, 2017), Всероссийской научнопрактической конференции "Череповецкие чтения - 2014" (Череповец, 2014), II
Международной научно-технической конференции «Энергетические системы»
(Белгород, 2017).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 41 работе, из них 18 статей
в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 108
5
наименований и 6-и приложений. Работа содержит 158 страниц, 45 рисунков, 5
таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи
исследования, представлены положения, выносимые на защиту, их научная новизна
и практическая значимость работы.
В первом разделе на основе изучения литературных источников
проанализирована технология плавки стали в 150-тонной дуговой печи. В дуговой
печи дожигание отходящих газов может быть осуществлено только при высоком
уровне автоматизации процесса, при использовании вычислительных ресурсов,
позволяющих реализовать математические модели и алгоритмы обработки
информации, а также представить данные в удобном для персонала виде.
Для получения более точных и надежных результатов многие исследователи
прибегают к построению математических моделей с применением дожигания
отходящих газов в дуговой печи. В диссертационной работе рассмотрены известные
математические модели, алгоритмы и методы подачи кислорода в сталеплавильную
ванну дуговой печи.
Установлено, что теплофизические процессы, протекающие в дуговой печи
без дожигания отходящих газов, не позволяют в полной мере при построении
математической модели использовать методы оценки технологических параметров
плавки стали в дуговой печи.
Таким образом, разработка математических моделей и алгоритмов обработки
информации в системе оценки технологических параметров плавки стали в дуговой
печи является актуальной научно-технической задачей.
При построении математических моделей и алгоритмов будут учитываться
следующие технологические параметры, представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Технологические параметры плавки стали в дуговой печи,
которые будут учитываться при построении математических моделей и алгоритмов.
Обозначение
параметра
QCOдож
Единица
измерения
Наименование параметра
Вт
м2
VCO,в
м³

%
ηСО об
%
Тепловой поток, идущий на дожигание СО
до СО2
Объем СО, выделяющийся из ванны дуговой
печи
Степень дожигания выделяемого СО из
ванны дуговой печи
Общий коэффициент дожигания отходящих
газов на выходе из дуговой печи
6
Определены требования к математическому и информационному обеспечению
системы оценки технологических параметров плавки стали в дуговой печи, а
именно:
1. В системе должны использоваться такие математические модели и
алгоритмы, с помощью которых можно оценить эффективность работы дуговой
печи.
2. Обеспечивать точность оценки технологических параметров плавки стали,
определяемую по степени совпадения экспериментальных и фактических данных.
3. В системе должны быть предусмотрены меры по контролю и обновлению
данных в информационных массивах и восстановлению массивов при сбоях
технических устройств.
4. Информационное обеспечение системы должно быть целостной
информационной базой.
Математическое и информационное обеспечение системы оценки
технологических параметров плавки стали в дуговой печи должно строиться с
учетом перечисленных особенностей функционирования системы.
Во втором разделе на основе системного анализа плавки стали в дуговой печи
разработана системная модель оценки технологических параметров плавки стали в
дуговой печи, представленная на рисунке 1.
На уровне технологии находится дуговая печь, в которой температура
поддерживается автоматически на заданном уровне и составляет 1535 С .
В первый уровень автоматизации входят датчики температур металла ТМе и
шлака Тшл, регистрирующие длительность плавки τпл при различных значениях
скорости загрузки железорудных металлизованных окатышей υок и мощности дуги
Рд. Значения данных показателей можно использовать при проверке адекватности
программ.
Значения косвенных показателей плавки стали Тшл, Рд, υок, τпл через
контроллеры передаются на второй уровень автоматизации в ретроспективные
данные, где сопоставляются известные значения переменных математической
модели с фактическими. Из системы оценки технологических параметров плавки
стали в дуговой печи передаются данные о выплавляемой марке стали (М). Также на
втором уровне автоматизации определяются косвенные показатели плавки стали:
время плавления окатышей τпл, температура сталеплавильной ванны печи Тван,
плотность металла ρМе, коэффициент теплопроводности металла λМе, плотность
шлака ρшл, коэффициент теплопроводности шлака λшл, радиус ванны rван и высота
ванны печи Нван.
