автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование и комплекс программ для задач формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа

На правах рукописи

ОГНЕВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ ЗАДАЧ ФОРМИРОВАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ГАРНИСАЖА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ СТРУЙНО-ЭМУЛЬСИОННОГО ТИПА

Специальность 05.13.18 - "Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2006

Работа выполнена на кафедре информационных технологий в металлургии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет"(ГОУ ВПО "СибГИУ")

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Цымбал Валентин Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Веревкин Валерий Иванович

кандидат технических наук, доцент

Буторин Владимир Константинович

Ведущая организация:

Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (г. Новосибирск)

Защита состоится 27 декабря 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.02 при ГОУ ВПО "СибГИУ" по адресу: 654007, г. Новокузнецк Кемеровской области, ул. Кирова, 42, СибГИУ.

Email: tsymbal@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "СибГИУ". Автореферат разослан 2/i ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Ф. Евтушенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В течение многих столетий существования металлургии основным средством обеспечения стойкости металлургических агрегатов являлась огнеупорная кладка. Однако с повышением интенсивности технологических процессов недостатки такого способа защиты металлургических агрегатов становятся все более очевидны. Это большой расход дорогостоящих огнеупоров, безвозвратные потери в шлак ценного огнеупорного сырья, изменение свойств шлака и возникающие при этом технологические затруднения, а иногда и невозможность реализации некоторых технологий. Альтернативой такому способу защиты агрегатов является целенаправленное формирование и поддержание гарнисажного слоя, что позволяет устранить все три отмеченных выше недостатка, однако, это достигается за счет дополнительных потерь тепла, которые, в принципе, могут быть минимизированы. Решение этих задач невозможно без адекватных математических моделей, описывающих динамику образования и смыва гарнисажа в увязке с процессами теплоотвода и утилизации тепла. Особенно актуальна эта задача для вновь создаваемых высокоинтенсивных струйно-эмульсионных металлургических процессов.

Диссертационная работа выполнялась в соответствие с планами госбюджетных НИР по следующим научным направлениям: Производственные технологии. Технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств. Топливо и энергетика. Энергосберегающие технологии; Производство электроэнергии и тепла на органическом топливе.

Цель работы. Решение комплекса задач формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа непрерывного действия на основе создания моделей и комплекса программного обеспечения.

В рамках поставленной цели выделены задачи:

1. Разработать математические модели и исследовать процессы взаимодействия среды и гарнисажа, определить характерные параметры пограничного слоя.

2. Разработать математические модели формирования гарнисажа; исследовать динамику его формирования при различных конструктивных параметрах стенки агрегата; произвести прогноз возможного состава гарнисажа при длительной эксплуатации агрегата.

3. Разработать математические модели и методику расчета сложных гидравлических сетей для системы охлаждения агрегата, обеспечивающей надежное поддержание гарнисажа.

4. На основе разработанных моделей создать комплекс программ для исследования процессов формирования гарнисажа, а также оптимизации конструктивных параметров системы гарнисажного охлаждения, имитации и диагностики аномальных ситуаций.

Методы выполнения работы. Методы математического моделирования и вычислительного эксперимента, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем уравнений, методы объектно-ориентированного программирования для разработки многопоточных приложений, современные компьютерные технологии и системы.

Научная новизна диссертации.

1. Дана постановка и обоснование задачи создания комплекса математических моделей процессов формирования и поддержания гарнисажа применительно к агрегатам струйно-эмульсионного типа.

2. Разработан комплекс математических моделей процессов формирования и поддержания гарнисажа, состоящий из следующих взаимосвязанных моделей:

• модель формирования гарнисажа, отражающая процессы затвердевания расплава в их взаимосвязи с гидродинамическими и тепловыми процессами, протекающими в пограничном слое, а также с учетом фазовых и химических превращений веществ;

• имитационная модель сложной многоуровневой гидравлической системы охлаждения, отличающаяся тем, что одновременно решаются задачи распределения напоров и теплоотвода для каждого охлаждающего элемента.

3. Разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий решать во взаимосвязи следующие задачи:

• исследование динамики формирования гарнисажа и температурных полей в змеевиковых охлаждающих элементах;

• исследование и оптимизация гидравлических, тепловых процессов в гарнисажной системе охлаждения;

• имитация аномальных ситуаций.

Достоверность представленных в работе результатов и выводов, полученных при проведении вычислительных экспериментов, подтверждена тестированием численных методов, а также сравнением расчетных данных с измерениями, полученными на специально встроенном в стенку опытно-промышленного агрегата охлаждающем элементе.

Практическая значимость. На основе разработанных моделей и результатов исследования создан комплекс программного обеспечения, который может быть использован для:

• исследования процессов формирования гарнисажа в агрегатах струйно-эмульсионного типа и аналогичных им;

• диагностики аномальных ситуаций в системах гарнисажного охлаждения;

• целей обучения студентов и повышения квалификации обслуживающего персонала;

• автоматизированного проектирования систем гарнисажного охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа.

Реализация результатов. Результаты исследований на математических моделях и комплекс программ гарнисажного охлаждения использованы:

• при создании крупномасштабной опытной установки нового непрерывного металлургического процесса, реализованной в конвертерном цехе ОАО "Запсибметкомбинат";

• при проектировании системы охлаждения пилотной установки технологического мини-модуля на основе агрегата типа СЭР совместно с машиностроительным заводом "Сибэлектротерм", г. Новосибирск и институтом "Сибирский сантехпроект", г. Новокузнецк.

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по направлению "Металлургия" и по специальности "Информационные системы и технологии".

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

• обоснование математического объекта исследования и постановка задач моделирования сложных систем гарнисажного охлаждения;

• математические модели динамики формирования и поддержания гарнисажа;

• результаты исследований процессов формирования гарнисажа на математических моделях;

• методики имитационного моделирования и расчета сложных многоуровневых гидравлических сетей при совместном решении задач гидравлики и теплопередачи;

• методика оптимизации конструктивных параметров системы гидравлического охлаждения.

Автору принадлежит: постановка задачи исследований и разработка математической модели формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа; программная реализация имитационных систем на ЭВМ; разработка ме-

тодики математического моделирования сложных многоуровневых гидравлических сетей и методики оптимизации конструктивных параметров системы гидравлического охлаждения; проведение вычислительных экспериментов и анализ результатов.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на 4-ой Всероссийской научно-практической конференции "Информационные технологии в экономике, науке и образовании" (Бийск, 2004 г.); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 2006 г.); Первой Международной научно-практической конференции "Управление отходами -основа восстановления экологического равновесия в Кузбассе" (Новокузнецк, 2005); Второй Всероссийской научно-практической конференции "Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии" (Новокузнецк, 2006); Международной научно-практической конференции "Металлургия России на рубеже XXI века" (Новокузнецк, 2005); Третьей международной научно-технической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия" (Липецк, 2006).

Публикации: результаты диссертации опубликованы в 14 научных работах. Из них 2 статьи в центральной печати, 1 статья в сборнике статей, 11 материалов научно-технических и научно-практических конференций.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, изложена на 165 страницах, содержит 64 рисунка, 4 таблицы, список использованных источников составляет 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, а также даны структура и содержание работы.

