автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка и исследование математических моделей, создание программного обеспечения для управления объектами в металлургии

На правах рукописи

ЩИПАНОВ Кирилл Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ В МЕТАЛЛУРГИИ (НА ПРИМЕРЕ ПУСКА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ)

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007

003056092

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Спирин Николай Александрович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Дмитриев Андрей Николаевич

Кандидат технических наук Обабков Илья Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Чусовской металлургический завод»

Защита состоится 27 апреля 2007 г. в 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета К212.285.02 в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 32, ауд. Р-217.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью предприятия, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Автореферат разослан ^6 марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная тенденция развития науки и техники характеризуется развитием, внедрением и широким использованием компьютерных систем поддержки принятия решений в АСУП и АСУ ТП, в основу которых положены методы математического моделирования.

Сегодня на передовых металлургических предприятиях России и стран СНГ функционируют или создаются мощные распределенные базы данных. Это позволяет практически полностью решать проблемы хранения, контроля, защиты, ввода, редактирования и извлечения информации, а также формирования необходимых отчетных данных. В то же время отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что развитие предприятий металлургического комплекса, решение проблем энергосбережения, повышения качества и конкурентоспособности продукции на мировом рынке требуют усовершенствования систем использования информации, применяемых как для управления технологическими процессами, так и управления производством в целом. Информация сама по себе зачастую мало что дает для анализа и прогноза, для принятия решений и контроля за их исполнением. Необходимы надежные способы оценки ее достоверности и переработки информационного «сырья» в готовый продукт. Интеллектуальным ядром такой переработки информации являются математические модели. Особенно актуальна данная проблема в таких сложных и энергоемких производствах, как доменное. Следует отметить, что в целом анализ состояния вопроса по реально используемым математическим моделям в практике технологии ведения доменной плавки показывает: в настоящее время разрыв между потенциальными возможностями средств автоматизации и реальными возможностями используемого программного обеспечения огромен.

В связи с этим следует выделить научные проблемы, первостепенными из которых являются:

• использование современных достижений в области математического моделирования, теории и практики доменной плавки, теории управления при разработке автоматизированных систем управления;

• разработка на основе современных принципов соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Теоретическая разработка различных явлений доменного процесса и методов практического управления им значительно выросла за последние годы. Однако до настоящего времени остается еще ряд вопросов, имеющих большое научное и практическое значение для доменного производства. К ним, в том числе, относятся вопросы задувки доменных печей. Анализ литературных источников показал, что данная область теоретически мало изучена.

Цель работы. Разработка математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для обеспечения нормального теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов работы доменной печи во время ее пуска.

Методы исследований. Методы исследований базируются на физических закономерностях основных процессов, протекающих в доменной печи, системном анализе, использовании современных принципов разработки и построения математических моделей, алгоритмического и программного обеспечения, предназначенных для автоматизированного управления сложными технологическими процессами в металлургии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• впервые разработан комплекс математических моделей расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров доменной печи при ее задувке;

• обоснованы и математически описаны лимитирующие параметры работы доменной печи во время ее задувки;

• создана оптимизационная модель расчета состава шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров;

• разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

Практическая значимость. Полученные при выполнении работы

результаты найдут практическое применение:

• при совершенствовании режимов функционирования доменных печей в условиях нестабильности их работы в процессе задувки, что позволит повысить технико-экономические показатели плавки и безопасность пуска доменных печей;

• создании и развитии прикладных инструментальных систем исследования, моделирования и обучения с учетом технических возможностей современных систем управления сложными агрегатами и комплексами в металлургии;

• разработке автоматизированных рабочих мест инженерно-технологического персонала;

• преподавании дисциплин для студентов соответствующих специальностей.

Использование результатов работы. Разработанные математические модели явились основой практической реализации пакета прикладных программ «Расчет шихты заполнения», предназначенного для АРМ инженерно-технического персонала металлургических заводов, имеющих доменное производство.

Пакет «Расчет шихты заполнения» передан центру АСУ ОАО ММК для расчета шихт заполнения доменных печей при их задувке.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО УГТУ-УПИ при преподавании следующих дисциплин:

• специальность 230201 - Информационные системы и технологии;

Направление 654700 - Информационные системы (дипломированные

специалисты): «Проектирование пакетов прикладных программ»,

«Информационные системы в металлургии»;

• специальность 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология

промышленных печей. Направление 651300 - Металлургия

(дипломированные специалисты): «Моделирование процессов и объектов в металлургии», «Информационные технологии в металлургии». Личный вклад автора состоит в разработке математических моделей расчета шихты заполнения, создании соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения. Предмет защиты

• математическая модель расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров при задувке доменной печи;

• обоснование и математическое описание лимитирующих параметров во время задувки доменной печи;

• оптимизационная модель и комплекс алгоритмов расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров;

• программное обеспечения для расчета шихты заполнения доменных печей.

Апробация работы

Материалы исследований доложены на конференциях

• международного уровня:

конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии». Украина. Днепропетровск, 2002 г.; научно-технической конференции «Теория и практика производства чугуна». Украина. Кривой Рог, 2004 г.; 3-й научно-практической конференции Уральского регионального отделения академии инженерных наук им. А.М. Прохорова. Россия. Екатеринбург, 2004 г.; научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее». К столетию со дня рождения М.А. Глинкова. Россия. Москва, 2006 г.;

• Всероссийского уровня:

IV научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве». Новокузнецк, 2003 г.; III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике». Пенза, 2003 г.; «Энергетика и металлургия - настоящему и будущему России», 6-я научно-практической конференции. Магнитогорск, 2005 г.; V научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве». Новокузнецк, 2005. 2-й научно-практической конференции

«Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии», Новокузнецк, 2006.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе 3 научных публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 докладов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 154 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок, 3 таблицы, и состоит из общей характеристики работы, 3 глав, заключения, библиографического списка из 163 источников отечественных и зарубежных авторов, 2 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В общей характеристике работы сформулированы актуальность темы, цели и задачи работы, дана характеристика ее научной новизны и практической ценности, отражены внедрение результатов работы и ее апробация, приведены структура и объем диссертации.

В первой главе «Состояние вопроса, постановка задач диссертационной работы» дается описание проблем в выбранном направлении исследования. Выполнен анализ состояния вопроса в области решения задач управления сложными металлургическими агрегатами в условиях их пуска (на примере доменной печи). Показано, что в современных условиях актуальна задача совершенствования такой операции, как задувка, которая осуществляется либо при вводе в эксплуатацию вновь построенной доменной печи, либо после капитального ремонта I разряда.

Математическому описанию (компьютерному моделированию) процессов отводится важнейшая роль в исследовании и оптимизации явлений, происходящих в действующих металлургических агрегатах. Это связано с тем, что экспериментальное изучение агрегатов сопряжено либо с большими финансовыми, технологическими и техническими трудностями, либо попросту невозможно.

Поэтому использование математических моделей в изучении доменной плавки, а также при разработке систем контроля и управления доменным процессом имеет большое значение. Наибольшей общностью и большими возможностями прогноза обладает аналитическое описание явлений, основанное на физических закономерностях их протекания. Однако сложность и многофакторность доменного процесса, недостаточная его изученность не позволяют целиком опираться на такие описания. В ходе математического моделирования приходится широко использовать статистические модели явлений, простые логические соотношения, эмпирические и другие данные.

Задувка доменной печи и последующий раздувочный период являются ответственными операциями, от правильного выполнения которых зависит нормальная работа печи, продолжительность ее службы, количество и длительность промежуточных ремонтов.

При задувке должны быть обеспечены следующие условия:

" нормальное тепловое состояние печи;

* хороший дренаж жидких продуктов в горне;

■ нормальные дутьевой и газодинамический режимы;

■ сохранность футеровки печи при заполнении задувочной шихтой;

■ безаварийность работы печи;

■ быстрый переход к нормальной работе с получением заданных составов

шлака и чугуна;

■ достижение установленных технологических показателей плавки.

Анализ имеющихся данных о проведении задувок на различных

металлургических комбинатах показывает, что данное направление теоретически мало изучено, отсутствуют единые научно обоснованные методы выбора состава шихты заполнения и дутьевых параметров. Отсутствует

соответствующее математическое и программное обеспечение. Все это приводит к ухудшению технического состояния печи и технико-экономических показателей доменной плавки. Выявлена тенденция к переходу на новые технологии форсированной задувки доменных печей, что обусловлено современными требованиями рынка, работающего в условиях жесткой конкуренции.

На основании проведенного аналитического обзора состояния вопроса сформулирована цель работы и дано обоснование задач исследования.

Достижение поставленной цели реализуется путем решения следующих задач:

• анализ существующих методов выбора состава шихты заполнения, выбора тепловых, шлаковых, дутьевых и газодинамических параметров доменной плавки в период задувки печи;

• формулировка общесистемной модели выбора состава шихты заполнения, ее расположения по высоте печи, а также дутьевых и газодинамических параметров во время пуска доменной печи;

• разработка математических моделей расчета шихты заполнения для различных способов задувки печи;

• создание оптимизационной модели расчета шихты заполнения, выбор и формализация ограничивающих факторов;

• разработка, адаптация и опытно-промышленное опробование программного обеспечения выбора оптимального состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров.

Во второй главе «Математическая модель расчета шихты заполнения доменной печи» рассмотрена физическая постановка задачи, приведено описание математических моделей для форсированной и традиционной задувки доменной печи, расчета дутьевых и газодинамических параметров, прогнозирования содержания серы в чугуне, а также приведено описание оптимизационной модели расчета шихты заполнения.

Концептуальная схема расчета шихты заполнения показана на рис. I.