В дальнейшем ведется предобработка технологических параметров плавки
стали, где происходит отбор значимых факторов. Затем определяются
технологические параметры (количество тепла, идущего на дожигание СО до СО2;
объем СО, выделяющийся из ванны дуговой печи), которые передаются в блок
передачи данных в контроллеры, и, после этого обработанные данные поступают на
уровень технологии.
7
Рисунок 1. Системная модель оценки технологических параметров плавки
стали в дуговой печи.
Разработана функциональная модель системы оценки технологических
параметров плавки стали в дуговой печи, включающая следующие подмодели:
1) Модель оценки тепловых потоков в дуговой печи.
Тепловой поток, падающий на ванну дуговой печи оценивался по формуле:
PДi
0,9h 3
,
(1)
Q 
изл
4  r3

i 1
[(
h 2
r
r
)  К 2  ( ) 2  2К
 cos i ]3 / 2
r
r
r
Тепловой поток, падающий на стены дуговой печи, равен:
Qизл 
0,9
4  r2
PДi (1  K  cos i )
H  h 2 3/ 2
i 1
[1  K 2  2 K  cos i  (
) ]
r
3

.
(2)
Тепловой поток, падающий на свод дуговой печи определялся по следующей
формуле:
Pi
0,9( Н 1  h) 3
,
(3)
Qсв 

H1  h 2
r 2
r
4  r 3
2
3/ 2
i 1

[(
r
) К
(
r
)  2К
8
r
 cos i ]
где H1 и H - высота свода и точки Д на стене печи, м; h - половина высоты дуги, м;
K=rр/rп - отношение радиуса "распада" электродов к радиусу печи; Рi - полезная
мощность i-й дуги, Вт; cos αi - направляющий косинус для дуги i; 0,9 - эмпирический
коэффициент.
2) Модель оценки температурных полей в дуговой печи, где проводилась
оценка температур в различных точках ванны дуговой печи.
3) Модель оценки технологических параметров плавки стали при локально
распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи.
Общее количество тепла, выделяемое при дожигании отходящих газов, Вт/м²,
определялось по формуле:
дож
QCO
  ж    (t cp (CO)  t шл )  S ш. м. ,
(4)
Вт
; tср(со) и tшл м 2  С
температуры соответственно поверхности факела дожигания СО и шлака, С ; Sш.м. -
где αж - коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением,
поверхность теплоотдачи, м²; γ = 50 % ÷ 75 % - коэффициент, характеризующий
долю тепла от дожигания СО, поступающего на нагрев шлаковой ванны.
м3
Объем СО, выделяющийся из сталеплавильной ванны,
, равен:
с
28 / 12 С  M ме  vок  [C ] реакц 
,
(5)
VCO,в 
60  100 CO
%[C]
кг
где νс - скорость обезуглероживания,
; υок - скорость загрузки окатышей,
;
мин
с
[C]реакц - содержание углерода в металле, идущий на довосстановление оксидов
железа (FeO), %; ρсо - плотность пузырька СО,
кг
.
м3
При этом степень дожигания выделяемого СО из ванны дуговой печи, %,
оценивалась по выражению:
  1  {CO} /{CO}0 ,
(6)
где{CO}0, {CO} - начальная и конечная концентрации СО в отходящих газах, %.
Общий коэффициент дожигания отходящих газов, %, на выходе из печи,
оценили по формуле:
СО  СО2 /(СО  СО2 ) .
(7)
В соответствии с уравнениями (4) - (7) определялся критерий эффективности
дож
локально распределенного дожигания отходящих газов в дуговой печи, K эф
, по
следующей формуле:
дож
об
дож
K эф
  СО
   VСО,в  QCO
.
(8)
В диссертационной работе разработан новый метод оценки технологических
параметров плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов
в дуговой печи, включающий в себя определение косвенных показателей процессов
плавки стали в дуговой печи; оценку температурных полей в дуговой печи методом
конечных разностей; оценку тепловых потоков в ванне, падающих от электрических
9
дуг излучением на стену, свод и ванну дуговой печи; оценку технологических
параметров плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов
в дуговой печи; построение алгоритма оценки технологических параметров плавки
стали при обезуглероживании в дуговой печи, алгоритма оценки технологических
параметров плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов
в дуговой печи и алгоритма оценки газодинамических параметров плавки стали в
дуговой печи; разработку системы оценки технологических параметров плавки
стали в дуговой печи, позволяющую комплексно реализовать вышеизложенные
модели и алгоритмы; реализацию алгоритмов и моделей; выбор наилучшего режима
плавки стали.