В первой главе дается постановка задачи и обоснование математического объекта исследования. В качестве объекта рассматривается процесс формирования высокопористого функционально-градиентного гарнисажа в агрегатах струйно-эмульсионного типа за счет взаимодействия рабочей среды (газо-шлакометаллической эмульсии) с интенсивно охлаждаемым гарнисажем. Особенностью процесса и агрегата типа струйно-эмульсионный реактор (СЭР), применительно к которому решается поставленная задача, является большое отклонение процессов от термодинамического равновесия,

термоагрессивность среды, высокие касательные скорости омывания стенок агрегата этой средой.

Как показали испытания этого процесса и агрегата на крупномасштабной опытной установке на ОАО «Запсибметкомбинат», износ обычной огнеупорной футеровки столь велик (порядка 10 мм за 15 минут работы), что для обеспечения надежного функционирования агрегата не остается другой альтернативы, кроме гарнисажного охлаждения. Особенно это важно при реализации комплексных безотходных технологий, таких как переработка титаномагнетитовых или же-лезомарганцевых руд, где продуктом плавки является не только металл, но и шлак.

Так, например, эксперименты по переработке титано-магнетитового концентрата на упомянутой опытной установке показали, что в результате высокой химической активности титанистого шлака и смыва футеровки происходит двух-трех кратное разбавление концентрации ТЮ2 балластными составляющими футеровки (5Ю2, А1203, СаО, Ь^О и т.п.).

Вследствие выше отмеченного, задача формирования и поддержания гарнисажа становится определяющей для надежного функционирования процессов и агрегатов рассматриваемого типа. Комплекс задач в плане математической и программной реализации может быть представлен в виде дерева, приведенного на рисунке 1. При этом выделены следующие задачи:

1. Моделирование взаимодействия среды и гарнисажа включает:

• описание физических и химических процессов, протекающих в агрегате. В диссертационной работе они представлены в виде зонных моделей, где для каждой зоны выделены характерные физико-химические процессы;

• моделирование процессов в пограничном слое. При этом выделены две подзадачи: моделирование гидродинамических процессов в пристенных слоях и моделирование процессов теплопередачи в движущемся расплаве.

2. Моделирование формирования гарнисажа. Здесь выделяются следующие задачи:

• моделирование динамики формирования гарнисажа, которое включает в себя: моделирование процессов теплопередачи в стенке агрегата, моделирование кристаллизации расплава;

• эволюция гарнисажа при длительной эксплуатации агрегата. Сформировавшийся гарнисаж имеет некую равновесную толщину, но при этом происходит изменение его свойств: уплотнение, т.е.

уменьшение газосодержания в нем, а также изменение химического состава гарнисажа. 3. Обеспечение теплоотвода. Для обеспечения поддержания гарнисажа возникает задача надежного функционирования змеевиковой гидравлической системы охлаждения, которое возможно при оптимальных конструктивных параметрах этой системы. Таким образом, здесь можно выделить следующие задачи.

• Разработка методик и моделей для расчета сложных многоуровневых гидравлических сетей. Здесь стоит задача связать гидравлические модели и тепловые модели, описывающие передачу тепла от греющей среды к циркулирующей в змеевиках охлаждающей воде.

• Оптимизация конструктивных параметров системы гарнисажного охлаждения, т.е. выбор таких параметров системы охлаждения, которые бы обеспечивали поддержание гарнисажа не только в ходе эксплуатации агрегата, но также и при различных аномальных ситуациях, таких как "обвал", "смыв" гарнисажного слоя и футеровки.

Во второй главе приводятся типовые модели, которые были использованы в диссертационной работе.

1. Модель кристаллизации расплавов. При моделировании динамики формирования была использована математическая модель, основанная на гипотезе о квазиравновесном протекании процесса затвердевания, т.е. при допущении, что степенью переохлаждения в пределах двухфазной зоны можно пренебречь

Комплеке;зэдэч формирования хй и подцвржания'гарнисажл

Рисунок 1 - Комплекс задач формирования и поддержания гарнисажа

fx3,h{t)~ = div(lgradt), (1)

где

т>т

при 1 ^ 1 к

,(ТС0,) + Ы{Т,ШК -Гсол) при ТН<Т<ТК- (2)

при Т<Т

Сэф — эффективная теплоемкость; р - плотность; Я - коэффициент тепловодности; Тн и Тк - температура начала и конца кристаллизации, которые в случае использования квазиравновесной модели кристаллизации совпадают с температурами солидуса и ликвидуса; L — удельная теплота плавления.

2. Математические модели теплопередачи при течении жидкости в трубах. Данные модели были использованы для построения модели нагрева воды по длине змеевика.

При этом расчет коэффициента теплоотдачи производился по формуле

a = (3)

d

где NuM = 0,021 -Re^-PrJ-43 -(PrJPr,)0-25^, d/v,; Ргж= vJaM\

Prc = vjac~, индексы ж и с означают, что физические свойства выбираются по средней температуре жидкости и стенки соответственно;»^ — скорость движения жидкости; d — диаметр трубы; у— кинематический коэффициент вязкости; а — коэффициент температуропроводности.

3. При моделировании гидравлических сетей были использованы методики расчета гидравлических напоров и коэффициентов местных сопротивлений. При этом гидравлический напор в змеевике определялся по формуле

/ v2

h = (4)

d 2g'

где v - средняя скорость течения; h - потеря напора на трение; I -

кэ 68

0,25

длина трубы; d - диаметр трубы; Л = 0,11 — + — - коэффициент

гидравлического трения.

Гидравлический напор для различных местных сопротивлений

где — коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления (изгибы труб, соединения труб и пр.).

4. Для прогноза возможного состава гарнисажа при длительной эксплуатации была использована термодинамическая модель структурной стабилизации Г.П. Гладышева. Удельная составляющая свободной энергии Гиббса рассчитывается по формуле

АЗШ (Г) = АЛ,т (Тт ) - Т {Тт}, (5)

где Тт — температура плавления, АНт — удельная энтальпия.

Опираясь на принцип макротермодинамической стабилизации, есть основания предполагать, что с течением времени гарнисаж, контактирующий с эмульсией, должен эволюционизировать в сторону повышения содержания оксидов с наиболее высокими теплотами образования и наименьшими энергиями Гиббса.

В третьей главе рассматриваются математические модели формирования гарнисажа и гидравлической системы охлаждения, а также их численная реализация. Структура комплекса математических моделей формирования и поддержания гарнисажа приведена на рисунке 2. В этой структуре отдельно выделены два класса взаимосвязанных задач.

1. Моделирование формирования гарнисажа. Основная цель создания данного подкомплекса моделей заключается в определении характерных зависимостей динамики формирования гарнисажа и построении на основе численного эксперимента упрощенных математических моделей, которые можно использовать для решения следующей задачи.

2. Моделирование гидравлической системы охлаждения. Данный класс моделей предназначен для построения имитационной модели гидравлической системы охлаждения, которая должна позволять исследовать влияние конструктивных параметров на процессы теплоот-вода, давать полную информацию по распределению расходов воды на каждом гидравлическом участке сети, а также информацию о давлениях в любой точке системы, позволять имитировать различные аномальные ситуации работы системы охлаждения.