Рис. 1. Концептуальная схема расчета шихты заполнения

Анализ входных и выходных параметров, процессов, происходящих в печи, позволяет констатировать, что математическая модель должна включать следующие взаимосвязанные подсистемы теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов. Указанные подсистемы охватывают основные явления, свойственные доменному процессу. Каждая из этих подсистем взаимодействует с другими подсистемами и внешней средой.

Существует два основных способа задувки - традиционный (классический) и форсированный.

Традиционная задувка. При традиционной задувке в печь загружают от 5 до 10 шихт:

1. нулевая шихта (загружается только кокс, не участвующий в процессе горения);

2. первая шихта состоит из кокса, шлакообразующих и флюсующих материалов;

3. вторая и последующие шихты содержат кокс, шлакообразующие, флюсующие материалы и ЖРМ.

Железорудные материалы вводятся с постепенным увеличением рудной нагрузки.

Форсированная задувка. В настоящее время передовые металлургические предприятия придерживаются новой концепции, которая ориентируется на форсированную задувку, позволяющую ускорить вывод печи на рабочие параметры, сократить расход кокса, а также на первых стадиях задувки разделить процессы шлакообразования и восстановления. При форсированной задувке первые порции шлакообразующих и железорудных материалов располагаются в шахте печи. При этом отсутствует необходимость постепенного повышения рудной нагрузки. Подготовленная к задувке доменная печь загружается примерно на 2/3 высоты шахты коксом и шлакообразующими добавками для ошлакования его золы, а оставшийся объем заполняется шихтой с рудными нагрузками, близкими для нормального эксплуатационного режима. Метод значительно упрощает технологию задувки и ускоряет выход печи на проектные показатели плавки.

В основу модели расчета шихты заполнения положены следующие основные идеи:

• разделение процессов шлакообразования и восстановления;

• обеспечение нормального теплового и шлакового режимов;

• сохранение нормального газодинамического режима;

• использование известных физических закономерностей, присущих доменной плавке;

• использование принципа системного анализа (декомпозиция системы на отдельные блоки - подсистемы);

• описание отдельных подсистем с использованием уравнений материального и теплового балансов, проверенных эмпирических соотношений, а также опыта задувок доменных печей на передовых металлургических предприятиях России;

• использование математического программирования для выбора оптимального состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров.

Согласно методике расчета форсированной задувки доменной печи Загружаемая в печь шихта делится на три части - нулевую, первую и вторую. Структура математической модели расчета шихты заполнения с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления представлена на рис. 2.

НУЛЕВАЯ ШИХТА

ПЕРВАЯ ШИХТА

1 часть

ВТОРАЯ ШИХТА

1 часть

Масса шлакообразующих

2 часть

Масса кокса

Масса шлакообразующих

2 часть

Масса кокса

Масса шлакообразующих

Масса агломерата

8 11 S 2 *

_i_

Прогнозирование состава чугуна и свойств шлака

Рис.2. Структура математической модели расчета шихты заполнения с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления

Регулирование высоты расположения первых порций шлакообразующих и железорудных материалов необходимо для улучшения тепловой подготовки горна печи, а также для обеспечения достаточной тепловой и восстановительной обработки железорудных материалов до их поступления в горн печи. В связи с этим требуется определить оптимальное расположение железорудных материалов и флюсов по высоте печи.

Расчет нулевой шихты. «Нулевая шихта» состоит только из кокса, не участвует в процессе горения и играет роль дренажной коксовой насадки. В объем «нулевой» шихты входят:

• зумпф (объем горна, определяемый высотой «мертвого слоя»);

• объем горна от уровня чугунной летки до уровня воздушных фурм;

• объем кокса, заключенный в конусе неподвижных материалов от уровня

воздушных фурм с углом образующей, равным 45 градусам.

Расчет первой шихты. Первая шихта делится на две части. Первая порция состоит из кокса, а вторая - из кокса и шлакообразующих материалов. Такой метод задувки печи предполагает длительную работу горна печи без

шлака, что дает возможность осуществлять отвод горячих газов через трубы, заложенные в чугунные летки. В ином случае при раннем шлакообразовании неизбежно заливание труб шлаком, прекращение движения газа в нижней части горна, что не позволяет нагреть лещадь до температур, обеспечивающих нормальную отработку первых порций расплавов чугуна и шлака.

Структура математической модели расчета первой шихты представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структура математической модели расчета первой шихты

Количество тепла от сжигания массы кокса первой шихты должно быть достаточным для нагрева огнеупорной кладки и массы материалов этой шихты до рабочих температур, характерных для нижней ступени теплообмена. При этом достигается и необходимое завершение восстановительных процессов в вышерасположенных участках шихты заполнения. Несоблюдение этого условия будет сопровождаться приходом железистого шлака на коксовую насадку, похолоданием низа печи и невозможностью нормальной отработки продуктов плавки в раздувочный период. Последовательность выполнения расчетов по определению параметров первой шихты заключается в следующем:

1) находится объем огнеупорной кладки, включающий объем кладки горна, заплечиков, распара и части шахты (на 1-2 м выше распара). Объем кладки рассчитывается по размерам профиля печи и толщине кладки;

2) рассчитывается усредненная температура огнеупорной кладки отмеченных элементов печи исходя из распределения температур в нижней зоне печи;

3) используя полученные данные (пункты 1, 2), можно найти количество тепла, которое необходимо сообщить кладке для ее нагрева до «рабочих» температур (примерно 800 °С);

4) аналогичным образом находим количество тепла, которое необходимо сообщить слою кокса первой шихты для его нагрева до «рабочих» температур (примерно 1400 °С). Примерный расчетный объем кокса первой шихты, включая горн, заплечики, распар и 1,5 м низа шахты, рассчитывается по геометрическим размерам печи. В дальнейшем этот объем кокса уточняется в результате итерационной процедуры;

5) по балансу теплоты потребный расход кокса для нагрева шихты и огнеупорной кладки до рабочих температур

где 2-суммарный расход теплоты для нагрева кладки и шихты до рабочих температур, кДж;

- теплоотдача углерода кокса, сгорающего у фурм, кДж/кг; т]т -тепловой КПД.

6) из балансовых уравнений определяется расход шлакообразующих и флюсующих материалов для достижения заданной основности и содержания глинозема в шлаке;

7) в связи с вводом в шихту шлакообразующих материалов возникает необходимость дополнительного расхода кокса на нагрев и плавление этих материалов. При изменившемся расходе кокса осуществляется корректировка состава шихты, поскольку при увеличенном расходе кокса меняются конечный состав и характеристики шлака - содержание глинозема в нем возрастает, а основность шлака снижается. Схема расчета расходов шлакообразующих материалов и корректировки расхода кокса для получения из первой шихты шлака заданного состава представлена на рис.4.

Рис. 4. Схема расчета расходов шлакообразующих материалов и корректировки расхода кокса для получения га первой шихты шлака заданного состава

В основе аналитического расчета вязкости шлака лежат диаграммы тройной шлаковой системы СаО-АЬОз-БЮг при температурах 1400 и 1500 °С в области реальных значений доменных шлаков. Зависимость вязкости гомогенных шлаковых расплавов от температуры получена путем математической обработки известных шлаковых диаграмм.

Далее определяется расположение первой шихты по высоте печи. При этом учитывается, что первая шихта состоит из двух частей:

• в первую часть загружается только кокс;

• во вторую часть могут загружаться шлакообразующий материал и флюсы.

Ввод в первую часть первой шихты шлакообразующих материалов не предусматривается. Появляющиеся при горении кокса первой шихты шлакообразующие из золы кокса распределяются в межкусковых пространствах коксовой насадки и не образуют жидкоподвижного шлака. Такой метод задувки печи предполагает длительную работу горна печи без шлака, что дает возможность осуществлять отвод горячих газов через трубы, заложенные в чугунные летки. В ином случае при раннем шлакообразовании неизбежно заливание труб шлаком, прекращение движения газа в нижней части горна, что не позволяет нагреть лещадь до температур, обеспечивающих нормальную отработку первых порций расплавов чугуна и шлака.

Скорость движения шихты в печи и время подхода шлакообразующих материалов к фурмам определяются расходом дутья, подаваемого в доменную печь. При заданном темпе раздувки печи в начальный период определяется объем кокса, сжигаемого в единицу времени, а затем, при использовании заданного времени задержки процесса шлакообразования, находится горизонт заложения шлакообразующего материала и флюсов. Для того чтобы найти массу кокса первой части, требуется вычислить объем кокса, сжигаемого в единицу времени. Эта величина в свою очередь будет зависеть от дутьевых параметров, изменяющихся по ходу раздувки: расход дутья, расход природного газа, расход кислорода, влажность дутья. Таким образом, задав изменение этих параметров по ходу задувки, можно вычислить количество кокса, необходимое для регулирования времени начала процесса шлакообразования.

Расчет второй шихты. Сначала рассчитывается расход кокса, флюсов, шлакообразующих и железорудных материалов в целом на вторую шихту, а затем она так же, как и первая шихта, делится на две части. Первая порция состоит из кокса и шлакообразующих компонентов, а вторая — из кокса, шлакообразующих и железорудных материалов.

Структура математической модели расчета второй шихты представлена на рис. 5.

Для определения расходов компонентов шихты производится ее расчет методом А.Н. Рамма, по которому определяются удельный расход железорудного материала и кокса на тонну чугуна, а также среднее значение рудной нагрузки второй шихты. Вторая шихта также как и первая, делится на две части. Первая порция состоит из кокса и шлакообразующих материалов, а вторая из кокса, шлакообразующих и железорудных материалов.

Рис.5. Структура математической модели расчета второй шихты

Расположение первых порций рудных материалов второй шихты по высоте печи имеет исключительно важное значение. Это связывается с необходимостью хорошего прогрева и полного восстановления оксидов железа рудного материала. При малой высоте расположения железорудных материалов возможен приход в нижнюю часть печи железистого шлака, что вызовет похолодание низа печи, нарушение нормальной фильтрации расплавов в горне и сложности в отработке продуктов плавки при выпуске расплавов. Это расстояние связано со временем пребывания шихты в печи. В связи с этим в качестве настройки модели используется допустимое время прихода железорудных материалов к воздушным фурмам, и при заданном темпе задувки печи определяется горизонт заложения в шихте заполнения рудного материала.

