автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка математической модели доменного процесса для использования в обучающей системе "Тренажер мастера доменной печи"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописк

ЛАВАН И Сумайну

УДК 669.162.28.00!.57

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ «ТРЕНАЖЕР МАСТЕРА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ»

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре «Руднотермических процессов» Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор КУРУНОВ И. Ф.

Научный консультант: кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ЯЩЕНКО С. Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук ЯРОШЕНКО Ю. Г. кандидат технических наук ТУМАНОВ А. И.

Ведущее предприятие: Научно-производственное объединение «Черметавтоматика»

Защита состоится 15 октября 1992 г. в 15 час. на заседании специализированного совета К-053.08.01 по присуждению ученых степеней в области металлургии черных металлов при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, г. Москва, ГОП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан «<?/ » сентября 1992 г..

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

профессор И. Ф. КУРУНОВ

'ОСУДА^С; дпсй . -У!»|

БЙБЛИО '( & • - ~

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ

Актуальность работы: Увеличение единичной мощности доменных, печей , дефицит и удорожание энергоресурсов,используемых в до-мо!пюм производстве и возрастание требований к составу и темпе-| ратуре переделыюгр чугуна повышают роль оперативного персонала I доменных печей в процессе выплавки чугуна и его ответственность за результаты управления доменной плавкой . Все это требует повышения уровня подготовки инженеров-доменщиков не только в теоретической области , но и в плане приобретения практических навыков управления ходом и тепловым состоянием доменной печи. Наиболее эффективно приобретение таких навыков осуществляется с помощью автоматизированных обучающих систем, реализуемых на базе современных вычислительных средств , в частности на базе персональных компьютеров . В этой связи разработка ' математической модели доменного процесса , приспособленной для решения задач обучения приемам управления доменной плавкой является весьма актуальной задачей".

Цель работы заключалась в разработке математической модели доменного процесса, имитирующей ход доменной плавки и создании на ее основе обучающей программы' для персональной ЭВМ.

Научная новизна .На базе математической модели доменного процесса, созданной и используемой на кафэдре рудаотермических процессов для расчета техшжьэкогошических показателей плавки, разработана имитационная математическая модель процесса, выход-' ными параметрами которой является состав и количество осноевдх и побочных продуктов плавки , а входными- состав, количество и температура- загружаемых в печь материалов и вдуваемых дутья я добавок. Разработана методика расчета .потерь тепла в доменной печи , учитывающая характер газораспределения и состояние кладки печи. Определены коэффициенты передачи математической модели по основным каналам воздействия входных параметров доменной плавки на состав и температуру продуктов плавки , подтверждающие адеватность математической модели.

• Практическая значимость Разработанная математическая модель послужила основой для создания обучающей программа типа "Тренажер мастера доменной печи", реализуемой на 1вм-с0вмвсти-мых персональных компьютерах. Обучающая программа позволяет вести индивидуальное обучениэ студентов приемам практического управления ходом доменной печи и ее тепловым состоянием , а также приемам ликвидации аварийных ситуаций на доменной печи. Программа используется для обучения студентов на кафедре "Рудно-термических процессов*' в МИСиС и может быть использована для тренажа молодых специалистов в доменных цехах.

Апробаций работа Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на конференции студентов и молодых ученых МИСиС (Москва, 1990 г..) и опубликованы в 3-х статьях.

Объем работы Диссертационная работа состоит из введения , четырех'глав .списка литературы (66 наимениваниЯ),изложена на

страницах машинописного текста, включает.-рисунков 7 , таблиц 2-

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И' ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Существующая система подготовки инженеров чррной металлургии обеспечивает в основном приобретение теоретических знаний и не включает применение эффективных практических тренировок. Это , относится в первую очбредь к выработке навыков диагностики пре-1 дотвращения развития аварийных ситуаций и оперативного управления инерционными процессами с. наличием "транспортного" запаздывания между "входом"и "выходом" объекта управления. Обучение ётим навыкам путем медленного накопления опыта при работе на металлургических агрегатах связано с опасностью возникновения ава- ' рийных ситуаций по вине персонала.