При решении первого класса задач были разработаны следующие математические модели.

Стационарная двумерная модель теплопередачи в стенке агрегата. Данная модель основывается на предположении, что гарнисажный слой сформировался, тепловые потоки стабилизировались.

Гарнисажный слой можно разделить на три составляющие (рисунок 3): 1 — слой огнеупорной кладки (магнезит); 2 - слой плотного гарнисажа с низким газосодержанием (образуется из 3-го слоя за счет термоструктурной стабилизации); 3 — переходный слой, газосодержание которого зависит от типа процесса протекающего в агрегате.

Эту задачу можно разделить на несколько подзадач.

• Задание граничных условий на следующих границах: «окружающая среда - кожух», «газошлакоме-таллическая эмульсия — 3-й слой» и «вода — труба (змеевик)».

Здесь использовались граничные условия третьего рода, при которых задается температура охлаждающей среды *ж и коэффициент теплоотдачи а между этой средой и охлаждаемой поверхностью, имеющей температуру /с

~Лс^-=а(1с-1ж). (6)

Рисунок 2 — Структура комплекса математических моделей формирования и поддержания гарнисажа

Задание граничных условий на стыке двух материалов

где Я\ и Дг — коэффициенты теплопроводности 1-го и 2-го материала

соответственно. • Процесс теплопроводности в теле

д21

д21

дх2 ду2

= 0.

(8)

Численная реализация уравнений (6)-(8), представленных в конечноразностной форме, производилась методом Гаусса-Зейделя.

Динамическая модель формирования гарнисажа. На основе модельных исследований на вышеприведенной стационарной модели выявлены зависимости влияния конструктивных параметров на процесс теплопередачи внутри стенки. Данные зависимости представлены в виде аппроксимирующих формул, что позволяет перейти к одномерному моделированию динамики формирования гарнисажа. Нестационарная теплопровод-

(9)

) металлический кожух

Рисунок 3 - Разрез элементарного участка стенки И — шаг змеевика, (}2 - внутренний и внешний диаметры змеевика

ность описывается уравнением:

,.. Зг 3 ., 61. РСэф{ О" =

от дх дх

где сэф(1) — эффективная теплоемкость, рассчитываемая по формуле (2).

Граничные условия для левой границы («вода-труба») задаются по формуле (6). Краевые условия задаются формулой (7). Для правой границы задается граничное условие первого рода, т. е. I (хг,т)=сош1 = 1600°С. Причем при моделировании динамики формирования гарнисажа требуется знать величину теплового пограничного слоя и распределения температур в нем. Эти параметры можно получить при моделировании теплового пограничного слоя, модель которого будет описана ниже.

Численная реализация уравнения (9) производилась 3 способами:

- явная схема;

- неявная схема (метод Гаусса-Зейделя);

- неявная схема (метод левой прогонки).

Модель теплового пограничного слоя. Процесс распространения тепла в движущейся жидкости можно описать уравнением конвективного теплопереноса, которое в двумерном случае имеет вид:

дТ дТ ВТ д2Т д2Т п

(10)

где Т - температура, подверженная конвекции с постоянной скоростью м(х,/) и тепловой диффузии а(х,у^).

Численная реализация уравнения (10) производилась по явной

схеме.

Модель гидродинамического омывания гарнисажного слоя. Данная модель описывает гидродинамические процессы, протекающие в пристенных слоях, и результаты модельных исследований используются при моделировании теплового пограничного слоя.

Уравнения, описывающие двумерные нестационарные несжимаемые ламинарные течения, имеют вид

ох су

ди ди ди 1 др — + и — + и— \ = --*- + ур Э/ дх ду) дх

(дги дги>

дх2 + ду2

до до др (д2о д2оЛ

— + и — + о— + —- + —-

д( дх ду, ду {дх2 ду2

(12)

(13)

где и и о — продольное и поперечное значения скорости движения потока; р — давление; р и V - плотность и вязкость.

Численная реализация этих уравнений производилась по явной схеме на разнесенной сетке. В основу численной реализации был положен метод маркеров и ячеек. Полученные в результате уравнения Пуассона для расчета давлений решались методом матричной прогонки.

Модель макротермодинамической стабилизации в гарнисаже. Для прогноза эволюции состава гарнисажа во времени были рассчитаны теплоты образования и энергии Гиббса для составляющих шла-

кометаллической эмульсии по формуле (5). Основные составляющие газошлаковой эмульсии были расположены в порядке возрастания теплоты образования и убывания энергии Гиббса следующим образом: НС, РеО, МпО, Г^О, СаО, Ре203, 8Ю2, ТЮ2, Сг2Оэ, У205, Р205, А1203. Анализ этой последовательности дает основания предполагать, что в гарнисаже должны накапливаться оксиды титана, хрома, алюминия, что должно способствовать повышению стабильности гарнисажа.

При моделировании гидравлической системы охлаждения были разработаны следующие математические модели.

Модель обеспечения теплоотвода. В диссертационной работе дается вывод дискретного уравнения нагрева воды для 3 случаев.

• Нагрев воды в случае, когда труба имеет одинаковую по периметру и всей длине температуру гс.

• Нагрев воды в змеевиковой системе охлаждения для стабилизировавшихся внутри кладки тепловых процессов

В1Г

где В = -

-1)

2

1 . ^ 1 , 1

-1п-

ыхЩ Ц акОк Эй Ас — внутренние диаметры печи; IV = Сср — водяной эквивалент; ср — удельная теплоемкость воды при постоянном давлении; б = — массовый расход теплоносителя; И и Ьтр — шаг и длина змеевика.

• Нагрев воды в змеевиковой системе охлаждения для моделирования динамических систем

, кэф2тгЯтрЬтр^Сг -1С)

Ж1п[ — ]

где - внутренний и внешний диаметры змеевика; к^ — коэффициент эффективной площади теплоотдачи трубы, учитывающий влияние шага, диаметра змеевика на процесс теплопередачи в стенках агрегата. В диссертационной работе предложена методика расчета этого коэффициента.

Модель разветвленной двухуровневой системы. Гидравлическая сеть состоит из трех гидравлических контуров соединенных параллельно в замкнутую циркуляционную сеть (рисунок 4). Каждый гидравлический контур представляет собой параллельно соединенные посредством коллекторов змеевики, на которые установлены заслон-

Расчет напоров в каждом узле схемы основан на законах Кирхгоффа применительно к гидравлическим сетям:

1) выполнение первого закона Кирхгоффа дает условие равенства нулю всех расходов по каждому узлу, т. е. должно существовать условие

Об)

2) выполнение второго закона Кирхгофа приводит к тому, что сумма потерь напоров по линиям какого-либо кольца при полном обходе его (при этом сумма считается алгебраической) должна быть также равной нулю, т. е. должно осуществляться равенство

(17)

При выбранной компоновке гидравлической системы получилась система, состоящая из 30 линейных и 100 нелинейных уравнений, которая решалась методом балансирования напоров, при этом возникающая невязка в системе уравнений минимизировалась методом наискорейшего спуска.

Особенностью данной системы является решение уравнений гидравлики совместно с тепловой задачей, что вносит дополнительные сложности при моделировании системы гарнисажного охлаждения.