Расчет расходов шлакообразующих материалов и флюсов во второй шихте производится аналогично первой шихте исходя из заданного состава шлака (Ca0/Si02, AI2O3, заданной вязкости шлака при температурах 1400 и 1500°С). Отличие заключается в том, что учитывается наличие железорудных материалов во второй части второй шихты.

Прогнозирование содержания серы в чугуне. Прогнозное содержание серы в чугуне рассчитывается по балансу серы, который составляется из всех серосодержащих компонентов шихты, шлака и чугуна. Коэффициент распределения серы между чугуном и шлаком определяется многими факторами, в частности температурой шлака, активностью СаО в шлаке, парциальным давлением СО в области прямого восстановления железа и др. Значение коэффициента Ls* определяется по уравнению, предложенному авторами работы и полученному на основании обработки опытных данных работы доменных печей:

= а0 ■ \&В + я, • -а2 ■ \%п + а3

Л

т

(2)

где Р«, - парциальное давление СО в горновом газе; коэффициент активности серы в чугуне;

В - "обобщенная" основность шлака;

ао, аь аг, аз - постоянные коэффициенты, определяемые методом

параметрической идентификации.

Моделирование дутьевого и газодинамического режимов. Целью моделирования дутьевого и газодинамического режимов доменной плавки является оценка влияния параметров дутья и загружаемой шихты на параметры фурменного очага и перепад давления в доменной печи. Структура подсистемы моделирования дутьевого и газодинамического режимов приведена на рис. 6.

Рис. 6. Структура подсистемы моделирования дутьевого и газодинамического режимов

Моделирование параметров фурменного очага. При небольшом расходе дутья, устанавливаемом в начальный момент, развитие очагов горения приобретает исключительно важное значение, поскольку малый расход дутья провоцирует малое развитие зон горения, плохой прогрев осевой части столба шихты и приводит к периферийному газовому потоку с низким использованием тепловой и восстановительной способности газового потока. Расчет характеристик фурменного очага, построенный на использовании эмпирических зависимостей, позволяет оценить протяженность циркуляционной, окислительной зон, площадь окислительных зон и их изменения при колебаниях условий плавки. Опыт задувок доменных печей ОАО «ММК» свидетельствует о том, что в начальный период задувки печи значение теоретической температуры горения должно быть на минимально возможном уровне - около 1850-1900 °С. Это объясняется тем, что в момент задувки в горне печи отсутствуют потребители тепла - рудные и шлакообразующие компоненты, и из-за чрезмерного разогрева нижней части печи при сжигании кокса на фурмах неизбежны горячие подвисания шихты.

Моделирование газодинамического режима плавки. Следует отметить, что слой шихты заполнения отличается пониженной насыпной массой из-за

большого расхода кокса в шихте и поэтому подвисания шихты происходят при меньшем перепаде, чем это имеет место при обычной плавке. В качестве критерия устойчивости слоя шихты в печи при воздействии на него газового потока принимается степень уравновешивания (СУ) шихты газом. Предельный перепад давления, превышение которого вызывает подвисание шихты в печи, наступает при достижении критической степени уравновешивания шихты газом (принято СУ^ = 40-45 %).

Оптимизационная модель шихты заполнения. При определении оптимального состава шихты заполнения, рациональных дутьевых параметров неизбежно решение оптимизационных задач, т.к. приходится помимо целевой функции выбора состава шихты учитывать комплекс ограничивающих и лимитирующих параметров. Постановка задачи выбора оптимального состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров во время задувки доменной печи, а также последовательность решения задачи оптимизации отражены на рис. 7.

Рис. 7. Схема решения задачи выбора оптимального состава первой шихты, дутьевых и газодинамических параметров

При выборе состава шихты в первую очередь ориентируются на основность получаемого шлака, при этом заданная основность для каждой части шихты, как показывает практика, может изменяться, постепенно увеличиваясь по ходу.

В связи с этим в качестве целевой функции принято условие

Z = (В,ш (ЛГ¡,ш ) - В,™)" -> min , (3)

<4nieWw

где п - любое положительное четное число; (п=2,4,...); i - порядковый номер шихты (i= 1.1,1.2,2.1,2.2); Х,ш- вектор, характеризующий виды, расходы и химический состав материалов i- шихты заполнения;

„ _ СоО _ расчетная основность шлака i-й шихты заполнения;

' Si02 т

эд _ /СдОчид _ заданная основность шлака i-й шихты заполнения;

1 Si02 '

Xl m е G^ - ограничения на параметры шихты заполнения, т.е. виды, химические составы, физические свойства загружаемых шихтовых материалов;

G - область допустимых значений параметров шихты.

Важным этапом решения задачи выбора оптимального состава шихты заполнения является формирование технологических ограничений на тепловой, дутьевой, газодинамический и шлаковый режимы плавки.

Определены следующие ограничения на параметры состояния:

■ вязкость шлака при температуре 1400 и 1500 °С, пуаз;

■ содержание глинозема в шлаке, %;

■ выход шлака из шихты, т/т;

■ содержание серы в чугуне, %;

■ содержание кремния в чугуне, %;

■ теоретическая температура горения на фурмах, °С;

■ степень уравновешивания шихты газом, %.

Особенность решения сложных оптимизационных задач математического программирования связана с тем, что в процессе решения могут возникнуть такие случаи, когда ограничения, наложенные на тепловой, газодинамический и шлаковый режимы работы печи во время задувки, противоречивы, т.е. отсутствует область допустимых решений. В связи с этим в алгоритме решения предусмотрен этап анализа решения задачи. В случае отсутствия решения задачи и противоречивости условий необходимо воспользоваться этапом коррекции, т.е. оценить целесообразность использования данных шихтовых материалов, ограничений, надежность исходной информации и т.д.

В третьей главе «Разработка комплекса программ для компьютерной системы поддержки принятия решений» представлено обоснование выбора модели жизненного цикла программного обеспечения, приведено описание основных этапов разработки, показателей качества, принципов проектирования программного продукта.

В работе использовалась спиральная модель жизненного цикла. Использование итерационного принципа разработки программного обеспечения позволило переходить на следующий этап создания программного продукта, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. Для разработанного программного обеспечения были определены следующие показатели качества: функциональность; надежность; легкость применения; сопровождаемость.

Функциональность была определена как основной показатель качества программного продукта. Для того чтобы соответствовать данному качеству, программа должна вести себя в соответствии с требованиями технологического персонала доменного цеха, сформулированными в ее функциональной спецификации.

Были зафиксированы следующие требования к функциональным возможностям:

1. Ведение справочников:

• конструктивные характеристики доменных печей;

• шлакообразующие материалы и флюсы;

• железорудные материалы;

• кокс.

2. Настройка пакета на конкретные условия функционирования объекта

расчета - доменной печи:

• выбор из справочника конструктивных параметров доменной печи;

• выбор из справочников компонентов шихты заполнения, которые будут участвовать в расчете - железорудные материалы, шлакообразующие материалы и флюсы, кокс;

• задание изменения во времени дутьевых параметров - давление, расход, температура и влажность дутья, расход природного газа и кислорода, давление колошникового газа;

• определение требований к параметрам жидких продуктов плавки -химический состав и температура чугуна, химический состав шлака, основность и вязкость шлака;

• настройка и выбор теплотехнических параметров (теплоемкости чугуна, шлака, кокса, материалов футеровки печи и др.);

• настройка и выбор прочих характеристик процесса (нормативно-справочная информация).

3. Расчет состава шихты и свойств шлака при заданных пользователем

расходах шлакообразующих материалов и флюсов.

4. Расчет оптимального состава шихты заполнения и подбор дутьевых параметров с учетом ограничений на тепловой, шлаковый, газодинамический режимы и качество получаемого чугуна при любых заданных комбинациях входных параметров.

5. Вывод результатов расчета в отчеты:

• «компонентный состав шихты» - количество и объем кокса, железорудных, шлакообразующих и флюсующих материалов в нулевой, первой и второй шихте, в том числе суммарное количество и объем материалов;

• «состав и свойства шлака» - химический состав, основность шлака, вязкость шлака при температурах 1400 и 1500°С;

• «прогноз серы в чугуне» - равновесный и фактический коэффициенты распределения серы между чугуном и шлаком, прогнозное содержание серы в чугуне;

• «газодинамика» - изменения во времени газодинамических характеристик процесса - перепад давления газа, степень уравновешивания шихты газом, теоретическая температура горения;

• «расположение шихты в объеме печи» - в табличном и графическом виде показано расположение компонентов шихты заполнения в объеме печи.

6. Представление результатов расчета в табличном и графическом виде.

7. Возможность экспорта исходных данных и результатов расчета в электронные таблицы Excel.

8. Сохранение в базе данных и повторное использование в дальнейшем различных вариантов расчета.

В диссертации приведено подробное описание интерфейса и функциональных возможностей разработанного программного обеспечения.

В качестве средства разработки была выбрана среда программирования Delphi. На сегодняшний день Delphi - мощная высокопроизводительная среда разработки приложений, значительно упрощающая разработку программного обеспечения. В качестве подхода к созданию программного обеспечения в рамках спиральной модели жизненного цикла выбрана методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development).

Программное обеспечение расчета состава шихты заполнения, выбора оптимальных дутьевых и газодинамических параметров во время пуска доменной печи использовано для расчета параметров шихты заполнения применительно к условиям работы различных металлургических предприятий.