В третьем разделе разработано алгоритмическое обеспечение системы
оценки технологических параметров плавки стали при локально распределенном
дожигании отходящих газов в дуговой печи с применением железорудного
металлизованного сырья, включающее следующие алгоритмы: алгоритм оценки
технологических параметров плавки стали при обезуглероживании в дуговой печи,
алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при локально
распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи и алгоритм оценки
газодинамических параметров плавки в дуговой печи.
Алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при
обезуглероживании в дуговой печи показан на рисунке 2.
В начале оценки задавались исходные данные: температура, масса, состав
металла и шлака, состав окатышей, скорости подачи окатышей, извести, кислорода
дутья, теплофизические параметры. Для текущей температуры определялись
константы реакций и коэффициент распределения кислорода между металлом и
шлаком (блок 2). Полученные данные использовались для оценки равновесных
содержаний кислорода в металле.
По размерам ванны дуговой печи, количеству шлака и металла, определялись
высота слоя металла НМе, м, высота шлака Ншл, м, давление на пузырьки СО в
металле и оценивались их технологические параметры в ванне дуговой печи (блок
3).
Исходя из равновесных содержаний кислорода и реакционных поверхностей,
оценивались составляющие скоростей обезуглероживания и суммарная скорость
изменения содержания углерода в металле (блок 4). В процессе обезуглероживания
определялся объем выделившегося из ванны газа и величины поверхностей раздела
"шлак-металл" и "газ-металл" для пузырей в ванне (блок 5).
Если разница заданных и оцененных площадей поверхностей раздела больше
заданной погрешности, то оценка обезуглероживания повторялась. Когда
погрешность не превосходила заданного значения, то сначала оценивались скорости
поступления (FeO) в шлак (блок 6), а затем массы шлака и металла, содержание
(FeO) и [C] для следующего периода времени (блок 7) и скорость нагрева шлакометаллического расплава от обезуглероживания металла в дуговой печи (блок 8).
После чего проводилась проверка, если текущее время τ меньше времени, где
произведена оценка τоц, то переходили к оценке следующего промежутка времени,
иначе выводились конечные данные.
10
Рисунок 2. Алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при
обезуглероживании в дуговой печи.
В диссертационной работе разработан алгоритм оценки технологических
параметров плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов
в дуговой печи, представленный на рисунке 3.
В начале производился ввод основных показателей процесса плавки стали в
м3
дуговой печи, а именно интенсивности продувки Io2,
; конечного содержания
т  мин
примесей в стали [E]к, %; содержания скрапа в шихте gскр, %; основности шлака В;
конечного содержания углерода в металле [C]к, %. Затем производилась оценка
температуры металла в конце продувки tм, К, суммарного содержания FeO в шлаке,
г
∑FeO, %, объема отходящих из ванны газов Vотх
,
11
м3
(блок 2).
с
В блоке 3 определялась скорость обезуглероживания металла ѵ с,
скорость нагрева металла ѵ t,
%[C]
;
мин
С
, град/мин; текущая температура металла ti+1, К, а
мин
также текущее содержание углерода Ci+1, %. В процессе оценки скорости
обезуглероживания определялось необходимое время продувки, путем сравнения
концентрации углерода в i+1-ый момент времени с конечным содержанием углерода
([C]i+1 - [C]к<ε). После того, как выполнилось данное условие, оценивался расход
кислорода на дожигание СО I Одож ,
2
м3
, количество шлака gшл, % (блок 4).
т  мин
В блоке 5 оценивался коэффициент дожигания СО ηco, %; коэффициент
использования тепла ηкит, %; тепло, уносимое газами qг, кДж, и после этого
производился вывод результатов на экран программы.
Рисунок 3. Алгоритм оценки технологических параметров плавки стали при
локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи.