Таким образом, комплекс математических моделей формирования и поддержания гарнисажа обеспечивает возможность создания на его основе комплекса программ, который объединяет все рассмотренные математические модели и позволяет исследовать процессы формирования и поддержания гарнисажа в их взаимосвязи.

В четвертой главе приводятся экранные формы программ, реализующих математические модели, а также результаты численных исследований процессов формирования и поддержания гарнисажа.

6 ш

£ 3

N

Рисунок 4 — Условное представление общей гидравлической схемы гарнисажного охлаждения

1. Программная реализация стационарной двухмерной модели теплопередачи в стенке агрегата осуществлялась в среде Excel и приложении PDE-Tool среды Matlab.

2. Компьютерная система моделирования динамики формирования гарнисажа применительно к самоорганизующемуся струйно-эмульсионному реактору (СЭР). Эта система может быть использована также для доменных печей и других агрегатов. В основу этой системы были заложены математические модели, приведенные во 2 и 3 главе диссертации.

Даная система позволяет:

- проследить изменение толщины гарнисажного слоя во времени в зависимости от интенсивности охлаждения агрегата (теплоот-вода), а также химического состава и газосодержания шлакоме-таллической эмульсии;

- смоделировать аварийные ситуации ("обвал" футеровки), оценить скорость, время расплавления и восстановления гарнисажа;

- сформировать технологическую инструкцию по режимам охлаждения струйно-эмульсионного реактора;

- оптимизировать конструктивные параметры охлаждения и теплоизоляции агрегата при проектировании последнего.

Эта система разрабатывалась в среде Delphi 7 с использованием объектно-ориентированного подхода и технологии создания многопоточных приложений.

В данной системе было осуществлено разделение задач решения дифференциальных уравнений, отображения расчетных величин (вывод графической информации (компонент TChart), для отображения распределения температуры по стенке агрегата был написан компонент TGraf, оптимизированный для быстрого отображения графической информации), вывода информационных потоков во внешний файл, управления процессом (изменение граничных условий). Каждая из этих задач реализована в отдельном потоке (класс TThread), что позволяет независимо друг от друга управлять отображением информации, изменением технологических параметров (температура и скорость воды в змеевике, температура и химический состав газошлако-металлической эмульсии) и самим процессом решения дифференциальных уравнений вплоть до изменения скорости сходимости методов.

С помощью данной системы получены зависимости формирования гарнисажа во времени, представленные на рисунке 5 и временная зависимость температуры воды на выходе змеевика (рисунок 6) при толщине кладки равной 3 мм, при анализе которых видна особая роль влияния инерционности кладки на процессы охлаждения и формирования гарнисажа.

а

Рисунок 5 — Временная зависимость толщины «Угарнисажа при толщине кладки равной 40 мм (а) и 3 мм (б)

т, с

Рисунок 6 — Временная зависимость температуры воды на выходе восьмидесятиметрового змеевика

Таким образом, эта компьютерная система, кроме перечисленного выше, может быть использована для различных исследований, а также для обучения персонала, отвечающего за стабильную работу агрегата (систему охлаждения и формирования гарнисажа).

"•vs-" Чщ J..

3. Имитационная программа и САПР системы охлаждения разработана на базе комплекса моделей гидравлики, теплопроводности и формирования гарнисажа в виде единой системы (рисунок 7), позволяющей в наглядном виде предоставить проектировщику инструмент для исследования всех процессов в их взаимосвязи, а так же оптимизации конструктивных параметров с целью обеспечения требуемой защиты агрегата. Данная система позволяет:

1) изменяя конструктивные параметры (шаг, диаметр, длина змеевика), а также управляющие параметры (величина открытия заслонок, расход воды на всю сеть или нагнетаемое насосом давление) оптимизировать систему вцелом;

2) выбрать оптимальные параметры теплообменников;

3) выбрать оптимальную мощность нагнетающего насоса;

4) прогнозировать поведение системы в целом при аварийных ситуациях.

Для реализации перечисленных возможностей, закладываемых в систему, была использована среда разработки Win-dows-пршюжений Delphi 7. Система разрабатывалась с использованием объектно-ориентированного подхода программирования, что позволило реализовать ее в виде мнемосхемы. Использование системы можно вести в двух режимах: первый — задаваясь постоянством расхода на всю сеть и второй (приближенный к реальным условиям) — задаваясь производительностью насоса, т.е. нагнетаемым им давлением.

UJC

Рисунок 7 — Экранные формы системы охлаждения

На основе использования этой инструментальной системы предложена методика оптимизации конструктивных параметров системы охлаждения, которая заключается в выборе минимальной производительности циркуляционного насоса, удовлетворяющей определенной системе ограничений, которая позволяет обеспечить:

1) надежный теплоотвод для формирования и поддержания гарниса-жа, в том числе и при аномальных ситуациях;

2) сбалансированный нагрев воды на каждом участке сети;

3) запас управления системой для аномальных случаев функционирования агрегата.

4. Программная реализация моделей теплового пограничного слоя и гидродинамического омывания гарнисажного слоя осуществлялась в среде Delphi 7 с использованием объектно-ориентированного подхода, при этом были реализованы следующие классы: TMatr — для выполнений операций с матрицами и векторами, TTriang - используемый для отображения температурных полей, TNS — реализующий решение уравнений гидродинамики, TConvectiveHeatTransfer — реализующий решение уравнения конвективного теплообмена.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Дано обоснование математического объекта исследования и постановка задач моделирования сложных систем гарнисажного охлаждения. При этом выделены три взаимосвязанные задачи, составляющие комплекс задач формирования и поддержания гарнисажа: моделирование взаимодействия среды и гарнисажа, моделирование процесса формирования гарнисажа, разработка моделей обеспечения теп-лоотвода.

2. Разработана математическая модель формирования гарнисажа, отражающая процессы фазовых и химических превращений в их взаимосвязи с гидродинамическими и тепловыми процессами, протекающими в пограничном слое. Эта модель реализована в виде программного обеспечения, удобного для исследования динамики формирования гарнисажа.

3. Проведено численное исследование динамики формирования гарнисажа при различных конструктивных параметрах, а также для аномальных ситуаций. При этом были определены параметры конструкции охлаждающего элемента (шаг, диаметр змеевика, толщина защитной футеровки), удовлетворяющие оптимальным условиям процесса формирования гарнисажа.

4. Разработаны математические модели теплоотвода, предложены методики расчета нагрева воды по длине змеевика для стационарного

и переходного режимов применительно к гидравлической змеевико-вой системе охлаждения. Получены аппроксимирующие зависимости влияния шага и диаметра змеевика на процесс теплопроводности в охлаждаемой стенке, что позволило перейти к одномерному моделированию динамики формирования гарнисажа.

5. Разработана методика расчета и моделирования сложных многоуровневых гидравлических систем охлаждения. На основе совместного использования этой методики с математическими моделями теп-лоотвода разработана имитационная модель системы охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа.

6. Адекватность моделей была подтверждена сравнением расчетных данных по температуре охлаждающей воды и толщине гарнисажа с измерениями, полученными на охлаждающем элементе, специально встроенном в стенку опытно-промышленного агрегата.