После реконструкции доменной печи №1 ОАО ММК осуществлена форсированная задувка с разделением по высоте печи процессов шлакообразования и восстановления. Задувка осуществлялась на всех открытых

фурмах и прошла успешно. Сопоставление результатов расчетов и фактических показателей доказывает, что в целом интуитивно был принят правильный дутьевой режим задувки, очень близкий к оптимальному, и верно выбрана шихта заполнения. Так, теоретическая температура горения в начальный период задувки при высокой влажности горячего дутья поддерживалась на оптимальном уровне 1850-1870 °С, степень уравновешивания шихты не превышала допустимого значения в течение всего периода задувки. Расчетный состав второй части второй шихты, включающий рудную составляющую, кокс и флюсы, практически полностью соответствовал фактическому составу шихты ММК. Расчетные и фактические значения рудной нагрузки для этой части шихты без флюсов составили соответственно 2,77 и 2,61 т/т при их средних значениях для всей шихты заполнения соответственно 0,61 и 0,54 т/т. В то же время расчеты показывают, что небольшой ввод в нулевую шихту ММК добавок термозита и доменного шлака и расположение его на отметке выше 7,2 м от уровня воздушных фурм улучшил бы свойства шлака, обеспечил бы необходимую вязкость шлака, при этом была бы возможна задувка печи с пониженным на 10 % расходом кокса. Выход конечного шлака из шихты заполнения составляет 1,2 т/т чугуна.

В качестве основной массы железосодержащих материалов на доменной печи №4 ОАО «Северсталь» рассматривался офлюсованный агломерат собственного производства этого предприятия и Михайловская железная руда, а в качестве флюсующей добавки - конвертерный шлак. Расчеты показывают, что оптимальный состав шлака из железорудной части при соотношении расходов агломерата собственного производства и Михайловской железной руды 4:1 можно получить, вообще не используя флюсующие добавки при рудной нагрузке 2,84 т/т, а для обеспечения получения шлака с заданными оптимальными свойствами достаточно относительно небольших добавок конвертерного шлака. Среднее значение рудной на1рузки всей шихты заполнения без флюсов составило 0,63 т/т. При этом конвертерный шлак необходимо размещать на высоте 7,8 м, а рудные материалы - на отметке 11,9 м выше уровня фурм. Выход конечного шлака из шихты заполнения составляет 0,55 т/т чугуна.

В связи с отсутствием реальных данных задувки печи №5 ОАО НТМК состав компонентов шихты заполнения и дутьевые параметры выбирались ориентировочно по данным справочной литературы и исходя из опыта задувок на других комбинатах. Применительно к условиям ОАО НТМК в качестве железорудной части шихты рассматривалось применение только агломерата ВГОК. Расчеты показывают, что использование в качестве шлакообразующего материала местного доменного шлака (примерно 100-120 т) возможно только совместно с известняком, что не желательно, так как разложение известняка осуществляется в нижней части шахты, заплечиках и даже распаре, что приводит к колебаниям теплового и шлакового режимов доменной плавки. В

связи с этим анализировался вариант использования в качестве флюсов доменного шлака ОАО ММК. Расчеты показывают, что при использовании этого шлака теоретически можно обеспечить необходимые свойства конечного шлака, но при высоком расходе шлака в шихте заполнения и расположении флюсов выше 7 метров, а железорудных материалов - выше 12,5 метра от уровня фурм. Рудная нагрузка железорудной части шихты составляет 2,47 т/т при среднем значении на всю шихту заполнения 0,80 т/т.

Анализ результатов расчетов позволил сформулировать общие принципы выбора состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров:

• основность конечного шлака по СаО/БЮ2 в зависимости от содержания кремния в чугуне изменяется в интервале 0,8-0,95;

• средняя рудная нагрузка без флюсов и шлакообразующих составляет 0,60,7 т/т;

• рудная нагрузка в железорудной части шихты заполнения (вторая часть второй шихты) составляет 2,4-3,0 т/т;

• нормальным выходом шлака для шихты заполнения следует считать 5001200 кг/т чугуна;

• нулевая шихта в расчете состава, свойств и выхода жидких продуктов плавки из шихты заполнения не учитывается;

• расположение материалов шихты заполнения должно соответствовать следующим принципам:

■ шлакообразующие материалы загружаются на высоте не менее 7,0 м от уровня воздушных фурм;

■ железорудные материалы располагаются на высоте не менее 11,5 -12,0 м от уровня фурм.

Такое расположение шлакообразующих и железорудных материалов обуславливается необходимостью обеспечения достаточной восстановительно-тепловой подготовки их до прихода в горн печи.

• дутьевые параметры выбираются таким образом, чтобы теоретическая температура горения на фурмах в период плавки шихты заполнения составляла 1850-1900 °С, а степень уравновешивания шихты не превышала значения, равного 0,40-0,45.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Разработан комплекс математических моделей для расчета шихты заполнения, ее расположения по высоте печи, выбора оптимальных дутьевых и газодинамических параметров:

• при задувке с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления;

• традиционной задувке.

Основой этих моделей являются фундаментальные представления о процессах доменной плавки. Анализ имеющихся знаний в области теории и практики современного доменного процесса показал, что в рамках решаемых задач необходимо учитывать взаимное влияние подсистем теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов.

2. При разработке комплекса математических моделей и их настройке использовались современные принципы задувки доменных печей и опыт инженерно-технологического персонала передовых металлургических предприятий России (ОАО ММК, ОАО НЛМК, ОАО «Северсталь» и др.). Это обусловлено тем, что процессы, происходящие в доменной печи, не поддаются полному математическому описанию на фундаментальном уровне, т.е. относятся к классу недостаточно структурированных систем.

3. Сформулированы общие принципы выбора состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров. Дано физическое обоснование и математическое описание лимитирующих параметров работы доменной печи во время ее задувки. Создана оптимизационная модель расчета шихты заполнения, выбора оптимальных дутьевых и газодинамических параметров доменной плавки.

4. Создано программное обеспечение «Расчет шихты заполнения», предназначенное для автоматизированного рабочего места инженерно-технологического персонала доменной печи.

5. Показано, что разработанное программное обеспечение позволяет оперативно решать оптимизационные задачи выбора состава шихты заполнения, дутьевого, газодинамического и шлакового режимов, исследовать влияние различных входных факторов на выбор состава шихты заполнения и дутьевых параметров.

6. Пакет прикладных программ «Расчет шихты заполнения» передан центру АСУ ОАО ММК для расчета шихт заполнения доменных печей. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО УГТУ-УПИ при преподавании соответствующих дисциплин.

Таким образом, в диссертационной работе представлено решение новых задач по разработке математических моделей, алгоритмов, программного обеспечения и применению их в системах управления сложными объектами в металлургии во время их пуска (на примере доменной плавки).

Основные положения диссертации опубликованы в нижеприведенных работах

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК

1. Современные принципы построения и реализации компьютерных систем поддержки принятия решений для управления сложными системами в металлургии (на примере доменной плавки) / H.A. Спирин, C.B. Казанцев,

A.И. Перминов, К.А. Щипанов // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. №4. С. 65-67.

2. Моделирование шлакового режима доменной плавки / H.A. Спирин, О.П. Онорин, В.Ю. Рыболовлев, А.И. Перминов, К.А. Щипанов // Известия вузов. Черная металлургия. 2005. №8. С.51-55.

3. Щипанов К.А. Математическая модель расчета задувочной шихты доменной печи с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления / К.А. Щипанов, H.A. Спирин, О.П. Онорин // Известия вузов. Черная металлургия. 2006. №6. С. 66-67.

Статьи, опубликованные в научных сборниках н материалах конференций

4. Разработка современных модельных систем поддержки принятия решений в условиях нестабильности обеспечения топливно-энергетическими ресурсами доменных печей и конъюнктуры рынка / О.П. Онорин, H.A. Спирин, В.В. Лавров, К.А. Щипанов // Труды Международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии». Днепропетровск, 2002. С. 175-177.

5. Современные принципы построения и реализации информационно-моделирующих систем сложных теплотехнических агрегатов /

B.А. Краснобаев, H.A. Спирин., В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев, К.А. Щипанов // Труды Международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии». Днепропетровск, 2002. С. 182-187.

6. Разработка информационно-моделирующей системы управления сложными объектами в условиях нестабильности их работы (на примере доменной плавки) / H.A. Спирин, К.А. Щипанов, В.В. Лавров, О.П. Онорин, А.И. Перминов // Труды IV Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве». Новокузнецк, 2003. С.23-25.

7. Пакет прикладных программ моделирования шлакового режима доменной плавки / H.A. Спирин, О.П. Онорин, В.Ю. Рыболовлев, А.И. Перминов, К.А. Щипанов // Межвузовский сборник научных трудов «Автоматизация технологических и производственных процессов». Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 43-49.

8. Натурно-модельный подход при решении задач оптимизации сложными распределенными системами в металлургии / H.A. Спирин, В.Ю. Рыболовлев, О.П. Онорин, А.И. Перминов, К.А. Щипанов // Межвузовский сборник научных трудов «Автоматизация технологических и производственных процессов», Магнитогорск, МГТУ. 2004. С. 52-58.

9. Интегрированный пакет прикладных программ оптимального управления сырьевыми и топливно-энергетическими ресурсами в аглодоменном

производстве / H.A. Спирин, В.Ю. Рыболовлев, В.В. Лавров, О.П. Онорин, Л.Ю. Гилева, А.Ю. Перминов, К.А. Щипанов // Труды Международной научно-технической конференции «Теория и практика производства чугуна». Украина. Кривой Рог, 2004. С.487- 490.

10. Современные принципы проектирования и реализации пакетов прикладных программ для решения технологических задач в металлургии / H.A. Спирин, К.А. Щипанов, В.В. Лавров, Л.Ю. Гилева, В.Ю. Рыболовлев И Вестник УГТУ-УПИ. 2004. № 15 (45). 4.1. С. 161-164.