Выработка у специалистов навыков быстрого и правильного решения задач управления.сложными металлургическими процессами , каким является доменный процесс , мокет и должно проводиться с - помощью автоматизированных обучающих систем -тренажеров в условиях максимально приближенных к реальным. '

В настоящее время получили широкое распространение различные тренажеры (универсальные, комплексные .специализированные, функциональные) , используемые для формирования навыкрв операторов различной профессиональной, направленности (води те ли, шло ты, штурманы,операторы энергосистем , операторы технологических комплексов в различных отраслях промышленности и т.п.) . Их применение в несколько раз сокращает затраты на подготовку операторов по сравнению с обучением традиционными методами..В-черной Ме- ■ таллургии применение обучающих систем тренажеров пока еще не получило широкое распространение .что связано со сложностью технологических процессов и отсутствием математических моделей , пригодных для использования в таких системах.

Накопленный опыт создания и использования тренажеров в различных областях человеческой деятельности выделяет следующие ' важнейшие свойства тренажеров:

-реальность имитируемых с помощью тренажера ситуаций, -моделирование трудовой деятельности

• -возможность отработки навыков , приобретение которых са-труднены в реальной деятельности,

/ -возможность перехода от решения простых к решению сложных задач,

-возможность воспринимать тренирующимися результаты своих действий,

-возможность повторения достаточного количества циклов ,

-возможность работы в режимах "обучения","тренировка","контроль". ' '

Изложенные характеристики тренажера позволяют сформулировать требования к математической модели доменного процесса', используемой в обучающей системе-тренажер мастера доменной печи . Математическая модель должна адектватно воспроизводить реакцию процесса (доменной печи) на изменение входных параметров и регулируете воздействий по основным каналам "вход-выход". Входными параметрами такой модели должны быть химический и гранулометрический состав и количество загружаемых в печь шихтовых материалов , режим их загрузки , состав , температура и расход вдуваемого дутья и топливных добавок,давление газа на колошнике. Выходные величины имитационной модели доменного процесса - состав температура и количество продуктов плавки , а также параметры состояния процесса в печи - состав и температура колошникового газа , перепад давления по высоте печи, давление горячего дутья.

Актуальная проблема создания обучающей системы типа тренажер мастера доменной печи требует решения следующих задач исследования :

-выбор базовой математической модели и исследование ее адекватности реальному доменному процессу;

-разработка имитационной модели процесса для оручаицей модели;

-создание программы , реализующей обучающую систему на пе-сональных ЭВМ .

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БАЗОВОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ АДЕКВАТНОСТИ

На основе анализа опубликованных и используемых в основном

для расчета" технико-экономических показателей доменной плавки в 'различных'ее условиях в качестве базовой модели для разработки .имитационной модели процесса'была выбрана математическая модель,, созданная в МНСиС на кафедре руднотермических процессов. Ее 'выбор обусловлен наибольшим совпадением ее характеристик с' сформулированными выше, требованиями н имитационной модели . В чао-■тности , в отличие от других входными параметрами модели МИСиО 'являются такие важные 'характеристики шихтовых материалов как средняя крупность кусков материалов и содержание мелких 'фракций в них , а также выход мелочи из них при низкотемпературном восстановлении , т.е. горячая прочность железорудных ма-*ериалов . Кроме того , в модели МИСиО не нужно задаваться отепеныо прямого или косвенного восстановления железа или степенью использования газа . Расход кокса в этой модели рассчитывается исходя из степени приближения к равновесию реакции восстановления келеза из вюстита , что дает возможность избегать погрешностей расчета .связанных о неадекватным заданием условий плавки .

В процессе изучения возможностей и особенностей выбранной в качестве базовой математической модели процесса намечены и реализованы следующие задачи совершенствования этой моде.та : -разработка методики расчета потерь тепла в доменной печи -разработка вмпирической зависимости степени приближения к равновесию реакции восстановления келеза из вюстита от распределения рудной нагрузки по радиусу печи;

-разработка алгоритма автоматической настройки модели условиям работы конкретной печи; ч

Задачу расчета потерь тепла в доменной печи о учетом ее размеров , степени износа футеровки и характера газораспределения в печи •решали о учетом имеющихся'экспериментальных данных А,В.Бородулина о сотрудниками о плотности тепловых потоков через холодильники в различных по высоте зонах . Для расчета потерь тепла при математическом моделировании доменного процесса и расчете показателей плавки з печах различного объема предложено использовать следующую зависимость: '

0П=А*{(1+О.,2»К)»(дл»8_л+чг*Зг) + (1+К)»[д3»33+(с1ш*8ш+др*8р)*В]) (1 )