В диссертационной работе также разработан алгоритм оценки
газодинамических параметров плавки стали в дуговой печи.
Тестирование разработанных алгоритмов оценки технологических параметров
плавки стали в дуговой печи проводилось в процессе работы программного
обеспечения для оценки технологических параметров плавки стали при
обезуглероживании в дуговой печи, оценки технологических параметров плавки
стали при локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи и
оценки газодинамических параметров плавки стали в дуговой печи.
12
В четвертом разделе определена структурно-функциональная организация
системы оценки технологических параметров плавки стали в дуговой печи,
основные элементы и блоки которой представлены на рисунке 4, позволяющая
учитывать все технологические параметры при локально распределенном
дожигании отходящих газов с применением железорудного металлизованного
сырья.
На вход объекта оценки подается расход кислорода, скорость загрузки извести
и скорость загрузки железорудных металлизованных окатышей, а на выходе
получаем данные о составах СО2, СО, (FeO). После чего, данные поступают в блок
предварительной обработки (БПО), блок анализа (БА), блок оценки (БО) и блок
принятия решения (БПР).
На выходе из блока оценки данные поступают на блок разности сигналов (РС),
где формируется сигнал. На выходе блока разности сигнала (РС) формируется
импульс, который поступает на триггер-реверс (ТР). Триггер-реверс (ТР) формирует
сигнал переключающей функции, определяющий текущее направление изменения
входного технологического параметра. Затем информация после триггера-реверса
передается оператору ЭВМ и после этого поступает в блок управления.
Рисунок 4. Функциональная схема системы оценки технологических
параметров плавки стали в дуговой печи: БПО - блок предварительной обработки;
БА - блок анализа; БО - блок оценки; БПР - блок принятия решения; РС - блок
разности сигналов; ТР - триггер-реверс; РО - реле отключения1.
На рисунке 5 показан график зависимости коэффициента дожигания СО до
СО2 от расхода кислорода на дожигание.
Опытно-практическая часть работы выполнена под руководством доц., к.т.н, зав. кафедрой химии
и физики СТИ НИТУ МИСиС, проф. РАЕ Крахт Л.Н.
1
13
Из рисунка 5 видно, что
экспериментальные
данные
отличаются
от
общеизвестных. Это можно
объяснить тем, что струи
кислорода на выходе из сопел
фурмы
и
топливнокислородных
горелок
обладают
повышенной
эжектирующей способностью,
т.е. большей интенсивностью
взаимодействия со встречным
потоком отходящих газов и,
соответственно,
большим
Рисунок 5. График зависимости
углом
раскрытия
струй
коэффициента дожигания СО от расхода кислорода
кислорода. Это позволяет в
на дожигание: 1 - данные, полученные на основе
закрученные струи увлечь
разработанных математических моделей и
больше оксида углерода из
алгоритмов; 2 - данные, полученные на основе
встречного потока газов и,
общеизвестных математических моделей и
соответственно, больше его
алгоритмов.
дожечь.
Время плавления окатышей, с
Построен график зависимости (рисунок 6) времени плавления железорудных
металлизованных окатышей от температуры расплава при различных диаметрах
окатышей.
Анализируя
данные
40
рисунка 6, можно сказать,
что время плавления
35
окатышей уменьшается
30
при
увеличении
температуры
расплава,
25
где
происходит
их
20
плавление,
поэтому
dок=0,015 м
подача
окатышей
в
15
dок=0,012 м
высокотемпературные
10
зоны под электрическими
dок=0,01 м
dок=0,008 м
дугами с применением
5
режима
дожигания
отходящих газов будет
0
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
способствовать
Температура расплава, К
интенсификации
Рисунок 6. График зависимости времени
процессов их плавления.
плавления железорудных металлизованных окатышей
Следовательно,
время
от температуры расплава при различных диаметрах
плавления окатышей тем
окатышей.
14
меньше, чем больше температура среды, в которую попадают сами окатыши, и чем
больше значение коэффициента теплоотдачи, который в свою очередь зависит от
степени перемешивания сталеплавильной ванны дуговой печи.