11. Щипанов К.А. Программное обеспечение для расчета задувочной шихты доменной печи при форсированной задувке / К.А. Щипанов, О.П. Онорин, H.A. Спирин // Вестник УГТУ-УПИ. №13(65). 2005. С.58-62.

12. Пакет прикладных программ расчета задувочной шихты доменной печи / К.А. Щипанов, О.П. Онорин, H.A. Спирин, В.В. Лавров // Труды V Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве». Новокузнецк, 2005. С. 320-322.

13. Перминов А.И. Информационно-моделирующая система выбора параметров железорудного сырья в аглодоменном производстве / А.И. Перминов, И.А. Бабин, К.А. Щипанов // Энергетики и металлурги - настоящему и будущему России: материалы 6-й Всероссийской научно-практической конференции. Магнитогорск. 2005. С.58-60.

14. Лавров В.В. Принципы разработки программного обеспечения для решения технологических задач в металлургии / В.В. Лавров, Л.Ю. Гилева, К.А. Щипанов // Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии: труды 2-й Всероссийской научно-практической конференции. Новокузнецк: СибГИУ. 2006. С.294-300.

15. Программное обеспечение для расчета задувочной шихты доменной печи с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления / H.A. Спирин, К.А. Щипанов, О.П. Онорин, В.Ю. Рыболовлев, И.А. Бабин // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А. Глинкова: Труды III Международной научно-практической конференции. М., 2006. С.539-542.

ИД №06263 от 12.11.2001 г.

Подписано в печать 26.03.2007 Бумага писчая Уч.- изд.л. 1,32

Плоская печать Тираж 100

Формат 60x84 1/16 Усл.печл. 1,19 Заказ 39 Бесплатно

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 Ризография научно-исследовательской части ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

101000, Москва, ул.Воздвиженка, 3, Российская государственная библиотека

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1. Особенности работы доменных печей в современных 10 условиях

1.2. Технологические основы задувки доменных печей

1.3. Математическое моделирование в исследовании 29 доменного процесса

1.4. Модельные системы поддержки принятия решений в 35 доменном производстве

1.5. Задачи диссертационного исследования

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА

ШИХТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

2.1. Физическая постановка задачи

2.2. Математическая модель расчета состава шихты 47 заполнения с регулируемым процессом восстановления и шлакообразования

2.3. Математическая модель расчета состава шихты 73 заполнения для традиционной задувки

2.4. Моделирование дутьевого и газодинамического режимов 77 доменной плавки в задувочный период

2.5. Прогнозирование состава чугуна

2.6. Оптимизационная модель шихты заполнения

2.7. Выводы

Глава 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ДЛЯ

КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

3.1. Принципы построения и особенности функционирования 94 комплекса программ

3.2. Реализация пакета прикладных программ расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров

3.3. Примеры решения задач расчета шихты заполнения, 128 выбора дутьевых и газодинамических параметров

3.4. Выводы

Актуальность работы.

Современная тенденция развития науки и техники характеризуется развитием, внедрением и широким использованием компьютерных систем поддержки принятия решений в АСУП и АСУ ТП, в основу которых положены методы математического моделирования.

Сегодня на передовых металлургических предприятиях России и стран СНГ функционируют или создаются мощные распределенные базы данных. Это позволяет практически полностью решать проблемы хранения, контроля, защиты, ввода, редактирования и извлечения информации, а также формирования необходимых отчетных данных. В то же время отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что развитие предприятий металлургического комплекса, решение проблем энергосбережения, повышения качества и конкурентоспособности продукции на мировом рынке требуют усовершенствования систем использования информации, применяемых как для управления технологическими процессами, так и управления производством в целом. Информация сама по себе зачастую мало что дает для анализа и прогноза, для принятия решений и контроля за их исполнением. Необходимы надежные способы оценки ее достоверности и переработки информационного «сырья» в готовый продукт. Интеллектуальным ядром такой переработки информации являются математические модели. Особенно актуальна данная проблема в таких сложных и энергоемких производствах как доменное, где проведение научных экспериментов на работающем агрегате крайне затруднено либо вообще невозможно. Сегодня становится очевидной роль алгоритмов и компьютерных программ для решения комплекса технологических задач в области доменного производства именно для верхних SCADA и MES уровней. Экономическая отдача от модернизации автоматизации, а также устойчивое безаварийное состояние и надежная работа агрегатов определяются во многом использованием эффективных систем диагностики, предупреждения, прогноза и оптимизации, которые основаны на математическом моделировании. Следует отметить, что в целом анализ состояния вопроса по реально используемым математическим моделям в практике технологии ведения доменной плавки показывает: в настоящее время разрыв между потенциальными возможностями средств автоматизации и реальными возможностями используемого программного обеспечения огромен.

В связи с этим следует выделить научные проблемы, первостепенными из которых являются:

• использование современных достижений в области математического моделирования, теории и практики доменной плавки, теории управления при разработке автоматизированных систем управления;

• разработка на основе современных принципов соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.

Наиболее важными задачами совершенствования доменного процесса являются сокращение расхода кокса, повышение качества продукции, повышение безопасности производства. В том числе это относится к периоду пуска доменной печи, т.е. периоду задувки, который значительным образом обуславливает дальнейшую многолетнюю работу печи. Решению вышеизложенных задач способствует внедрение современных информационно-моделирующих систем, совершенствование методов управления доменной плавкой.

Теоретическая разработка различных явлений доменного процесса и методов практического управления им значительно выросла за последние годы. Однако до настоящего времени остается еще ряд вопросов, имеющих большое научное и практическое значение для доменного производства. К ним, в том числе, относятся вопросы задувки доменных печей. Анализ литературных источников показал, что данная область теоретически мало изучена.

Цель работы

Разработка математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для обеспечения нормального теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов работы доменной печи во время ее пуска.

Задачи исследования

• анализ существующих методов выбора состава шихты заполнения, выбора тепловых, шлаковых, дутьевых и газодинамических параметров доменной плавки в период задувки печи;

• формулировка общесистемной модели выбора состава шихты заполнения, ее расположения по высоте печи, а также дутьевых и газодинамических параметров во время пуска доменной печи;

• разработка математических моделей расчета шихты заполнения для различных способов задувки печи;

• создание оптимизационной модели расчета шихты заполнения, выбор и ' формализация ограничивающих факторов;

• разработка, адаптация и опытно-промышленное опробование программного обеспечения выбора оптимального состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров.

Методы исследований

Методы исследований базируются на физических закономерностях основных процессов, протекающих в доменной печи, системном анализе, использовании современных принципов разработки и построения математических моделей, алгоритмического и программного обеспечения, предназначенных для автоматизированного управления сложными технологическими процессами в металлургии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• впервые разработан комплекс математических моделей расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров доменной печи при ее задувке;

• обоснованы и математически описаны лимитирующие параметры работы доменной печи во время ее задувки;

• создана оптимизационная модель расчета состава шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров;

• разработано соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение.

Практическая значимость

Полученные в ходе выполнения работы результаты найдут практическое применение:

• при совершенствовании режимов функционирования доменных печей в условиях нестабильности их работы в процессе задувки, что позволит повысить технико-экономические показатели плавки и безопасность пуска доменных печей;

• создании и развитии прикладных инструментальных систем исследования, моделирования и обучения с учетом технических возможностей современных систем управления сложными агрегатами и комплексами в металлургии;

• разработке автоматизированных рабочих мест инженерно-технологического персонала;

• преподавании дисциплин для студентов соответствующих специальностей.

Достоверность полученных положений, выводов и рекомендаций доказывается сопоставлением результатов, полученных с использованием разработанных моделей, с производственными данными, а также общепризнанными закономерностями доменного процесса, подтверждается соответствием современным представлениям в области теории, технологии и математического моделирования доменной плавки.

Использование результатов работы

Разработанные математические модели явились основой практической реализации пакета прикладных программ «Расчет шихты заполнения», предназначенного для АРМ инженерно-технического персонала металлургических заводов, имеющих доменное производство.

Пакет «Расчет шихты заполнения» передан центру АСУ ОАО ММК и используется для расчета шихт заполнения доменных печей.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО УГТУ-УПИ при преподавании следующих дисциплин:

• Специальность 230201 - Информационные системы и технологии. Направление 654700 - Информационные системы (дипломированные специалисты): «Проектирование пакетов прикладных программ», «Информационные системы в металлургии».

• Специальность 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей. Направление 651300 - Металлургия (дипломированные специалисты): «Моделирование процессов и объектов в металлургии», «Информационные технологии в металлургии».

Личный вклад автора состоит в разработке математических моделей расчета шихты заполнения, создании соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения. Автор защищает

• математическая модель расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров при задувке доменной печи;

• обоснование и математическое описание лимитирующих параметров во время задувки доменной печи;

• оптимизационная модель и комплекс алгоритмов расчета шихты заполнения, выбора дутьевых и газодинамических параметров;

• программное обеспечения для расчета шихты заполнения доменных печей.

Апробация работы

Материалы исследований доложены на конференциях

• международного уровня:

Конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии». Украина. Днепропетровск, 2002 г.; научно-технической конференции «Теория и практика производства чугуна». Украина. Кривой Рог, 2004 г.; 3-й научно-практической конференции Уральского регионального отделения академии инженерных наук им. A.M. Прохорова. Россия, Екатеринбург, 2004 г.; научно-практической конференции «Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее». К столетию со дня рождения М.А. Глинкова. Россия, Москва, 2006 г.;

• Всероссийского уровня:

IV научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, наук и производстве». Новокузнецк, 2003 г.; Ш-ей Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике». Пенза, 2003 г.; Энергетика и металлургия -настоящему и будущему России. 6-я научно-практической конференции. Магнитогорск, 2005 г.; V научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве». Новокузнецк, 2005; 2-й научно-практической конференции «Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии», Новокузнецк, 2006. Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе 3 научных публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 докладов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 154 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок, 3 таблицы, и состоит из общей характеристики работы, 3 глав, заключения, библиографического списка из 163 источников отечественных и зарубежных авторов, 2 приложений.