7. Создан комплекс программного обеспечения, который может быть использован для: исследования процессов формирования гарнисажа в агрегатах струйно-эмульсионного типа и аналогичных им; диагностики аномальных ситуаций в системах гарнисажного охлаждения; целей обучения студентов и повышения квалификации обслуживающего персонала; автоматизированного проектирования систем гарнисажного охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа, что позволяет в 2-3 раза ускорить процесс проектирования и повысить точность расчетов.

8. На основе разработанных математических моделей предложена функциональная структура автоматизированной системы управления охлаждением металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в периодических изданиях

1. Калашников С.Н. Исследование и идентификация моделей формирования гарнисажа в струйно-эмульсионном реакторе //Калашников С.Н., Огнев A.M., Цымбал В.П., Мочалов С.П. // Изв. вузов. Чер. металлургия. — 2006.- № 8. - С. 36-39.

2. Огнев A.M. Комплекс моделей и программ для системы гарнисажного охлаждения металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 2006.- № 10. - С. 48-52.

Статьи в сборниках

3. Огнев A.M. Программное обеспечение автоматизированной системы гарнисажного охлаждения применительно к агрегату типа СЭР / Огнев A.M., Цымбал В.П.// Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004.299 с.

Статьи научно-технических и научно-практических конференций

4. Огнев A.M. Компьютерная система моделирования динамики формирования гарнисажа/ Огнев A.M., Цымбал В.П., Калашников С.Н. // Информационные технологии в экономике, науке и образовании: Материалы 4-ой Всероссийской научно-практической конференции 22-23 апреля 2004 года. г.Бийск, 2004 Г.-С.126-127.

5. Огнев A.M. Комплекс моделей и программ для системы гарнисажного охлаждения металлургического агрегата струйно-эмульсионного типа П Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" 7-10 декабря 2006 года. г. Новосибирск, 2006 г.-C.l 15-116.

6. Огнев A.M. Математические модели гарнисажного охлаждения с утилизацией тепла / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия в Кузбассе: Сб. докладов Первой Международной научно-практической конференции. / Под ред. Е.В. Протопопова: СибГИУ. - Новокузнецк, 2005. 274 е., ил. стр. 80-84.

7. Цымбал В.П. Содержательная модель формирования гарнисажа в струйно — эмульсионном технологическом процессе / Цымбал

B.П., Огнев A.M., Рыбенко И.А. // Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии. Труды 2-й Всероссийской научно-практической конференции / Под общей редакцией С.П. Мочалова // Новокузнецк: СибГИУ. 2006 г. - 396 с.

C.107-115.

8. Огнев A.M. Моделирование динамики формирования гарнисажа / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии. Труды 2-й Всероссийской научно-практической конференции / Под общей редакцией С.П. Мочалова // Новокузнецк: СибГИУ. 2006 г. - 396 с. С.116-118.

9. Огнев A.M. Моделирование гидравлического охлаждения в агрегате типа самоорганизующийся струйно-эмульсионный реактор / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии. Труды 2-й Всероссийской научно-практической конференции / Под общей редакцией С.П. Мочалова // Новокузнецк: СибГИУ. 2006 г. - 396 с. С.119-125.

10. Огнев A.M. Моделирование гидравлической системы охлаждения агрегата типа самоорганизующийся струйно-эмульсионный реактор / Огнев A.M., Цымбал В.П.//Металлургия России на рубеже XXI века: Сб. научн. тр. Международной научно-практической конференции. / Под общей редакцией Е.В. Протопопова: СибГИУ. - Новокузнецк, 2005. - Том И. - 365 е., ил. С. 70-75.

11. Огнев A.M. Моделирование процессов теплообмена в змеевиковой гидравлической системе охлаждения металлургических агрегатов / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Современная металлургия начала нового тысячелетия. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 1.//Липецк: ЛГТУ. 2006г. - 187 с. С.41-42.

12. Огнев A.M. Оптимизация конструктивных параметров гидравлической системы гарнисажного охлаждения агрегата струйно-эмульсионного типа на основе модельных исследований / Огнев A.M., Цымбал В.П. //Современная металлургия начала нового тысячелетия. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 1.//Липецк: ЛГТУ. 2006г. - 187 с. С.67-72.

13. Огнев A.M. Исследование на модели динамики формирования гарнисажа в агрегате струйно-эмульсионного типа / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Современная металлургия начала нового тысячелетия. Труды 3-й международной научно-технической конференции . Часть 1.// Липецк: ЛГТУ. 2006г. - 187 с. С.49-52.

14. Цымбал В.П. Конструктивная реализация синергетического подхода в процессе и агрегате типа СЭР / Цымбал В.П., Мочалов С.П., Огнев A.M., Малинов М.Б. // Современная металлургия начала нового тысячелетия. Труды 3-й международной научно-технической конференции. Часть 1.//Липецк: ЛГТУ. 2006г. - 187 с. С.53-62.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020353, издательский код Т18

Подписано в печать 21.11.06 Формат бумаги 60x80 1/16

Тираж 100 экз. Заказ №123

Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, Издательский центр СибГИУ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБОСНОВАНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Механизм процессов в струйно-эмульсионных реакторах.

1.1.1. Процесс и агрегат типа струйно-эмульсионный реактор.

1.1.2. Зонные модели.

1.2. Гарнисаж в металлургических агрегатах.

1.3. Обоснование математического объекта исследования.

1.3.1. Задача формирования и поддержания гарнисажного слоя.

1.3.2. Задача теплоотвода при формировании и поддержании гарнисажа.

1.3.3. Система циркуляционного охлаждения.

1.3.4. Постановка задачи создания комплексной модели системы гарнисажного охлаждения.

1.3.5. Постановка задачи математического моделирования процессов формирования и поддержания гарнисажа.

ГЛАВА 2. ТИПЫ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ

ЗАДАЧ.

2.1. Формирование гарнисажа - теплопередача с фазовым переходом.

2.2. Теплоотдача при течении жидкости в трубах.

2.3. Расчет гидравлических напоров и коэффициентов местных сопротивлений.

2.4. Термодинамические модели структурной стабилизации.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЧИСЛЕННЫЕ

МЕТОДЫ.

3.1. Математические модели формирования гарнисажного слоя.

3.1.1. Стационарная двухмерная модель.

3.1.2. Динамика формирования гарнисажа.

3.1.3. Модель теплового пограничного слоя.

3.1.4. Модель гидродинамического омывания гарнисажного слоя.

3.1.5. Процессы структурной стабилизации в гарнисаже.

3.2. Математические модели гидравлической системы охлаждения.

3.2.1. Модель обеспечения теплоотвода.

3.2.2. Модель замкнутой разветвленной двухуровневой гидравлической системы.

ГЛАВА 4. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ И РЕЗУЛЬТАТЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Программная реализация стационарной двухмерной модели теплопередачи.

4.2. Программная реализация моделей теплового пограничного слоя и гидродинамического омывания гарнисажного слоя.

4.3. Компьютерная система моделирования динамики формирования гарнисажа.

4.4. Имитационная программа и САПР системы охлаждения.

4.5. Функциональная структура автоматизированной системы управления охлаждением металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа.