где чл, ч3, ча, -;р. пяе по данным измерений плотно-

сти теплового потока через холодильники лещади ,горла, заплечиков, шахты и распара соответственно, мдж/м2*ч; Бл - площадь лещади (горизонтального сечения горна) м2 ; Эг, э3 , Бр, Бщ-плоиада стен горна , заплечиков , распара, шахты (по внутреннему профилю печи ) соответственно ,м2 ;

А- коэффициент, учитывающий отношение суммарных потерь тепла к потерям с охлаждающей водой холодильников ' (задается при настройке математической модели );

■ В -коэффициент, учитывающий степень износа кладки шахты или время от начала кампании печи после замени кладки вахты (задается при настройке математической модели ); К -коэффициент .учитывающий .'положение "корня" зоны когезии относительно верхней границы заплечиков.

Для вычисления коэффициента К используется выражение

К- / (Нр + О.ЗЗЗ'Нщ ) , (2)

полученное из допущения , что.предельное нижнее положение корня зоны когезии (при центральном ходе печи ) находится на уровне заплечиков , а его максимально высокое положение (при периферийном ходе печи ) находится на уровне 1/3 высоты шахта. В приведенном выражении величина ^ • -высота корня зоны когезии (изотермы вязкопласточного состояния железорудных материалов) относительно верхней границы заплечиков. Величина рассчитывается с помощью модели газораспределения на основе заданной кривой распределения рудной нагрузки по радиусу печи и данных о гранулометрическом составе железорудных материалов и кокса.

Адекватность разработанной методики расчета потерь тепла оценивали путем расчета по модели технико-экономических показателей работы доменной печи и удельных потерь тепла для условий работы доменной печи м°4 ЧерМК (шихтовые и дутьевые условия) по показателям которой произвели настройку модели. Технико-экономические показатели работы' и потери тепла рассчитали для печей различного объема (от 350 м3 до 5580 мЭ) и для двух кривых распределения рудной нагрузки по радиусу печи , отвечающих центральному и периферийному ходу печи и характеризующихся следующими относительными значениями рудной нагрузки в

дэсяти равнЬвеликих кольцах колошника (от периферии к центру ) соответственно:

1 1.1 1.3 1.3 1.2- 1.1 1.05 0.95 0.8 0.8 0.5 0.9 1.2 1.3 1.2 1.1 1 1.0 0.95" 0.8

Основные показатели плавки и удельные потери тепла для этих ; печей и видов газораспределения приведены в таблице -1. | Изменения удельных потерь тепла (кривая 1 на Рис.1) и 'удельного расхода кокса (кривая 2) для случая центрального хода печи наиболее близко аппроксимируются зависимостями:

аП=8225.4«У"^д9 , й=0.993 (Э)

К=554.9*У"^ , - 11=0.973 (4)

I

где и -коэффициент тесноты связи .

Характер изменения удельных потерь тепла.рассчитанных по предложенной методике , в зависимости от полезного объема доменных печей совпадает с аналогичной зависимостью, полученной А.В.Бородулиным с сотрудниками при измерении потерь тепла о охлаждающей водой на доменных печах объемом от 1759 до 5000 м3.

Рассчитанные по зависимости (1) потери тепла для всех печей при периферийном ходе на 31-32« выше ,чем при центральном ходе . Такое различие также удовлетворительна согласуется с результатами замеров потерь тепла на доменных печах объемом ■ 3200 у? НЛМК и 5000 м3 комбината "Криворожсталь" при центральном в периферийном газораспределении , Измеренные значения потерь тепла при периферийном ходе в различных по высоте зонах печи на 14-18£ (в горне и на фурменных приборах) ,23-505< (в заплечиках) и 41-46* ( в шахте ) выше ,чем при центральном ходе . Приведенные данные позволяют сделать вывод о достаточной адекватности • предложенной методики расчета потерь тепла и о ее целесообразности использования в балансовых математических моделях и в имитационной модели доменного процесса.

Вторую задачу решвли на основе допущения о том , что в любых условиях доменной плавки максимальная степень приближения к равновесию реакции восстпноши?.« железа из вюстита в доменной

Н9

Таблица 1.