3.4. Выводы

1. С использованием современных принципов построения и реализации пакетов прикладных программ создано программное обеспечение «Расчет шихты заполнения», предназначенное для автоматизированного рабочего места инженерно-технологического персонала металлургических предприятий.

2. Разработан универсальный интерфейс доступа к библиотекам функций пакета Microsoft Excel для решения задач поиска оптимальных параметров шихты заполнения и формирования отчетов.

3. Пакет прикладных программ позволяет:

• рассчитать оптимальные состав и расположение компонентов шихты, дутьевые и газодинамические параметры при форсированной задувке печи с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления;

• вести справочники конструктивных и режимных параметров работы доменных печей, шлакообразующих материалов и флюсов, железорудных материалов, кокса;

• производить выбор и настройку пакета на конкретные условия функционирования объектов;

• осуществлять многовариантный расчет состава шихты заполнения и дутьевых параметров при любых комбинациях входных параметров;

• решать задачу оптимального выбора состава шихты заполнения, 'дутьевых параметров с учетом ограничений на тепловой, шлаковый, газодинамические режимы и качество получаемого чугуна;

• представлять результаты в виде табличной, графической формах, осуществлять экспорт в электронные таблицы Excel;

• сохранять и использовать в дальнейшем различные варианты расчетов в базе данных.

4. Показано, что разработанное программное обеспечение позволяет оперативно решать оптимизационные задачи выбора состава шихты заполнения, дутьевого, газодинамического и шлакового режимов, исследовать влияние различных входных факторов на выбор состава шихты заполнения и дутьевых параметров.

5. Использование подсистемы расчета шихт заполнения на ОАО ММК в рамках современных автоматизированных систем управления доменной плавкой свидетельствует об адекватности разработанной оптимизационной модели, корректности используемого вычислительного алгоритма, возможности адаптации модели, настройки пакета на конкретные условия функционирования системы и позволяет в режиме "советчика" выбирать виды материалов и их оптимальные расходы для шихты заполнения, а также дутьевые параметры по ходу раздувки доменных печей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью исследований, составивших основу настоящей диссертации, была разработка математических моделей, алгоритмов программного обеспечения для обеспечения нормального теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов доменной печи во время ее пуска.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы:

1. Разработан комплекс математических моделей для расчета шихты заполнения, ее расположения по высоте печи, выбора оптимальных дутьевых и газодинамических параметров:

• при задувке с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления;

• традиционной задувке.

Основой этих моделей являются фундаментальные представления о процессах доменной плавки. Анализ имеющихся знаний в области теории и практики современного доменного процесса показал, что в рамках решаемых задач необходимо учитывать взаимное влияние подсистем теплового, шлакового, дутьевого и газодинамического режимов.

2. При разработке комплекса математических моделей и их настройке использовались современные принципы задувки доменных печей и опыт инженерно-технологического персонала передовых металлургических предприятий России (ОАО ММК, ОАО НЛМК, ОАО «Северсталь» и др.). Это обусловлено тем, что процессы, происходящие в доменной печи, не поддаются полному математическому описанию на фундаментальном уровне, т.е. относятся к классу недостаточно структурированных систем.

3. Сформулированы общие принципы выбора состава шихты заполнения, дутьевых и газодинамических параметров. Дано физическое обоснование и математическое описание лимитирующих параметров работы доменной печи во время ее задувки. Создана оптимизационная модель расчета шихты заполнения, выбора оптимальных дутьевых и газодинамических параметров доменной плавки.

4. Создано программное обеспечение «Расчет шихты заполнения», предназначенное для автоматизированного рабочего места инженерно-технологического персонала доменной печи.

5. Показано, что разработанное программное обеспечение позволяет оперативно решать оптимизационные задачи выбора состава шихты заполнения, дутьевого, газодинамического и шлакового режимов, исследовать влияние различных входных факторов на выбор состава шихты заполнения и дутьевых параметров.

6. Пакет прикладных программ «Расчет шихты заполнения» передан центру АСУ ОАО ММК для расчета шихт заполнения доменных печей. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО УГТУ-УПИ при преподавании соответствующих дисциплин.

Таким образом, в диссертационной работе представлено решение новых задач по разработке математических моделей, алгоритмов, программного обеспечения и применению их в системах управления сложными объектами в металлургии во время их пуска (на примере доменной плавки).

Автор диссертации приносит глубокую благодарность ведущему специалисту доменного цеха, заслуженному металлургу РСФР, Лауреату премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники Косаченко И.Е., начальнику отдела АСУ агло-доменного производства, к.т.н. Рыболовлеву В.Ю., заместителю начальника технического управления ОАО ММК по агло-доменному производству Гибадулину М.Ф. и другим работникам ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» за неоценимую помощь и. советы при постановке, обсуждении и внедрении результатов исследований.

За ценные советы, постоянное внимание и поддержку в работе признателен научному руководителю д.т.н., профессору Спирину Н.А., главному научному сотруднику ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов», доценту, к.т.н. Онорину О.П., доценту, к.т.н. Лаврову В.В. и другим сотрудникам кафедры "Теплофизика и информатика в металлургии" ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет - УПИ".

Двтор диссертации благодарит заслуженного деятеля науки и техники РФ, профессора, д.т.н. Ярошенко Ю.Г. за внимательное прочтение рукописи и ценные замечания, которые способствовали улучшению содержания представленного материала.

1. Шатлов В.А. Состояние производства чугуна и технологии доменной плавки в России // Теория и практика производства чугуна: Сборник трудов международной научно-технической конференции. Кривой Рог: Криворожсталь, 2004. С. 22-27.

2. Шатлов В.А. Состояние доменного производства России // Сталь, № 7, 2003. С.3-5.I

3. Труды VII Международного Конгресса доменщиков. Москва-Череповец. 9-12.09.2002.

4. Юсфин Ю.С. Доменная печь агрегат XXI века / Ю.С. Юсфин, И.Г. Товаровский, П.И. Черноусов, В.А. Шатлов//Сталь, №8, 1995, С. 1-8.

5. Сысоев Н.П. История развития и современное состояние доменного процесса // Металлург, №1, 2002, С. 37-39.

6. Пус А. Будущее доменных печей // РЖ «Производство чугуна», №5, 1991, Реф.5В.144.

7. Лякишев Н.П.//Сталь, №1,1991, С. 1-6.

8. Савчук Н.А., Курунов И.Ф. Доменное производство на рубеже XXI века. АО "Черметинформация" // Новости черной металлургии за рубежом,2000. 42 С

9. Металлургия чугуна: Учебник для вузов / Е.Ф.Вегман, Б.Н.Жеребин,

10. A.Н.Похвиснев, Ю.С.Юсфин, В.М.Клемперт. М.: Металлургия, 1989. 512 С.

11. Товаровский И.Г., Севернюк В.В. Анализ показателей и процессов доменной плавки. Днепропетровск: ПОРОГИ, 2000.-420 С.

12. Товаровский И.Г., Лялюк В.П. Эволюция доменной плавки. -Днепропетровск: ПОРОГИ, 2001. 424 С.

13. Товаровский И.Г. Совершенствование и оптимизация параметров доменного процесса. М.: Металлургия, 1987. -192 С.

14. Товаровский, И.Г. Доменная плавка. Эволюция, ход процессов, проблемы и перспективы: Монография. Днепропетровск: Пороги, 2003. 596 С.

15. Металлургия чугуна: Учебник для вузов. 3-е изд. / Е.Ф.Вегман, Б.Н.Жеребин, А.Н.Похвиснев, Ю.С.Юсфин и др. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 774 С.

16. Дмитриев А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки /

17. А.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин. -Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 545 С.

18. Структура трехуровневой АСУ ТП доменной печи с использованием логико-количественной экспертной системы: Учебное пособие /

19. B.Г. Лисиенко, Е.Л. Суханов, В.А. Морозова, Ю.Н. Овчинников; под ред. Н.А.Спирина. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2004. 82 С.

20. Курунов И.Ф. Шихтовые материалы, кокс, эксплуатация и показатели работы доменных печей // Сталь, № 3, 2001, С. 7-13.

21. Разработка АСУТП нового поколения для доменной печи № 5 КМК /

22. B.И.Котухов, С.В.Коршиков, Г.Я.Анисимов, А.Е.Кошелев, ВАШанин // Сталь, №4, 1993, С.22-25.

23. Тараканов А.К. Совершенствование средств контроля и управления доменной плавкой // Труды V Международного конгресса доменщиков. -Днепропетровск: Пороги, 1999. С.37-42.

24. Автоматизация доменных печей / Н.Н.Изюмский, А.П.Пухов, В.Л.Сафрис, М.А.Цейтлон // Черная металлургия, № 4,1991, С.31-36

25. Информационные системы в металлургии / Н.А. Спирин и др. -Екатеринбург: Уральский государственный технический университет, 2001.-617 с.

26. Современная автоматизированная информационная система доменной плавки / В.А.Краснобаев, В.Ю.Рыболовлев, Н.А.Спирин и др. // Сталь, № 9, 2000, С.7-10.

27. Компьютерные методы моделирования доменного процесса. /

28. О.П. Онорин и др.; под ред. Н.А. Спирина. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. 301 с.

29. Принципы построения экспертных систем в металлургии на примере экспертной системы "Советчик мастера доменной печи" / В.Г. Лисиенко,

30. В.П. Чистов, А.Е. Пареньков и др.; под ред. В.Г. Лисиенко. -Екатеринбург: УГТУ, 1996. 45 с.