4.6. Технологические инструкции при ручном режиме работы автоматизированной системы охлаждения и диагностика аварийных ситуаций.

Актуальность работы. В течение многих столетий существования металлургии основным средством обеспечения стойкости металлургических агрегатов являлась огнеупорная кладка. Однако с повышением интенсивности технологических процессов недостатки такого способа защиты металлургических агрегатов становятся все более очевидны. Это большой расход дорогостоящих огнеупоров, безвозвратные потери в шлак ценного огнеупорного сырья, изменение свойств шлака и возникающие при этом технологические затруднения, а иногда и невозможность реализации некоторых технологий. Альтернативой такому способу защиты агрегатов является целенаправленное формирование и поддержание гарнисажного слоя, что позволяет устранить все три отмеченных выше недостатка, однако, это достигается за счет дополнительных потерь тепла, которые, в принципе, могут быть минимизированы. Решение этих задач невозможно без адекватных математических моделей, описывающих динамику образования и смыва гарнисажа в увязке с процессами теплоотвода и утилизации тепла. Особенно актуальна эта задача для вновь создаваемых высокоинтенсивных струйно-эмульсионных металлургических процессов.

Диссертационная работа выполнялась в соответствие с планами госбюджетных НИР по следующим научным направлениям: Производственные технологии. Технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств. Топливо и энергетика. Энергосберегающие технологии; Производство электроэнергии и тепла на органическом топливе.

Цель работы. Решение комплекса задач формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа непрерывного действия на основе создания моделей и комплекса программного обеспечения.

В рамках поставленной цели выделены задачи.

1. Разработать математические модели и исследовать процессы взаимодействия среды и гарнисажа, определить характерные параметры пограничного слоя.

2. Разработать математические модели формирования гарнисажа; исследовать динамику его формирования при различных конструктивных параметрах стенки агрегата; произвести прогноз возможного состава гарнисажа при длительной эксплуатации агрегата.

3. Разработать математические модели и методику расчета сложных гидравлических сетей для системы охлаждения агрегата, обеспечивающей надежное поддержание гарнисажа.

4. На основе разработанных моделей создать комплекс программ для исследования процессов формирования гарнисажа, а также оптимизации конструктивных параметров системы гарнисажного охлаждения, имитации и диагностики аномальных ситуаций.

Методы выполнения работы. Методы математического моделирования и вычислительного эксперимента, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем уравнений, методы объектно-ориентированного программирования для разработки многопоточных приложений, современные компьютерные технологии и системы.

Научная новизна диссертации.

1. Дана постановка и обоснование задачи создания комплекса математических моделей процессов формирования и поддержания гарнисажа применительно к агрегатам струйно-эмульсионного типа.

2. Разработан комплекс математических моделей процессов формирования и поддержания гарнисажа, состоящий из следующих взаимосвязанных моделей:

• модель формирования гарнисажа, отражающая процессы затвердевания расплава в их взаимосвязи с гидродинамическими и тепловыми процессами, протекающими в пограничном слое, а также с учетом фазовых и химических превращений веществ;

• имитационная модель сложной многоуровневой гидравлической системы охлаждения, отличающаяся тем, что одновременно решаются задачи распределения напоров и теплоотвода для каждого охлаждающего элемента.

3. Разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий решать во взаимосвязи следующие задачи:

• исследование динамики формирования гарнисажа и температурных полей в змеевиковых охлаждающих элементах;

• исследование и оптимизация гидравлических, тепловых процессов в гарни-сажной системе охлаждения;

• имитация аномальных ситуаций.

Достоверность представленных в работе результатов и выводов, полученных при проведении вычислительных экспериментов, подтверждена тестированием численных методов, а также сравнением расчетных данных с измерениями, полученными на специально встроенном в стенку опытно-промышленного агрегата охлаждающем элементе.

Практическая значимость. На основе разработанных моделей и результатов исследования создан комплекс программного обеспечения, который может быть использован для:

• исследования процессов формирования гарнисажа в агрегатах струйно-эмульсионного типа и аналогичных им;

• диагностики аномальных ситуаций в системах гарнисажного охлаждения;

• целей обучения студентов и повышения квалификации обслуживающего персонала;

• автоматизированного проектирования систем гарнисажного охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа.

Реализация результатов. Результаты исследований на математических моделях и комплекс программ гарнисажного охлаждения использованы:

• при создании крупномасштабной опытной установки нового непрерывного металлургического процесса, реализованной в конвертерном цехе ОАО "За-псибметкомбинат";

• при проектировании системы охлаждения пилотной установки технологического мини-модуля на основе агрегата типа СЭР совместно с машиностроительным заводом "Сибэлектротерм", г. Новосибирск и институтом "Сибирский сантехпроект", г. Новокузнецк.

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по направлению "Металлургия" и по специальности "Информационные системы и технологии".

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

• обоснование математического объекта исследования и постановка задач моделирования сложных систем гарнисажного охлаждения;

• математические модели динамики формирования и поддержания гарнисажа;

• результаты исследований процессов формирования гарнисажа на математических моделях;

• методики имитационного моделирования и расчета сложных многоуровневых гидравлических сетей при совместном решении задач гидравлики и теплопередачи;

• методика оптимизации конструктивных параметров системы гидравлического охлаждения.

Автору принадлежит: постановка задачи исследований и разработка математической модели формирования и поддержания гарнисажа в металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа; программная реализация имитационных систем на ЭВМ; разработка методики математического моделирования сложных многоуровневых гидравлических сетей и методики оптимизации конструктивных параметров системы гидравлического охлаждения; проведение вычислительных экспериментов и анализ результатов.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на 4-ой Всероссийской научно-практической конференции "Информационные технологии в экономике, науке и образовании" (Бийск, 2004 г.); Первой Международной научно-практической конференции "Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия в Кузбассе" (Новокузнецк, 2005); Международной научно-практической конференции "Металлургия России на рубеже XXI века" (Новокузнецк, 2005); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (Новосибирск, 2006 г.); Второй Всероссийской научно-практической конференции "Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии" (Новокузнецк, 2006); Третьей международной научно-технической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия" (Липецк, 2006).

Публикации: результаты диссертации опубликованы в 14 научных работах. Из них 2 статьи в центральной печати, 1 статья в сборнике статей, 11 материалов научно-технических и научно-практических конференциий.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, изложена на 165 страницах, содержит 64 рисунка, 4 таблицы, список использованных источников составляет 85 наименований.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Дано обоснование математического объекта исследования и постановка задач моделирования сложных систем гарнисажного охлаждения. При этом выделены три взаимосвязанные задачи, составляющие комплекс задач формирования и поддержания гарнисажа: моделирование взаимодействия среды и гарнисажа, моделирование процесса формирования гарнисажа, разработка моделей обеспечения теплоотвода.

2. Разработана математическая модель формирования гарнисажа, отражающая процессы фазовых и химических превращений в их взаимосвязи с гидродинамическими и тепловыми процессами, протекающими в пограничном слое. Эта модель реализована в виде программного обеспечения, удобного для исследования динамики формирования гарнисажа.