TexmtKO-вкономические показатели работы и потери тепла доменных печей различного объема

Показатели ОБЪЕМ' ПЕЧИ .м3 350 ЮО7 1300 1715 2000 2700 3£00 5500

К ,кг/т Рг,т/сутки Ор,мда/т ■ Qp, % Центральный ход 444.5 429.5 425.5 422 421 4)7 414.S 405.5 1199 ' £690 3363 4089 4717 5965 7073 11620 1407 1114 1042 975 ■ 952 873 024 650 Зб.в 31.0 30.1 гв.в гв.г 26. & гЪ.4 21.2

К ,кг/т Рг.т/сутки 0Р,МДЖУ7 Qp, % Периферийный ход 467 446,5 440 435.5 433 427 423.5 410 1092 2476 3113 3792 4390 5583 6630 11012 2073 tees 1534 1450 1402 >278 1207 943 46.5 41 39. 1 37.в 37 ■ 34.в 33.б 23.Э

РисЛ. Изменения удельных потерь тепла -0,(1 ), удельного расхода кокса - К (Д ),производительности - Рг \Щ ) в зависимости от полезного объема печи I \/п0 иг).

печи, достигается при равномерном распределения железорудных материалов и кокса по горизонтальному сечению печи . Для учета . в математической модели влияния степени неравномерности распределения материалов по радиусу на степень приближения указанной реакции к равновесию предложена эмпирическая зависимость:

Ю

б= (5)

(Р.Н.)', И(р.н.)4]а при (Р.н.){ > 1 (6)

ЧР.Н.)♦ =1(Р.Н.){](1,5-а) при (Р.Н.){<1" (7)

где (Р.н.-относительная рудная нагрузка (по отношению к средней по' сечению колошника ) в ю-и равновеликих сечениях колошника;

а=0-0.5 - коэффициент настройки модели

' Для автоматической настройки модели к условиям работы доменной печи, для которой необходимо рассчитывать прогнозные , . значения показателей плавки в заданных условиях .разработан алгоритм „ включающий автоматический выбор кривой распределения рудной нагрузки по радиусу печи, настройку коэффициентов газодинамической устойчивости, формы кусков .коэффициентов А и В в формуле для расчета потерь тепла и коэффициента а . Критериями ' для настройки служат минимум среднеквадратичного значения относительных отклонений фактических и расчетных значений производительности, расхода кокса, давления дутья на фурмах . содержания С02 в колошниковом газе , а также обсолютные значения этих отклонений (при последовательной настройке).

Адекватность усовершенствованной математической модели МИСиС реальному процессу исследовали путем сравнения рассчитанных с помощью модели относительных приращений расхода кокса ДК и производительности доменной печи АРг, вызванных изменением различных технологических факторов с аналогичными приращениями, полученными обобщением в статистической обработкой практических результатов работы доменных печей.

Для большинства технологических факторов , учитываемых при оперативном анализе работы доменных печей , приращения производительности и расхода кокса, рассчитанные с помощью модели

(ЛКМ и АРг^), близко совпадают с соответствующими практическими даншми (ЛКП и АРг11). Получены статистические линейные зависимости между этими величинами с высокими коэффициентами корреляции:

АКМ=О.ОЭ24 +0.846»ЛКП , 11*0.949 (8)

ЛРг^О.Оба 40.77'ЛРг11 , 11=0.877 (9)

Одновременно с помощью модели анализировали влияние на теоретическую температуру горения Тт .степень прямого восстановления железа и температуру колошникового газа Тк технологических факторов .определяющих расход кокса и производительность печи (содержание железа в шихте -Рэ , температура дутья -Тд, содержание кислорода в дутье-02 .расход вдуваемого природного газа-ПГ), Как видно из Рис.2.а,Рис.2.ь,Рис.з.а,РйС.Э.Ъ,модель адекватно отражает влияние важнейших условий плавки на ее технико-экономические показатели и расчетные критерии состояния процесса.

РАЗРА60ТКА ИМИТАЦИОННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДОМЕННОГО • ПРОЦЕССА

В отличие от балансовой модели доменного процесса , поз-' ' водящей определять технико-экономические показатели плавки в вависимости от ее условий в статике , т.е. усредненные показатели для достаточно длительных интервалов времени (сутки и более), имитационная модель долкна воспроизводить реакцию доменной печи во времени на изменения управляющих воздействий и основных входных параметров плавки. Балансовые модели не дают такой возможности. Использование кинетической модели на основе дифференциальных уравнений в составе обучающей системы. либо невозможно из-за слишком большого времени ее реализации , либо удорорвжает такую систему из -за применения высокопроизводительной техники .