Таким образом, достигнутые результаты исследований показали возможность
совершенствования процесса плавки стали на основе применения новых методов
продувки кислородом отходящих газов перед и в самом газоходе дуговой печи и
способствовали повышению эффективности технологии плавки стали.
Показаны перспективы применения разработанных математических моделей и
алгоритмов системы оценки технологических параметров плавки стали при
локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи.
Заключение содержит перечень основных результатов диссертационной
работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
В диссертационной работе в рамках решения поставленной научнотехнической задачи повышения эффективности технологии плавки стали с
применением железорудного металлизованного сырья на основе разработанных
моделей и алгоритмов обработки информации в системе оценки технологических
параметров плавки стали в дуговой печи, получены следующие новые результаты:
1) Выполнен анализ проблемы оценки технологических параметров плавки
стали при дожигании отходящих газов в дуговой печи.
2) Разработана математическая модель оценки технологических параметров
плавки стали при локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой
печи, с помощью которой оценены газодинамические параметры встречных газовых
потоков кислорода в сталеплавильном агрегате.
3) Разработан метод оценки технологических параметров плавки стали при
локально распределенном дожигании отходящих газов в дуговой печи, основанный
на применении математических моделей и алгоритмов, которые позволяют
учитывать влияние технологических параметров на процессы плавки стали.
4)
Разработано
алгоритмическое
обеспечение
системы
оценки
технологических параметров плавки стали при локально распределенном дожигании
отходящих газов в дуговой печи, позволяющее программно реализовать алгоритмы
и представить результаты оценки в удобном для персонала виде.
5) В процессе экспериментальной проверки математических моделей и
алгоритмов системы оценки технологических параметров плавки стали в дуговой
печи установлено, что коэффициент дожигания СО достиг 95% и коэффициент
использования тепла увеличился до 90%. Полученные результаты свидетельствуют
об эффективном использовании тепла при локально распределенном дожигании
отходящих газов в дуговой печи.
15
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
по Перечню ВАК
1. Меркер, Э.Э. Разработка методов и алгоритмов системы оценки параметров
режимов обезуглероживания и дожигания горючих газов в дуговой сталеплавильной
печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, А.Ю. Кем // Вестник ДГТУ. - 2017. №2. - С. 99 - 107.
2. Черменев, Е.А. Разработка математической модели нагрева и плавления
железорудных окатышей в дуговой печи / Е.А. Черменев, Э.Э. Меркер, В.А.
Степанов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2014. - №1. - С. 65 - 69.
3. Степанов, В.А. Метод и алгоритмы обработки информации в системе
оценки параметров технологии производства стали в дуговой печи / В.А. Степанов,
Э.Э. Меркер, Е.В. Ершов, Л.Н. Крахт // Вестник ЧГУ. - 2017. - №5. - С. 45 - 52.
4. Меркер, Э.Э. Разработка метода распределенного режима дожигания
горючих газов в дуговой сталеплавильной печи с применением железорудного
металлизованного сырья / Э.Э. Меркер, Л.Н. Крахт, В.А. Степанов, Е.В. Ершов //
ОАО "Черметинформация". Бюл. "Черная металлургия". - 2018. - №2. - С. 48 - 52.
5.
Черменев,
Е.А.
Исследование
кинетических
закономерностей
обезуглероживания металла при электроплавке окатышей в дуговой печи / Е.А.
Черменев, В.А. Степанов // Вестник ЧГУ. - 2013. - №3. - Т.1. - С. 21 - 26.
6. Крахт, Л.Н. Металлизованные железорудные окатыши и повышение
эффективности их применения при электроплавке стали в дуговой печи / Л.Н.
Крахт, Э.Э. Меркер, А.Ю. Кем, В.А. Степанов // Вестник ДГГУ. - 2015. - №3. - С. 35
- 40.
7. Меркер, Э.Э. Энергосберегающий режим электроплавки металлизованных
окатышей в ванне дуговой печи / Э.Э. Меркер, Е.А. Черменев, В.А. Степанов //
Электрометаллургия. - 2015. - №2. - С. 2 - 7.
8. Степанов, В.А. Повышение эффективности электроплавки окатышей в
дуговой печи с учётом энергоэффекта от дожигания оксида углерода в шлаке
топливно-кислородными горелками / В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, Э.Э. Меркер, А.В.