3. Проведено численное исследование динамики формирования гарнисажа при различных конструктивных параметрах, а также для аномальных ситуаций. При этом были определены параметры конструкции охлаждающего элемента (шаг, диаметр змеевика, толщина защитной футеровки), удовлетворяющие оптимальным условиям процесса формирования гарнисажа.

4. Разработаны математические модели теплоотвода, предложены методики расчета нагрева воды по длине змеевика для стационарного и переходного режимов применительно к гидравлической змеевиковой системе охлаждения. Получены аппроксимирующие зависимости влияния шага и диаметра змеевика на процесс теплопроводности в охлаждаемой стенке, что позволило перейти к одномерному моделированию динамики формирования гарнисажа.

5. Разработана методика расчета и моделирования сложных многоуровневых гидравлических систем охлаждения. На основе совместного использования этой методики с математическими моделями теплоотвода разработана имитационная модель системы охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа.

6. Адекватность моделей была подтверждена сравнением расчетных данных по температуре охлаждающей воды и толщине гарнисажа с измерениями, полученными на охлаждающем элементе, специально встроенном в стенку опытно-промышленного агрегата.

7. Создан комплекс программного обеспечения, который может быть использован для: исследования процессов формирования гарнисажа в агрегатах струйно-эмульсионного типа и аналогичных им; диагностики аномальных ситуаций в системах гарнисажного охлаждения; целей обучения студентов и повышения квалификации обслуживающего персонала; автоматизированного проектирования систем гарнисажного охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа, что позволяет в несколько раз ускорить процесс проектирования и повысить точность расчетов.

8. На основе разработанных математических моделей предложена функциональная структура автоматизированной системы управления охлаждением металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа.

9. На основе модельных исследований получены следующие результаты:

- найдены оптимальные конструктивные параметры системы гарнисажного охлаждения, при которых для надежного охлаждения агрегата струй но

3 3 эмульсионного типа расход воды на всю сеть составил 90 м /ч, что на 40 м /ч меньше, чем предположенный в проекте института "Сибирский сантехпро-ект" (г. Новокузнецк);

- оптимальная толщина первоначальной кладки составляет 25-30 мм;

- разработаны технологические инструкции для различных режимов функционирования печи;

- исследованы и проанализированы аномальные ситуации в системе охлаждения агрегатов струйно-эмульсионного типа, а также выявлены признаки распознавания их.

1. Курунов И.Ф., Савчук Н.А. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. М.: Черметинформация, 2002.198 с.

2. Цымбал В.П., Мочалов С.П., Калашников С.Н. Модели и механизмы самоорганизации в технике и технологиях. В 3-х.: Ч. I. Термодинамический подход к самоорганизации: Учеб. пособие. Под редакцией В.П. Цымба-ла/СибГИУ Новокузнецк, 2004. - 180 с.

3. Цымбал В.П., Мочалов С.П., Калашников С.Н. Модели и механизмы самоорганизации в технике и технологиях. В 3-х.: Ч. II. Формальное описание эволюции и самоорганизации: Учеб. пособие. Под редакцией В.П. Цымбала / СибГИУ Новокузнецк, 2004.-298 с.

4. Цымбал В.П., Мочалов С.П., Калашников С.Н. Модели и механизмы самоорганизации в технике и технологиях. В 3-х.: Ч. III. Примеры реализации идей и принципов синергетики: Учеб. пособие. Под редакцией В.П. Цымбала / СибГИУ Новокузнецк, 2005.-264с.

5. Кожевников И.Ю. Бескоксовая металлургия железа. -М.: Металлургия, 1970.-336 с.

6. Юсфин Ю.С., Гиммельфарб А.А., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла.- М.: Металлургия, 1994. -320с.

7. Люнген Х.Б., Мюльхаймс К., Штеффен Р. Современное состояние процессов прямого восстановления и восстановительной плавки железных руд // Черные металлы №10, 2001, 20-3 5С.

8. Альтернативные процессы выплавки чугуна в доменных печах // Новости черной металлургии за рубежом. -1997. № 3. С. 38-43.

9. Роменец В.А., Вегман Е.Ф., Сакир Н.Ф. Процесс жидкофазного восстановления // Изв. ВУЗов Черной металлургии. -1993. № 7. - С. 9-19.

10. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах.-М.: Мир, 1979. -512с.

11. Хакен Г. Синергетика.- М.: Мир, -1980. -406с.

12. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ./Общ. ред. В.И. Аршинова, Ю.Л. Климонтовича и Ю.В. Сачкова. -М.: Прогресс, 1986. -432с.

13. Цымбал В.П. Введение в теорию самоорганизации: с примерами из металлургии: Учебное пособие. СибГГМА.- Новокузнецк, 1997.- 251с.

14. Патент № 1835173 Способ непрерывного рафинирования металла и агрегат для его осуществления / В.П. Цымбал, С.П. Мочалов, К.М. Шакиров, Р.С. Айзатулов, Б.А. Кустов, Н.И. Михеев, И.Р. Шрейбер, Г.С. Гальперин, А.И. Торопов. 1988.

15. European Patent. International number PCT/RU93/00325. Process for the continuous refining of metal and a facility for carrying out said process / V.P. Tsymbal, S.P. Mochalov, K.M. Shakirov a.e. // International publication number WO 95/18238.-1995.

16. Patent USA N 5,558,695 "Process and unit for continuous metal refinement / V.P. Tsymbal, S.P. Mochalov, K.M. Shakirov, R.S. Aizatulov, B.A. Kustov, N.I. Mikheev, A.I. Toropov// 1995.

17. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев.-М.: Наука, 1994.-383 е.: ил.

18. Калашников С.Н. Исследование и идентификация моделей формирования гарнисажа в струйно-эмульсионном реакторе //Калашников С.Н., Огнев A.M., Цымбал В.П., Мочалов С.П. // Изв. вузов. Чер. металлургия. -2006-№8.-С. 36-39.

19. Гладышев Г.П. Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов / Г.П. Гладышев.-М.: Наука, 1988.-287 с.

20. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М., "Энергия", 1977.-344 с.

21. Тепловые процессы при непрерывном литье стали. Ю.А.Самойлович, С.А.Крулевецкий, С.А.Горяинов, З.К.Кабаков. М.: Металлургия, 1982

22. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, 1976. -216 с.

23. Казачков Е.А., Дмитриев A.M. В кн.: Кристаллизация и компьютерные модели: Сб. тр. / Удм ГУ/. - Ижевск: Изд. УдмГУ. 1992. С. 42-44.

24. Самойлович Ю.А. Микрокомпьютер в решении задач кристаллизации слитка. -М.: Металлургия, 1988. 184 с.

25. Б.П. Белозеров, Н.Р. Фраге Диффузионное затвердевание в гетерогенных металлических системах // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1995 - № 12. -С. 59-61.

26. Соболев В.В., Трефилов П.М., Шифрин И.Н., Баккал А.Р. Анализ теплового состояния стальных блюмов при кристаллизации в процессе непрерывного литья // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1992 - № 1. - С. 25-29.

27. Борисов В. Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1988. - 224 с.

28. Соболев В.В., Трефилов П.М. Процессы тепломассопереноса при затвердевании непрерывных слитков. Красноярск: Изд. КГУ, 1984.- 264 с.