31. Внедрение централизованной АСУ ТП доменной печи №3 увеличивает производство на заводе Ланверн фирмы British Steel. Central control bobsts iron output at BritishSteel Llanwern // Steel Times. 1992. -220, №6.1. C. 268

32. Совершенная технология управления и систем контроля для доменной печи / Otsuka R., Ikenda Y., Sibuta H., e.a. // Сумитомо KHHfl30Ky=Sumitomo Metals.-1992.44, №1 C.161-172.

33. Разработка экспертной системы для долгосрочного управления работой доменной печи /Кепада Yasuharu//Дзайре то пуросэсу = Curr. and Mater, and Proc. 1991. №4, №5. С. 1384.

34. Экспертная система управления ходом доменной плавки / М.М. Френкель, Ю.В. Федулов, О.А. Белова, В.А. Краснобаев // Сталь, №7,1992, С.15-18.

35. Применение управляющей системы и искусственным интеллектом в доменном производстве. Application of a techniques to blast Furnace operation/ Lida 0., Taniyochi S., Hetani T.// Kawasaki Steel Techn Dept. -1992.-№26.-C.30-37.

36. Рамм А.Н. Современный доменный процесс. М.: Металлургия, 1980. 304 с.

37. Рамм А.Н. Комплексный метод расчета материального и теплового балансов доменной плавки //Труды Гипромеза, 1941, Вып. 3, С. 38-47

38. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом / И.Г. Товаровский, Е.И. Райх, К.К. Шкодин,

39. В.А. Улахович М.: Металлургия, 1979. - 264 с.

40. Шур А.Б. Составление материальных и тепловых балансов доменной плавки // Доменное производство. Приложение к журналу «Сталь». М.: Металлургиздат, 1961. - С. 13-23.

41. Ченцов А.В. Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса /А.В. Ченцов, Ю.А. Чесноков, С.В. Шаврин. М.: Наука, 1991. 92 с.

42. Разработка математической модели с переменной структурой для анализа и прогноза показателей работы доменной печи на основе отчетных данных / Л.Ю Гилева, Ю.Г. Ярошенко, С.А. Загайнов, Е.Л Суханов // Известия вузов. Черная металлургия, №4,1993, С.51-55.

43. Суханов Е.Л. Определение методом моделирования показателей доменного процесса при изменении условий плавки / Е.Л. Суханов,

44. С.А. Загайнов, Ю.О. Раев // Известия вузов. Черная металлургия, №8, 1989, С.129-133.

45. Доменное производство: Справочное издание. В 2-х томах. Т.1 Подготовка руд и доменный процесс/ Под ред. Е.Ф.Вегмана. М.: Металлургия, 1989. - 496 с.

46. Технолог-доменщик./ Ю.П. Волков, Л.Я. Шпарбер, А.К. Гусаров. М.: Металлургия. 1986. - 263 с.

47. Остроухое М.Я. Справочник мастера-доменщика / М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер. М.: Металлургия, 1976. - 304 с.

48. Остроухов М.Я. Эксплуатация доменных печей / М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер. М.: Металлургия, 1975. - 264 с.

49. Улахович В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах. М.: Металлургия, 1991.- 172 с.

50. Улахович В.А. Раздувка мощной доменной печи объемом 5500 м3 /

51. B.А. Улахович, Н.М. Можаренко, В.И. Нетронин и др. // Сталь, №1, 1988,1. C. 12-18.

52. Терентьев В.Л. Совершенствование режима раздувки печи после капитального ремонта I разряда / В.Л. Терентьев, А.Л. Мавров и др. // Сталь, №12,2004, с. 20-21.

53. Андреев В.А. Технологические особенности задувки доменной печи при ее длительной остановке / В.А. Андреев, А.В. Мокринский, Е.Я. Чернышов и др. // Металлург, № 12, 2002, с. 29-32.

54. Бялый Л.А. Задувка и освоение доменной печи объемом 2700 м3 // Сталь, №9,1972, с. 87-92.

55. Капорулин В.В. Некоторые вопросы технологии задувки доменных печей //Сталь, № 6,1989, с. 17-20.

56. Чернобривец Б.Ф. Практика доменного производства / Б.Ф. Чернобривец, В.В. Капорулин, В.А. Завидонский. М.: Металлургия, 1992.-111 с.

57. Кутнер С.М. Технология задувки доменных печей за рубежом. Черметинформация. Серия «Подготовка сырых материалов к металлургическому переделу и производству чугуна» Выпуск 1.

58. Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. М.: Металлургия, 1980.-248 с.

59. Капорулин В.В. О рациональной тепловой подготовке горна при задувке доменной печи / В.В. Капорулин, В.Н. Григорьев, М.А. Альтер и др. // Сталь, №10,1989, С. 9-12.

60. Жембус М.Д. Применение азота при раздувке доменных печей /

61. М.Д. Жембус, А.П. Монаршук, Г.А. Зуенок // Металлургическая и горнорудная промышленность, №2,1986, С.7-9.

62. Скуридин Ф.А. Технология задувки доменной печи на ферромарганец / Ф.А. Скуридин, С.В. Шипилов, А.Е. Пареньков и др. // Металлург, №1, 2006, с. 62-63.

63. Цымбал В. П. Математическое моделирование металлургических процессов: Учеб. Пособие для вузов по специальности «Автоматизация металлург. Пр-ва». -М.: Металлургия, 1986. -112 с.

64. Максимов Ю. М. Математическое моделирование металлургических процессов / Ю.М. Максимов, И.М. Рожков, М.А. Саакян. М.: Металлургия, 1976. - 288 с.

65. Самарский А. А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А. А. Самарский, А. П. Михайлов. 2-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 320 с.

66. 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. Гордон. М.: Интермет-Инжиниринг, 1999. - 520 с.

67. Рамм А.Н. Определение технических показателей доменной плавки //

68. A.Н.Рамм Методы расчета и справочные данные. Л.:ЛПИ, 1971.110с.

69. Китаев Б.И. Теплообмен в доменной печи / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Б.Д. Лазарев. М.: Металлургия, 1966. - 355 с.

70. Теплотехника доменного процесса /Б.И.Китаев, Ю.Г.Ярошенко, Е.Л.Суханов, Ю.Н.Овчинников, B.C.Швыдкий. -М.: Металлургия, 1978. -248 с.

71. Китаев Б.И. Управление доменным процессом. Свердловск: УПИ, 1984.-94 с.

72. Товаровский И.Г. Развитие расчетных методов анализа доменной плавки в XX веке II Сталь, № 7, 2001, С. 8-10.

73. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом / И.Г. Товаровский, Е.И. Райх, К.К. Шкодин,

74. B.А. Улахович. М.: Металлургия, 1978. - 263 с.

75. Вегман Е.Ф. Теоретические проблемы металлургии чугуна / Е.Ф. Вегман, В.О. Чугель. М.: Машиностроение, 2000. - 348 с.

76. Любан А.Н. Анализ явлений доменного процесса. М.: Металлургия, 1962.-532 с.

77. Готлиб А.Д. Доменный процесс. М.: Металлургия, 1966. - 503 с.

78. Мишар Ж. Тепловые балансы и теплообмен в доменной печи. М.: Металлургиздат, 1963. -151 с.

79. Юрьев Б.Н. Методы расчета доменной плавки / Б.Н. Юрьев, Л.В. Юрьева. М.: Металлургия, 1961. - 304 с.

80. Клименко В.А. Основы физики доменного процесса / В.А. Клименко, Л.С.Токарев. Челябинск: Металлургия, 1991.288с.

81. Писи Дж. Доменный процесс. Теория и практика / Дж. Писи, В.Г.Давенпорт. М.: Металлургия, 1984. - 142 с.

82. Нестационарные процессы и повышение эффективности доменной плавки / Ю.Н.Овчинников, В.И.Мойкин, Н.А.Спирин, Б.А.Боковиков. -Челябинск: Металлургия, 1989. 120 с.

83. Боковиков Б.А. Теплотехнический анализ работы доменной печи на металлизованной шихте методом математического моделирования / Б.А. Боковиков, Н.М. Бабушкин //Сталь, № 11,1978, С. 982-986.

84. Мойкин В.И. Анализ работы доменной печи на комбинированном дутье с применением метода математического моделирования / В.И. Мойкин, Н.М. Бабушкин, Б.А. Боковиков//Сталь, №4,1984, С.9-14.

85. Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе/ Под ред. С.В. Шаврина // Труды института металлургии УФАН СССР. Часть 1, вып. 24,1970. 130с.; часть 2, вып.26, 1972. -140 с.

86. Математическое моделирование доменного процесса / Под ред. проф. С.В.Шаврина. Екатеринбург: УрО РАН, 1994. - 72 с.

87. Захаров И.Н. Функциональные зависимости в процессах противоточной фильтрации. Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе / Под ред. С.В.Шаврина // Труды института металлургии УФАН СССР. Часть 2, вып.26. Свердловск, 1972. С.77-97.

88. Дмитриев А.Н. Балансовая (равновесная) математическая модель // Математическое моделирование доменного процесса. Научные доклады. Екатеринбург: Институт металлургии УрО РАН, 1994. С. 6-21.

89. Математическое моделирование доменного процесса / Под ред. проф. С.В.Шаврина. Екатеринбург: УрО РАН, 1994. - 72 с.

90. Дмитриев А.Н. Двумерная математическая модель доменного процесса / А.Н. Дмитриев, С.В. Шаврин // Сталь, № 12, 1996, С.7-13.

91. Дмитриев А.Н. Исследование температурных и скоростных полей с помощью двумерной математической модели при использовании новых технических решений / А.Н. Дмитриев, С.В. Шаврин // Сталь, № 5, 1998, С.5-8.

92. Дмитриев А.Н. Анализ аномальных явлений доменной плавки /

93. А.Н.Дмитриев, С.В. Шаврин//Сталь, № 8,1998, С.13-16.