Рис.2. Расчетные зависимости производительности (-4? ), расхода кокса (К), температуры колошникового rasa {%), теоретической температуры (Тг ) и степени прямого восстановления № ) от содержания железа (Fe,%)-a) и температуры ^тья (Tv, "С) - в).

?Гоо

Рг.Щт-

К^/г Ъ.у

55» /(50

ЗУОО

•1000

■>1 и зо 5л ТГчО

N а)

га ¿б зол з^ зз «о

°г < % ,

¡¿г, ^/г

556 <00

{10 !)6

Ф Ж

(/10 гВ|

Я» вд

35"0 УЗ

25Л ■

в)

Щ (0Ь

Рис.3. Расчетные зависимости'Производительности (Рг ), расхода кокса (К), температуры колошникового газа (Тк), теоретической теа-пературы (Тг) и степени прямого восстано----- '"'],

вления (И от содержания кислорода в

;утье (0, - -а) - '------------

го газа ( К>г ,м7т)

/утье (0>, -,;а< и о^'расхода лриродао-

В разработанной модели динамика процесса учитывается с помощью уравнений , описывающих передаточную функцию основных каналов воздействия на состав чугуна с использованием усредненных динамических характеристик этих каналов.

' В общем виде структура разработанной модели представлена на блок-схеме Рис.4.

Для внесения возмущающих воздействий по' составу шихтовых материалов в модели использованы периодические функции типа

Х{(х)=А*в1п(ип-фо) (Ю)

с различной амплитудой и периодом колебаний, позволяющие изменять состав одного или нескольких компонентов шихты (основность агломерата .влажность кокса .содержание железа в окатышах , содержание мелочи в агломерате).

Для учета динамики процесса скачкообразные изменения регулирующих воздействий (масса кокса в подаче , масса рудных компонентов в подаче , влажность дутья .температура дутья и т.п.) преобразуются в экспоненциальные функции типа

АУ<(г)=А7?»(1.-е~'с/т) -'"(11)

где АУ( (т) -изменение регулирующей величины в момент времини .. Т -постоянная времени канала воздействия данного . параметра на содержание кремния в чугуне .час ЛУ? - величина скачкообразного изменения рагулирупцей величины .произведенное с пульта ЭВМ.

Одновременно учитывается транспортное запаздывание по каналам воздействия шихтовыми материалами (масса кокса или железорудных ■ материалов в подаче )

Теоретический расход кокса .обеспечивающий затраты тепла на процесс в заданных условиях плавки •, а также балансовая производительность печи (Ргв) рассчитываются по.усовершенствованной базовой модели процесса .

■ Производительность пета рассчитывается по задаваемому с пульта расходу дутья : '

Рг=1.44 «V* «Рг„ т/сутки ' (12)

6 в

■ Рис .'4.

Структура имитационной модели доменного процесса

Рг=0.001*уг *Ргс Т/МИН . (13)

£ в

По минутной производительности определяется текущий уровень продуктов плавки в горне (Ь^) .скорость схода шихты (бц) , текущий уровень засыпи (1^). число загруженных в печь подач

^=[4 *Ргт1п(1/7 +0.001*ь/2.2)*(х{-а18)]/б0*тс*(^ (14)

где ь-выход шлака ,кг/т; ^-реальное время окончания последнего выпуска ,с; т{-реальное текущее время ,с; Лр- диамогр горна,м.

' . 81П=4*Ргт1п*уи1/тс^ ■ м/мин <15>

где Тш -объем шихтовых материалов на 1т чугуна ,мэ/т.

где ь33 - заданный уровень засыпи ,м; Ьд -высота слоя шихты одной подачи на колошнике ,м ¡ь^-реальное время заг-. . рузки предыдущей ,с, •

• Т П гг

г(1) где 1(1 )=1 при ^ <=ь33 (17)

О

Блок газодинамики в имитационной модели воспроизводит реакцию доменной печи на изменение режима загрузки .гранулометрического состава,холодной и горячей прочности жолезоруных материалов. •

Газодинамические характеристики материалов (насыпная масса ^ средний диаметр кусков а, порозность е, а также перепад давления ) рассчитываются для 2-х зон по высоте печи.