Сазонов, Е.А. Черменев // Электрометаллургия. - 2015. - №8. - С. 7 - 14.
9. Меркер, Э.Э. Исследование процессов нагрева и плавления железорудных
окатышей при их подаче в подэлектродное пространство дуговой печи / Э.Э.
Меркер, Л.Н. Крахт, Л.Н. Королькова, Е.А. Черменев, В.А. Степанов // Вестник
ЧГУ. - 2015. - №6. - С. 26 - 30.
10. Меркер, Э.Э. Исследование процесса плавления окатышей при дуговом
нагреве с анализом угара металла в подэлектродном пространстве сталеплавильной
ванны / Э.Э. Меркер, А.В. Сазонов, В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, Д.А. Харламов //
Электрометаллургия. - 2016. - №1. - С. 2 - 10.
11. Степанов, В.А. Исследование эффективности электроплавки окатышей в
дуговой печи при дожигании оксида углерода топливно-кислородными горелками /
В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, Э.Э. Меркер, А.Ю. Кем, Д.А. Харламов // Вестник
ДГТУ. - 2016. - №2. - Т.16. - С. 97 - 104.
16
12. Меркер, Э.Э. К вопросу о механизме обезуглероживания металла и
образования оксида углерода в дуговой печи / Э.Э. Меркер, Е.А. Черменев, В.А.
Степанов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2017. - №3. - Т.60. - С. 181 186.
13. Меркер, Э.Э. Особенности электроплавки железорудных металлизованных
окатышей в дуговой сталеплавильной печи / Э.Э. Меркер, Л.Н. Крахт, О.И.
Малахова, А.А. Кожухов, Е.А. Черменев, В.О. Казарцев, В.А. Степанов //
Электрометаллургия. - 2017. - №3. - С. 2 - 7.
14. Меркер, Э.Э. Повышение энергоэффективности электроплавки
металлизованных окатышей при пониженном угаре металла в дуговой печи / Э.Э.
Меркер, Е.А. Черменев, В.А. Степанов, Н.А. Киселева // ОАО
"Черметинформация". Бюл. "Черная металлургия". - 2014. - №8. - С. 36 - 40.
15. Степанов, В.А. Повышение эффективности дожигания горючих газов в
дуговой сталеплавильной печи / В.А. Степанов, Э.Э. Меркер, Л.Н. Крахт // ОАО
"Черметинформация". Бюл. "Черная металлургия". - 2015. - №7. - С. 61 - 64.
16. Меркер, Э.Э. Повышение энергоэффективности электроплавки стали
путем подачи металлизованного сырья в зону высоких температур через каналы в
электродах дуговой печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов // ОАО
"Черметинформация". Бюл. "Черная металлургия". - 2014. - №1. - С. 41 - 49.
17. Merker, E.E. Melting of Pellets during Arc Heating with an Analysis of the
Metal Loss in tyeSubelectrode Space in a Steelmaking Bath / E.E. Merker, A.V. Sazonov,
V.A. Stepanov, L.N. Krakht and D.A. Kharlamov // Russian Metallurgy (Metally). - Vol.
2016. - No. 12. - pp. 1129 - 1134.
18. Merker, E.E. Electric Melting of Iron-Ore Prereduced Pellets in an Electric Arc
Furnace / E.E. Merker, L.N. Krakht, O.I. Malakhova, A.A. Kozhukhov, E.A. Chermenev,
V.O. Kazartsev and V.A. Stepanov // Russian Metallurgy (Metally). - Vol. 2017. - No. 12.
- pp. 1002 - 1005.
ПУБЛИКАЦИИ В СБОРНИКАХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
КОНФЕРЕНЦИЙ
19. Степанов, В.А. Разработка метода дожигания горючих газов в дуговой
сталеплавильной печи / В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, Э.Э. Меркер // Научнотехнический прогресс в черной металлургии: Материалы II Международной научнотехнической конференции. - Череповец: ЧГУ, 2015. С. 141 - 144.
20. Меркер, Э.Э. К вопросу о построении математической модели дожигания
горючих газов в дуговой сталеплавильной печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, Л.Н.