94. Доброскок В.А. Математические модели процессов газодинамики и восстановления в доменной печи / В.А. Доброскок, Н.А. Кузнецов,

95. A.И. Туманов//Известия вузов. Черная металлургия, № 3,1985, С.145-146.

96. Доброскок В.А. Метод разработки новых технологических режимов доменной плавки на основе комплекса математических моделей /

97. B.А. Доброскок, А.И. Туманов, А.В. Ганчев // Известия вузов. Черная металлургия, № 5,1987, С.146-147.

98. Туманов А.И. Математическая модель газодинамики в зоне плавления доменной печи / А.И. Туманов, В.А. Доброскок, А.В. Воложин // Известия вузов. Черная металлургия, № 3,1987, С.146-147.

99. Пирометаллургическая переработка комплексных руд/ Л.И. Леонтьев, Н.А.Ватолин. С.В.Шаврин, Н.С.Шумаков. М.: Металлургия, 1997. 432 с.

100. Авдеев В.П. Творческое наследие Б.И.Китаева в теории и практике многовариантных систем информатики и управления / В.П. Авдеев,

101. Е.Л. Суханов // Научные школы УПИ-УГТУ №2. С творческим наследием Б.И.Китаева в XXI век. - Екатеринбург: УГТУ, 1998. - С.191-194

102. Разработка и внедрение математического и программного обеспечения для гибких технологических режимов работы доменных печей / САЗагайнов, О.П.Онорин, Л.Ю.Гилева и др. // Сталь, № 9, 2000, С.12-15.

103. Разработка математической модели с переменной структурой для анализа и прогноза показателей работы доменной печи на основе отчетных данных / Л.Ю Гилева, Ю.Г. Ярошенко, С.А. Загайнов, Е.ЛСуханов // Известия вузов. Черная металлургия, №4,1993, С.51-55.

104. Анализ нелинейности характеристик доменного процесса / Гилева Л.Ю., Ярошенко Ю.Г., Суханов Е.Л. и др. // Известия вузов. Черная металлургия, №8,1994, С.66-68.

105. Теплообмен и повышение эффективности доменной плавки / НАСпирин, Ю.Н.Овчинников, В.С.Швыдкий, Ю.Г.Ярошенко. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет -УПИ, 1995.-243 с.

106. Загайнов С.А. Современные принципы построения математической модели доменного процесса для решения технологических задач /

107. С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Н.А. Спирин, Ю.Г. Ярошенко // Известия вузов. Черная металлургия, № 12, 2003, С.3-7.

108. Blast furnace Phenomena and modeling/ Ed. By Yasuo Omori. Elsevier applied science// London and New York.: 1987.- 631 p.

109. Blast Furnace Aerodynamics/Ed.by N.Standish //Wollongong. 1975. -220p.

110. Абрамов С.Д. Макрокинетика восстановления железорудных материалов газами. Математическое описание / С.Д. Абрамов, Л.Ф. Алексеев, Д.З.Кудинов, А.В. Ченцов, С.В. Шаврин. М.: Наука, 1982. -104 с.

111. Юрьев Б.П. Методы расчета доменной плавки / Б.П. Юрьев, Л.В. Юрьева. М.: Металлургиздат, 1961. - 302 с.

112. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.:Энергия, 1978. -415 с.

113. Введение в системный анализ теплофизических процессов металлургии/ Н.А.Спирин, В.С.Швыдкий, В.И.Лобанов, В.В.Лавров. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет, 1999. -205 с.

114. Советов Б. Я. Моделирование систем: Учебник для студентов вузов / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001.-343 с.

115. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике: Учебник для студентов втузов / B.C. Зарубин; под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 496 с.

116. Современная автоматизированная информационная система доменной плавки У В.А.Краснобаев, В.Ю.Рыболовлев, Н.А.Спирин и др. // Сталь, №9, 2000, С.7-10.

117. Казанцев С.В., Спирин Н.А. О применении методов распознавания образов при прогнозировании состава чугуна в доменной печи // Автоматизация технологических и производственных процессов. -Магнитогорск: МГТУ, 2004.

118. Липаев В.В. Качество программного обеспечения. М.: Финансы и статистика, 1983.

119. Тогобицкая Д.Н. Информационное, алгоритмическое и программное обеспечение для решения задач оптимизации доменной шихты У Д.Н. Тогобицкая, А.Ф. Хамхотько, А.И. Белькова // Металлург, №6,1999, С.42-43

120. Ефименко Г. Г. Металлургия чугуна У Г. Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко. Киев: Высшая школа, 1981.495 с.

121. Во'скобойников В. Г. Свойства жидких доменных шлаков У

122. В. Г. Воскобойников, Н. Е. Дунаев, А. Г. Михалевич. М.: Металлургия, 1975.182 с.

123. Гиммельфарб А.А. Процессы восстановления и шлакообразования в доменных печах У А.А. Гиммельфарб, К.И. Котов. М.: Металлургия, 1982.-328 с.

124. Цылев Л.М. Восстановление и шлакообразование в доменном процессе. -М.: Наука, 1970. 158 с.

125. Жило Н.Л. Формирование и свойства доменных шлаков. М.: Металлургия, 1974.120 с.

126. Бабарыкин Н.Н. Восстановление и плавление рудных материалов в доменной печи: Курс лекций. Магнитогорск: МГМА, 1995. - 164 с.

127. Спирин Н.А. Пакет прикладных программ моделирования шлакового режима доменной плавки / Н.А. Спирин, О.П. Онорин, В.Ю. Рыболовлев,

128. A.И. Перминов, К.А. Щипанов // Автоматизация технологических и производственных процессов. Магнитогорск: МГТУ, 2004.

129. Спирин Н.А. Моделирование шлакового режима доменной плавки / НАСпирин, О.П. Онорин, В.Ю. Рыболовлев, А.И. Перминов, К.А.Щипанов // Известия вузов. Черная металлургия, №8, 2005, С.51-55.

130. Швыдкий B.C. Механика жидкости и газа: Учебное пособие для вузов /

131. B.С Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон, B.C. Шаврин, А.С. Носков; под ред. В.С.Швыдкого. М.:ИКЦ «Академкнига», 2003. - 464 с.

132. Куликов И.С. Десульфурация чугуна. М.: Металлургия, 1962. - 306 с.

133. Рейклейтис Г. Оптимизация в технике / Г. Рейклейтис, А. Рейвиндран,

134. К. Рэгсдел. М.: Мир, 1986. - 350 с.

135. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами: Учебное пособие для вузов. М.: Энегоатомиздат, 1986. 400с.

136. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.-534 с.

137. Спирин Н.А. Оптимизация и идентификация технологических процессов в металлургии / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, С.И. Паршаков. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 310 с.

138. Щипанов К.А. Математическая модель расчета задувочной шихты доменной печи с регулируемым процессом шлакообразования и восстановления / К.А. Щипанов, Н.А. Спирин, О.П. Онорин // Известия вузов. Черная металлургия, №6, 2006, С. 66-67.

139. Спирин Н.А. Интегрированный пакет прикладных программ оптимального управления сырьевыми и топливно-энергетическими ресурсами в аглодоменном производстве / Н.А. Спирин, В.Ю.Рыболовлев, В.В. Лавров, О.П. Онорин, Л.Ю. Гилева,

140. A.И.Перминов, К.А. Щипанов // Труды Международной научно-технической конференции «Теория и практика производства чугуна». -Украина. Кривой Рог, 2004. С.487-490.

141. Спирин Н.А. Современные принципы проектирования и реализации пакетов прикладных программ для решения технологических задач в металлургии. / Н.А. Спирин, К.А. Щипанов, В.В. Лавров, Л.Ю. Гилева,

142. Основы инженерии программного обеспечения. 2-е изд. Пер. с англ. / Гецци К., Джазайери М., Мандриоли Д. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 832 с.

143. Разработка требований к программному обеспечению / Карл И. Вигерс -М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2004. 576 с.

144. Коберн А. Быстрая разработка программного обеспечения / Пер. с англ. -- М.: ЛОРИ, 2002.

145. Кармайкл Э. Быстрая и качественная разработка программного обеспечения / Э. Кармайкл, Д. Хейвуд / Пер. с англ. М.: Вильяме, 2003.

146. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992.

147. Боэм Б. Характеристики качества программного обеспечения / Б. Боэм, Дж. Браун, X. Каспар и др. М.: Мир, 1981. - 206 с.

148. Новоженов Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем. М., 1996.

149. Кантор М. Управление программными проектами. Практическое руководство по разработке успешного программного обеспечения.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. - 176 с.

150. Одинцов И.О. Профессиональное программирование. Системный подход. 2-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 624 с.

151. Федоров A. ADO в Delphi / А. Федоров, Н. Елманова / Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 816с.

152. Архангельский А.Я. Язык Pascal и основы программирования в Delphi. Учебное пособие. М.: «Бином-Пресс», 2004. - 496 с.

153. Раскин Д. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем / Пер. с англ. СПб: Символ-Плюс, 2003. - 272 с.

154. Майерс Г. Надежность программного обеспечения / Пер. с англ. Ю.Ю.Галимова / Под ред. В.Ш.Кауфмана. М.: Мир, 1980. - 360 с.

155. Бородулин А.В. Задувка доменной печи объемом 5000 м3 с применение нагретого дутья. / А.И.Васюченко, К.А.Дмитриенко, Г.П. Костенко, В.С.Листопад, Н.М.Можаренко, А.Л.Чайка // Сталь, № 9, 2006, С. 6-9.

156. Пареньков А.Е. Исследование доменного процесса в задувочный период при вдувании кислорода в центральную зону / Ю.П. Мишин, Е.Ф. Вегман и др. // Известия вузов. Черная металлургия, №5, 1983, С. 20-24.

157. Янковский А.С. Раздувка доменной печи с применением азота. / М.Ф. Марьясов, А.В. Бородулин и др. // Металлург, № 11, 1988, С. 29.