Насыпная масса материалов на колошнике Р1 =(к+Р)/(к/0.5 +2*0 -0.556 *Ы ] )/ро) . ()£,}

Насыпная масса материалов посла чесчичного разрушения коле зору стих материалов при низкотемпературном восстановлении:

рг«( К + Р -Ои )/((К -0.556 «0.5)/ 0.5 +Р (1-0.556 *(Нр]

4 ^г»>)/р0 * (19)

НасцпН'вя масса материалов б верхней зоне:

РВ-(Р,+ р2)/г (го>

"Насыпная масса " (удельный пес) кокса и продуктов плати в тетей-части доканной печи :

рн»(Кф + ь +юоо)/(Кф *(1-о.55б *ои)/о.5 +и-2.г +

+ 1000/7.) -(21)

Порозность слоя материалов на колошнике :

е1=1 -(р1 *(к/о.9 +Р/Э.Э)/(К +Р)) ; (гг)

Порочность слоя материалов в гостей часта "сухой зоны" пахты:

е2=1-(р2 «(К/0.9 +Р/Э.3)/(К Р'-О0 ))' ■ (23)

Средняя порозность слоя материалов в верхней зоне печи:

ев= 0.5 «(е1+е2) *0 + '(1-0.5/0.9')* (1-6) ' (24)

Порозность слоя, материалов в пккней зона печи : Ед^ИМрд *(Кф /0.9 + иг.2 + 1000/7) / (Кф +1 +1000))]»С +

+ (1 -0.5/0.9 )*(1 -О) (25)

Средний диам- тр кусков шихтовых материалов в верхней зоне печи с учетом неравномерности распределения материалов по радиусу :

dg. = 0.056 »(1-0 ) + О,« [Vk «0.056 + (1-Vk ) «0.018 »(1-M^ -- Kp| ) 0.0025 *(M1p1 > Mp| (26)

Средний диаметр кусков в нижней зоне печи :

• djj=0.056 * (1-Ö) + в*(-К -(С^+10»{0]) / 0.01 * (C)k)/ К) (27)

Критерий Рейнолдьса и коэффициент сопротивления слоя в верхней зоне печи :

фв»(150/ Reß) +1.75 (SB)

Лев-<ф*у£*Мв »¿з* Ю7)/[22.4 * (1-£g ) *«в] (29)

Критерий Рейнолдьса и коэффициент сопротивления в никней зоне ' . печи:-

^=((150/ ReH) +1.75)/ (1 +0.2 »(L/1000 -0.5)]*«,, (30) • Нвн»(ф*У* »dg* 107 )/[22.4 » Sjj (1 ~EJJ ) *UH) (31 >

Потеря напора в верхней ионе домэнной печи:

«в '

(32)

^В "РС -рк °0.03205*«|)в*(1-£в)» Цв * (ф2 / <уф

, Потери капора в нижней зоне доменной печи :

Чгрф -Р0»о.03205*^*(1-ен)* щ, ■« <v£)2 »v^ / в^еЦ. ^«Ф . . ' (33)

■Давление дутья на фурмах:

рФ=рк+Лрв +л?н ■ ' (34)

Коэффициенты газодинамической устойчивости столба шихты:

Тв-<ро"р1с)/10*нв*Рв <3>5)"

Тн'(рф ~ ро)10,нн*Рн (36)

Блок формирования предупредительных и аварийных Сообщений здает эти сообщения на основе анализа текущих значений пара-этров состояния процесса и заданных условий возникновения ава-. лйных ситуаций . Например ,на основе расчета газодинамических □рактеристик стольба шихтовых материалов в печи по зонам проявляются условия возникновения нижнего или верхнего подвиса- ' яй шихты:

-верхнее подвисание -нижнее подвисание

К итоговым показателям доменной плевки относятся количество ■ ¿пущенного из печи чугуна и шлака , рассчитываемые для каждого туска , а также количество проплавленных келезорудных материа-эв и сожженного топлива . '

Количество выплавленных продуктов плавки вычисляется через эеднюю интенсивность выпусков:'

Средняя интенсивность выпусков продуктов плавки:

1ь=Ргт1п«(1/7 +0.001«Ь/2.2)/40«п'ь , (39)

Длительность выпуска: т. = (у1тт)НВ/(1.-Рг» (1/7 +0.001^2.2)) ,мин (40)

■ -Масса чугуна и масса шлака .выходящие из. печи за выпуск: 4-1 «1./(1/7 +0.001 *Ь/2.2), Т/ВЫН. (41)

со

(Тв-Тв)<=0

(37) '(38)

Ш=о.оо1*ь*Ч, т/вып.

, Текущая информация .используемая обучающимся в процессе роботы на тренажере мастера доменной печи с разработанной имитационной моделью процесса , а также итоговая информация представлены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2.