Крахт, Д.А. Харламов // Моделирование и наукоемкие информационные технологии
в технических и социально-экономических системах: Труды IV Всероссийской
научно-практической конференции с международным участием. - Новокузнецк,
2016. С. 304 - 309.
21. Меркер, Э.Э. Разработка метода локально распределенного дожигания
горючих газов в дуговой сталеплавильной печи с применением железорудного
металлизованного сырья / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, А.Ю. Кем, Е.В.
17
Ершов // Современные проблемы электрометаллургии стали: Материалы XVII
Международной конференции. - Челябинск, 2017. С. 164 - 171.
22. Меркер, Э.Э. Разработка метода локально распределенного дожигания
горючих газов в дуговой печи при электроплавке железорудного металлизованного
сырья / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, Л.Н. Крахт // Энергетические системы: II
Международная научно-практическая конференция. - Белгород, 2017. С. 503 - 510.
23. Меркер, Э.Э. Исследование энергоэффективности электроплавки стали в
дуговой печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов // Современные проблемы горнометаллургического комплекса. Энергосбережение. Экология. Новые технологии: Х
Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием. Старый Оскол, 2013. С. 286 - 290.
24. Степанов, В.А. Перспективы улучшения сталеплавильного процесса при
использовании газоструйной системы для дожигания газов и пылеосаждения / В.А.
Степанов, Е.А. Черменев // Кадры регионам. Современная металлургия начала
нового тысячелетия: Х юбилейная международная научно-практическая
конференция. - Липецк: ЛГТУ, 2013. С. 169 - 172.
25. Меркер, Э.Э. Исследование технологических особенностей электроплавки
стали в дуговой печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов // Современные тенденции в
образовании и науке: Сборник научных трудов по материалам Международной
научно-практической конференции. - Тамбов, 2013. С. 77 - 78.
26. Степанов, В.А. Исследование энергоэффективности электроплавки стали
в дуговой печи / В.А. Степанов // Актуальные направления научных исследований
XXI века: теория и практика. Сборник научных трудов по материалам
международной заочной научно-практической конференции. - Воронеж: ВЛГА,
2014. С. 132 - 141.
27. Меркер, Э.Э. Индустриальные системы, технологические процессы и
оборудование в металлургии: учебное пособие / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов. Старый Оскол: ТНТ, 2014. - 132 с.
28. Степанов, В.А. Повышение энергоэффективности электроплавки стали
путем подачи металлизованного сырья в зону высоких температур / В.А. Степанов,
Э.Э. Меркер // Материалы V научно-технической конференции ОАО "ОЭМК"
совместно с СТИ им. А.А. Угарова НИТУ "МИСиС". - Старый Оскол, 2014. С.19 20.
29. Черменев, Е.А. Энергосберегающие условия плавления металлизованных
окатышей при их подаче через трубчатые электроды в ванну дуговой печи / Е.А.
Черменев, Э.Э. Меркер, В.А. Степанов // Энергосберегающие технологии в
промышленности. Печные агрегаты. Экология: VII Международная научнопрактическая конференция. - Москва, 2014. С. 427 - 442.
30. Степанов, В.А. Исследование кинетических закономерностей
обезуглероживания металла при электроплавке окатышей в дуговой печи / В.А.
Степанов, Е.А. Черменев, Э.Э. Меркер // Современные проблемы горнометаллургического комплекса. Наука и производство: XI Всероссийская научнопрактическая конференция. - Старый Оскол, 2014. С. 88 - 93.
18
31. Степанов, В.А. Экологические особенности процессов плавления
металлизованного сырья с дожиганием горючих газов и снижением пылеуноса над
ванной дуговой печи / В.А. Степанов // Малышевские чтения: Материалы II
Всероссийской научной конференции с международным участием. - Старый Оскол,
2015. С. 433 - 437.
32. Крахт, Л.Н. Физико-химические особенности использования агломерата
для интенсификации процессов шлакообразования в конвертерном производстве /
Л.Н. Крахт, В.А. Степанов // Шестьдесят восьмая всероссийская научнотехническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных
заведений с международным участием. - Ярославль: ЯГТУ, 2015. С. 320 - 324.