29. Флеминге М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. - 423 с.

30. Б.Л. Егоров. Определяющая роль жидких кристаллов в ликвационном разделении шлакового расплава // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1994 - № 3. -С. 10-14.

31. Огурцов А.П. Моделирование кристаллизации слитка с учетом гидродинамики жидко-твердой зоны / Огурцов А.П., Самохвалов С.Е., Чернета В.А., Демьянович В.В. //Изв. вузов. Чер. металлургия. 1995-№ 3. - С. 9-12.

32. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987. - 232 с.

33. Журавлев В.А. Термодинамика необратимых процессов. М.: Наука, 1979. -136 с.

34. Крупенников С.А. Решение двумерной задачи Стефана методом выпрямления фронта // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1992 - № 9. - С. 59-61.

35. Скребцов A.M. О переохлаждении затвердевающих сплавов на основе железа // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1992 - № 9. - С. 59-61.

36. Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами: Монография / В.П. Сабуров, Е.Н. Еремин, А.Н. Черепанов, Т.Н. Миннеханов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. 212 с.

37. Колосов М.И. ,Строганов А.И., Смирнов Ю.Д., Охримович Б.П. Качество слитка спокойной стали. М.: Металлургия, 1973. 408 с.

38. Самойлович Ю.А. Теплофизика и теплотехника в металлургии. Средне-Уральское книжное изд-во, Свердловск, 1969. С 178-198.

39. Самойлович Ю.А., Горяинов В.А., Дистергефт И.М. Горение, теплообмен и нагрев металла. М.: Металлургия, 1973. - с. 120.

40. Самойлович Ю.А. Физика и химия обработки металлов, 1978. №3, С. 8592.

41. Вигдорович В.Н., Розин К.М., Крестовников А.Н. ЖФХ, 1961, т. 35, №8, С. 1752- 1758.

42. Калинин Э.К., Ярхо С.А. Влияние чисел Рейнольдса и Прандтля на эффективность интенсификации теплообмена в трубах. ИФЖ, 1966, т. 11. № 4, с. 426-431.

43. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассобмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.:Энергия, 1972.-341 с.

44. Михеев М.А. Расчетные формулы конвективного теплообмена. // Изв. АН СССР. ОТН. 1966, №5, С.96 - 105.

45. Цедерберг Н.В. Теплопроводность газов и жидкостей. М.: Госэнергоиздат, 1963. 408 с.

46. М.Е. Дейч, А.Е. Зарянкин. Гидроаэродинамика: Учебное пособие для вузов.-М: Энергоатомиздат, 1984г. 384с

47. Немцев Б.Т. Техническая гидромеханика: Учебник для вузов по специальности Гидравлические машины и средства автоматики. М.: Машиностроение, 1987.463с, ил.

48. Курганов A.M. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоот-ведения: справочник / A.M. Курганов, Н.Ф. Федоров; под общ. ред. A.M. Курганова. 3-е изд. перераб. и допол. - Л.:Стройиздат, 1986. - 424 с.

49. Расчет водопроводных сетей: учеб. для вузов / Н.Н. Абрамов. 3-е изд. перераб. и допол. - М.:Стройиздат, 1982. - 440 с.

50. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. М.:Стройиздат, 1988. -432 с.

51. Гладышев Г.П. Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов / Г.П. Гладышев.-М.: Наука, 1988.-287 с.

52. Телегин А.С., Швыдский B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос: Учебник для вузов: 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. Ю.Г. Ярошенко. -М.:ИКЦ "Академкнига", 2002. 455 с.

53. Теория тепломассообмена: Учебник для технических университетов и вузов / С.И. Исаев, И.А. Когликов, В.И. Кодаков и др. / Под ред. А.И. Леонтьева. Изд. 2-е испр. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. -683 с.

54. Самарский А.А., Михайлов А.П., Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры -М.: Наука, Физматлит, 1997. 320 с.

55. Элементы теории систем и численные методы моделирования процессов тепломассопереноса: Учебник для вузов / B.C. Швыдкий, Н.А. Спирин, М.Г. Ладыгичев, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Городон. М.: Интермет Инжиринг, 1999.-520 с.

56. Самарский А.А., Гулин А.В. "Численные методы математической физики", Научный Мир, Москва, 2000, с. 198.

57. Кобышев А.А., Кобышев В.А., Корочкин Ю.Д. К вопросу о построении эффективных кончно-разностных моделей теплообмена // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1995 - № 6. - С. 45.

58. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г., Шаврин B.C. Математические методы теплофизики: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 2001. 232 с.

59. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена.

60. A.M. Латышенков, В.Г. Лобачев. Гидравлика. Государственное издательство строительной литературы, М. 1945г.

61. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. - 757 с.

62. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.:Наука, 1970. - 904 с.

63. Веревкин В.И. Измерение скорости движения расплава шлака при электрошлаковом процессе / В.И. Веревкин, В.А. Быстров, Г.М. Соломон, Б.И. Шишов // Известия вузов. Черная металлургия. 1993. - №2. С. 18-20.

64. Веревкин В.И. Совместный анализ тепловых и магнитногидродинамиче-ских в шлаковой ванне при электрошлаковой наплавке / В.И. Веревкин, А.Ф. Сакун, Т.А. Атавин // Изв. вузов. Черная металлургия. 2003. - №8. С. 20-23.

65. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Л.: Машиностроение, 1976. - 502 с.

66. Прандтль Л. Гидроаромеханика. М.: Изд-во иностр. лит., 1949. - 520 с.

67. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 742 с.

68. Франкль Ф.И. Избранные труды по газовой динамике. М.: Физматгиз, 1973.-556 с.

69. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х то-мах:Т. 1 :Пер.с англ. -М.Мир, 1991. 504с., ил.

70. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х т.: Т. 2.: Пер. с англ.-М.: Мир, 1991.-552 е., ил.

71. Огнев A.M. Комплекс моделей и программ для системы гарнисажного охлаждения металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа / Огнев A.M., Цымбал В.П. // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2006 - № 10. - С. 48-52.

72. Специалистами ОАО "Сибирский Сантехпроект" рассмотрен комплекс программного обеспечения "САПР гарнисаж", позволяющий решать следующий круг задач:

73. Моделирование динамики формирования гарнисажа при запуске процесса и аномальных ситуациях.

74. Диагностика аварийных ситуаций.

75. Обучение и повышение квалификации персонала.

76. Многовариантное проектирование в диалоговом режиме и оптимизация систем гарнисажного охлаждения.

77. Сравнение результатов расчетов с помощью представленного программного комплекса с применяемой в ОАО "Сибирский Сантехпроект" методикой показало

78. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор сЩй^хСибирский Сантехпроект",1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О ПОЛЕЗНОСТИ

79. Разработки Огнева Александра Михайловича на тему: "Комплекс программных средств для проектирования гидравлических систем гарнисажного охлаждения".практически полное совпадение результатов по величине гидравлических напоров и • диаметров труб.

80. Программный комплекс "САПР гарнисаж" позволяет значительно ускорить и оптимизировать процесс проектирования гарнисажного охлаждения.

81. Зам. генерального директора1. Т.В. КузнецоваI