Текущая информация на экране компьютера (основной экран)

1.Текущая время .час. ■ 2.Уровень засипи,м-1.5

г.Распродоление рудной нагрузки по радиусу:

кольца " 1 2 3 4 5 6 7 8 ' 9 ' ю

Р.П.,Т/Т 3.4 3.9 4.5 4.5 4.5 4.3 4 3.8 3.5 0.9

Ч.Сосатв подачи г: А1 А2 ' 01 02 Р $ К

_ 20 10 б 2-10

Дутьевой регам: Влажность,г/м3

Расход ,м3/мин 02 • Тешература, °С

3600' 27.5 . 1150 юг

Вдуваемое топливо :

Вид Расход, м3/ час Гбмпэратура,°С ■

Природный газ 18000 15

Давление в печи ,кПа

На фурмах На колояшпга Общий перепад Нижний' перепад

400 250 150 . 90

Колошниковый газ:

Выход, М-1/мин Температура Состав, Ж:.оо, сог.нг

5200 170 27 23 9.5

Параметры состояния

процесса: Продукты плавки-№ вып.': 1' Вес. 380

8,58:96,5 Т),Я:45 Вес шлака: 150 Осн.Шлака 1.17

га(по М.А.Павлову 24 0.5 Кп 0.2 Р 0.05' Б 0.02 С 4.7

ттеор'°С: 2050 Температура' чугуна :' 1450

Таблица 3.

Итоговые показатели работы пвчи

Общее время работы ,час - 48

Выплавлено чугуна ,т - 8950 Выплавлено шлака ,т 3380 Израсходовано шихтовых материалов . т (тыс.м3): Агломерата, Окатышей,-Руда, Флюса , Кокса , Природного газа

7767 6217 783 10 3940 866

Удельный расход : кокса - 440 , природного газа 96 м3/т Удельная производительность: 2.23В т/м3, 59.97 т/ м2сутк ■ Качество чугуна : Si 0.72 S 0.018 т 0.19 Р 0.007 Т 1470 Число подвиоаний -1 Осадок шихты -1

Масса чугуна по отклонением от ТУ-790 т.

Общие выводы

1. В качестве базовой модели обучающей в системе типа ренажер мастера'доменной печи выбрана, математическая модель оменного процесса,разработанная на кафедре РГП в МЙСиС. и озволяющая оценивать технико -экономические показатели доменной лавки в различных условиях с учетом характера газораспределения

доменной печи.

2. Разрабо'тана методика расчета потерь тепла в доменной ечи , позволяющая при математическом моделировании процесса не адаваться потерями тепла , а вычислять их в зависимости от ра-меров профиля доменной печи- и характера газораспределения в

ей .

Рассчитанные по разработанной методике потери тепла в домен-ых печах изменяются с объемом печей аналогично зависимостям отерь тепла от объема печей .полученным экспериментально на ействугацих печах.

Э-Исследована адекватность математической модели реальному роцессу.Для абсолютного большинства технологических факторов одель адекватно отражает их воздействие на производительность расход кокса , а также на параметры состояния процесса. , 4 На основе усовершенствованной модели разработана имита— ионная математическая модель доменного процессас..адекватно тражающая в динамике влияние на сход шихтовых материалов? остав чугуна и производительность печи основных управляющих оздействий и важнейших свойств шихтовых материалов .

5 На основе разработанной модели создана программа для IBM овместимых компьютеров, реализующая ' обучающую систему . тренажер мастера .доменной печи". •

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работал! :

1. И.Ф.Курунов, С.Лавани .Л.А.Фурсова.Расчет потерь тепла в доменных почах при математическом моделировании процесса .'/Изв. вузов.Черная металлургия.-1991 .-№7.-С.107.

2. И.Ф.Курунов .С.Лавани,Л.А.Фурсова,А.К.Истеев и др., Расчет потерь тепла в доменных печах при математическом моделировании процесса. Сб .производство чугуна.Магнитогорск: МГМИ,1992.-0.35-41.

3. И.Ф.Курунов .С.Лавани,Л.А.Фурсова.Исследование адекватности' математической модели доменного процесса //Изв.вузов, Черная металлургия .-1992.-м°1.-0.112.

юййсвскйЯ ■що'Шут стали и сплавов

Заказ Объем . Тираж /Р&

йшогра( № МШиС, ■ уд; Ьщтютдз е, 8/9