33. Степанов, В.А. Энергоэффективная технология электроплавки
металлизованных окатышей в дуговой печи / В.А. Степанов, Л.Н. Крахт, Э.Э.
Меркер // Проблемы развития высоких технологий: Сборник статей девятнадцатой
международной научно-практической конференции "Высокие технологии в
индустрии и экономике". - Санкт-Петербург, 2015. С. 98 - 104.
34. Степанов, В.А. Исследование энергоэффективности электроплавки
металлизованных окатышей в дуговой сталеплавильной печи / В.А. Степанов, Э.Э.
Меркер // Проблемы черной металлургии - 2014: Международный научный семинар
в рамках Всероссийской научно-практической конференции "Череповецкие научные
чтения - 2014". - Череповец, 2014. С. 54 - 61.
35. Меркер, Э.Э. О взаимосвязи процессов нагрева, плавления и
обезуглероживания окатышей в дуговой печи / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, Л.Н.
Крахт, Е.А. Черменев, Д.А. Харламов // Современные проблемы горнометаллургического комплекса. Наука и производство: Материалы Двенадцатой
Всероссийской научно-практической конференции, с международным участием. Старый Оскол, 2015. С. 85 - 92.
36. Меркер, Э.Э. Повышение энергоэффективности электроплавки
металлизованного сырья в дуговой печи / Э.Э. Меркер, Е.А. Черменев, О.И.
Малахова, В.А. Степанов // Энергетические системы: II Международная научнопрактическая конференция. - Белгород, 2017. С. 511 - 516.
СПИСОК ПАТЕНТОВ РФ
37. Устройство газоструйной отсечки шлака при выпуске металла из дуговой
печи : пат. 2561633 Рос. Федерация : МПК51 F27D 3/15 F27B 3/19 C21C 5/46 / Э.Э.
Меркер, П.В. Тимофеев, В.А. Степанов : заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное
автономное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального образования "Национальный исследовательский технологический
университет "МИСиС". - № 2014110908/02 ; заявл. 24.03.2014 ; опубл. 27.08.2015,
Бюл. № 24.
38. Способ плавки стали из железорудных металлизованных окатышей в
дуговой сталеплавильной печи : пат. 2567424 Рос. Федерация : МПК51 C21C 5/52 F27B
3/08 / Э.Э. Меркер, Е.А. Черменев, В.А. Степанов, Н.А. Киселева, И.Ю. Грачева :
заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
19
"Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС". - №
2014114401/02 ; заявл. 11.04.2014 ; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31.
39. Дуговая печь для электроплавки стали : пат. 2567426 Рос. Федерация :
51
МПК F27B 3/10 F27B 3/28 F27D 19/00 / Э.Э. Меркер, В.А. Степанов, И.Ю. Грачева :
заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
"Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС". - №
2014114404/02 ; заявл. 11.04.2014 ; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31.
40. Способ регулирования электроплавки железорудных металлизованных
окатышей в дуговой сталеплавильной печи : пат. 2567422 Рос. Федерация : МПК 51
C21C 5/52 F27B 3/08 / Э.Э. Меркер, Г.А. Карпенко, В.А. Степанов : заявитель и
патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
"Национальный
исследовательский технологический университет "МИСиС". - № 2014109085/02 ;
заявл. 11.03.2014 ; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31.
41. Электросталеплавильный агрегат ковш-печь (ЭСА-КП) : пат. 2645858 Рос.
Федерация : F27B 3/08 C21C 7/00 C21C 5/56 / Э.Э. Меркер, Л.Н. Крахт, В.А.
Степанов, Д.А. Харламов : заявитель и патентообладатель Федеральное
государственное
автономное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального образования "Национальный исследовательский технологический
университет "МИСиС". - № 2016119779 ; заявл. 23.05.2016 ; опубл. 28.02.2018, Бюл.
№ 7.
Отпечатано: ФГБОУ ВО «Череповецкий государственный университет»
Полиграфический центр
162600, г. Череповец, ул. Горького, 14, каб. 107.
Тел.: (8202) 555 - 291
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
1 734 Кб
Теги
технологическая, сталин, оценки, алгоритм, дуговой, система, печи, плавки, модель, информация, обработка, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа