автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка методологии анализа и оптимизации процессов производства чугуна и стали на основе моделирования свойств и взаимодействия металлургических расплавов

Л V"1

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

УДК 669.162.2: 669.18:681.3.0 ¡6 на правах рукописи

ТОГОБИЦКАЯ Дарья Николаевна

Разработка методологии анализа и оптимизации процессов производства чугуна и стали на основе моделирования свойств и взаимодействия металлургических расплавов

05.16.02- металлургия черных металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск-1999

Работа выполнена в Институте черной металлургии Национальной академии наук Украины им.З.И.Некрасова

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники Украины,

доктор технических наук, профессор Приходько Эдуард Васильевич, Институт черной металлургии HAH Украины, заместитель директора по научной работе

Официальные оппоненты: Член-корреспондент Национальной академии наук

Украины, доктор технических наук, профессор, Ефименко Георгий Григорьевич, Национальный технический университет Украины "КПИ", научный руководитель научно-исследовательской лаборатории новых процессов и технологий в металлургии;

Доктор технических наук, профессор, Чернятевич Анатолий Григорьевич,

Днепродзержинск государственный технический университет, заведующий кафедрой руднотерми-ческих процессов;

Доктор технических наук, Тарасевич Николай Иванович, Физико-технологический институт металлов и сплавов, заведующий отделом математических методов исследований и компьютерных . технологий ;

Ведущее предприятие: Приазовский Государственный технический

университет, г.Мариуполь, кафедра теории металлургических процессов

Защита состоится * /* UtäjFü №№ г. в на заседании

специализированного ученого совета Д 08.084.03. при Национальной металлургической академии Украины.(49005, г.Днепропетровск, пр. Гагарина, 4)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национальной металлургической академии Украины (49005, г.Днепропетровск, пр. Гагарина, 4)

Автореферат разослан "М " Ученый секретарь специализированного

ученого совета, докт.техн.наук, профессор / В.К.Цапко

KbZfi

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Разработка путей совершенствования существующих и принципиально новых технологий получения металлопродукции заданного качества при снижении экономических затрат и улучшения экологических показателей является важнейшей задачей, поставленной перед учеными - металлургами.

В современных условиях развития металлургического производства наиболее эффективными являются такие научные разработки, которые объединяют высокую экономическую эффективность с современным уровнем компьютеризации .управления технологическими процессами на принципах все более глубокого понимания их физико-химической сути.

В существующих и развивающихся процессах производства металла особо важная роль традиционно отводится формирование оптимального состава и физико-химических свойств шлаковых и металлических расплавов, образующихся . в металлургических агрегатах из соответствующих шихтовых материалов в восстановительных и окислительных условиях.

В ликвидации сложившегося определенного разрыва между фундаментальными и прикладными исследованиями в этой области основную роль призваны сыграть современные информационные компьютерные технологии, которые применительно к металлургии, к сожалению, еще не получили соответствующей теоретической проработки.

Необходимость комплексного сочетания теоретических и прикладных . разработок, систематизации фонда результатов экспериментальных исследований для создания таких технологий была обоснована в кандидатской диссертации автора, посвященной вопросу выбора базового режима доменной плавки на основе комплексного использования методов математического и физико-химического моделирования. Широкое обсуждение методологии и результатов работы инициировало постановку пробпемы информационного обеспечения металлургии на отраслевом уровне с акцентом на использование достижений фундаментальных наук.

Работа выполнена в соответствии с координационными планами отраслевого заказа Министерства промышленной политики по научно-техническим направлениям "Доменное и сталеплавильное производство". Государственной научно-технической программы 7.6 ГКНТ "Компьютерное материаловедение и информатизация создания новых соединений и материалов", а также по ряду тем ведомственного заказа НАН Украины, что дополнительно подтверждает ее актуальность.

Цель работы: Разработка научных и методологических основ, прикладных инструментальных средств для анализа и оптимизации технологий получения металла и обеспечения качества металлопродукции, включающих:

• дальнейшее развитие теории металлургических процессов путем конкретизации современных представлений о роли межатомного взаимодействия в формировании структуры и свойств расплавов;

• автоматизированные базы данных (БД) по физико-химическим и технологическим свойствам металлических и шлаковых расплавов, железорудных материалов;

• базы моделей (БМ) физико-химических систем и технологических процессов;

проблемно-ориентированные прикладные программы (ПОП) для прогнози

рования на ЭВМ поведения физико-химических систем в технологических агрегатах и оптимизации технологий производства черных металлов. Задачи исследований: « выполнить анализ информационной ситуации в отрасли и разработать методологию создания информационно-аналитических систем для обеспечения исследователей-металлургов экспериментальными данными о свойствах железорудных материалов и металлургических расплавов;

• обосновать и выбрать физико-химические критерии "свертки" информации с химическом составе многокомпонентных железорудных материалов, шлаковых * металлических расплавов с целью повышения точности описания их свойств I результатов взаимодействия;

• разработать физико-химические модели для прогнозирования по составу свсйст железорудных материалов, шлаковых расплавов и шлакообразугащих смесей;

• обосновать критерии и разработать методику физико-химического моделиро вания взаимодействий в системе "металл-шлак" как кооперативного ионе обменного процесса и определения степени ее приближения х равновесию;

• разработать базовое прикладное и системное программное обеспечения тес ретических исследований, оперативного анализа и оптимизации производств металлопродукции в конкретных сырьевых и технологических условиях использованием разработанных физико-химических моделей и критериев;

• на основе полученных результатов разработать и внедрить технологию компьк теризации научно-технических служб металлургического предприятия , обесп' чивающую "сквозной" анализ производства и качества металлопродукции.

Научная новизна полученных результатов. • Обоснован выбор крит риев и разработаны модели для прогнозирования физико-химических и те нологических свойств металлургических шлаков на основе анализа параметр! межатомного взаимодействия в расплавах.

• Разработана методика определения количественных физико-химическ критериев для оценки влияния свойств среды и локального окружен диффундирующего элемента на его распределение в системе "металл-шлак".

• Разработана физико-химическая модель доменной шихты, позволиеш с единых теоретических позиций обобщить информацию о влиянии химичеш состава железорудных материалов на их физико-химические и металлургимесь свойства.

• Разработаны принципы систематизации и паспортизации физико-хими' ских и технологических данных. Создана система информационного обеслече! исследователей-металлургов фундаментальными физико-химическими дани о свойствах металлургических расплавов и результатах их взаимодействи) виде баз данных "Шлак", "Шлакообразующие смеси", "Ших" "Шлак-Металл-Газ".

• Создана база ретроспективных данных о равновесном распределении ры и фосфора между металлом и шлаком и получены модели для про( зирования их равновесных коэффициентов распределения в условиях вос( новительной и окислительной плавок.

• Впервые на системном уровне проработан вопрос и разработаны осн для комплексной компьютеризации научно-технических служб металлургичеа комбината, создания АРМов-технологов для "сквозного" анализа производсп качества металла. Осуществлено их промышленное внедрение.

Достоверность основных результатов обеспечена использован фундаментальных положений системного анализа, фонда документально-!

тографических экспериментальных данных о свойствах металлургических расплавов и шихтовых материалов, согласованием результатов, полученных различными методами исследований, проверкой их в производственных условиях. Практическую ценность работы составляют:

• модели для прогнозирования физико-химических и технологических свойств шлаковых расплавов вязкости, плавкости, плотности, электропроводности, поверхностного натяжения, серопоглотительной способности;

• модели для прогнозирования свойств железорудных материалов плавкости, прочности, восстановимости, степени металлизации, газопроницаемости;

• модели для прогнозирования коэффициентов распределения серы, марганца, кремния, фосфора в системе "металл-шлак" в условиях восстановительной и окислительной плавок; ч

• базы документально-фактографических данных об основных свойствах шлаковых расплавов доменного и сталеплавильного переделов, внепечной обработки чугуна и стали (ШЛАК, ШОС);

• база данных о физико-химических и металлургических свойствах железорудных материалов (Шихта);

• базовое прикладное программное обеспечение для анализа физико-химической и технологической информации, включающее средства

• работы с базами, сервис работы с многомерными данными и инструментальные средства "свертки" физико-химической и технологической информации, оригинальные средства многокритериальной оптимизации технологических процессов; информационно-математическое обеспечение АРМов-технологов и опыт "сквозной" компьютеризации на их основе научно-технических служб комбината им.Дзержинского.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на 29 Международных, Всесоюзных и республиканских семинарах, совещаниях и конференциях, в том числе: Всесоюзных конференциях по теории и практике производства чугуна и стали и их внепечной обработки (г.Москва 1985; Днепропетровск 1990); VI и VII Всесоюзных конференциях по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (г.Свердловск 1986 г.; г.Челябинск 1990 г.), Всесоюзных научно-технических совещаниях по применению ЭВМ в научных исследованиях и разработках (г.Москва 1988 г.; г.Днепропетровск 1989 г.), Всесоюзных межотраслевых совещаниях по базам физико-химических и технологических данных для оптимизации металлургических технологий (г.Днепропетровск 1988 г.; г.Курган 1990 г.; г.Новокузнецк 1991 г.), Ме>Кдународной конференции по усовершенствованию технологии окускования сырья и производства чугуна и ферросплавов (Болгария 1990 г.), Международных конференциях п? производству стали (г.Москва 1994 г.; г.Днепропетровск 1998 г.), Международных конференциях по аглодоменному производству (г.Днепропетровск 1995 г.; г.Мариуполь 1997 г.), Ill и IV Российском семинарах по компьютерному моделированию физикохимических свойств стекол и расплавов (г.Курган 1996 и 1998 г.г.), IV Международном конгрессе сталеплавильщиков (г.Москва 1996 г.), V Международном конгрессе доменщиков (г. Днепропетровск, Кривой Рог 1999). Предмет зашиты. На защиту выносятся:

• Системное представление проблемы информационного обеспечения металлургии, методология создания баз данных и моделей металлургических систем, организованных по принципу взаимной дополнительности, средства многокритериальной оптимизации технологических процессов.

• Система информационного обеспечения исследователей-металлургов данными о физико-химических и технологических свойствах металлургических шлаков и железорудных материалов.

• Выбор физико-химических критериев для "свертки" информации о химическом составе многокомпонентных железорудных материалов, шлаковых и металлических расплавов для описания их свойств и результатов взаимодействия.

• Физико-химические модели для прогнозирования свойств железорудных материалов, ишаков и шлакообразующих смесей.

• Критерии и методика моделирования взаимодействий в системе "металл-шлак" как кооперативного ионообменного процесса и определения степени ее приближения к равновесию.

• Базовое прикладное и системное программное обеспечение для анализа на этой основе физико-химической и технологической информации.

• Результаты внедрения методологических и технологических разработок при сквозном анализе производства и качества продукции металлургического комбината.

Публикации. Результаты работы изложены в брошюре, 35 основных статьях в научных журналах и сборниках, а также имеется 50 статей и тезисов докладов по теме диссертации, не вошедших в прилагаемый список трудов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти разделов и выводов, изложена на 410 страницах, включая 49 таблиц, 77 рисунков, 6 приложений и список использованных литературных источников из 242 наименований.

Личный вклад автора в выполняемую работу. Автор, являясь с 1974 г руководителем тем и НИР, а также ответственным исполнителем работ по совершенствованию и оптимизации производства металлопродукции, принималг непосредственное участие в постановке задач, разработке методи! исследований и физико-химических' моделей, создании баз данных, их алгорит мического и программного обеспечения, теоретическом обосновании полученны; результатов. Обобщение результатов, написание статей в соавторстве происходило при непосредственном участии автора. Основные идеи, научные i теоретические положения, представленные в работе, разработаны авторои лично.

Автор выражает искреннюю благодарность докт.техн.наук, проф. Приходь ко Э.В., ст.науч.сотр., канд.тех.наук Жмойдину Г.И., докт.техн.наук, прос£ Яковлеву Ю.Н., сотрудникам технологических отделов ИЧМ HAH Украины з; плодотворное сотрудничество при выполнении исследований, а также генераль ному директору металлургического комбината им.Дзержинского к.т.н. Бродском С.С., ведущим специалистам научно-технических служб металлургически комбинатов им.Дзержинского, Ильича, ЗСМК, благодаря содействию которы полученные результаты доведены до практического использования.

Считаю своим долгом выразить особую благодарность группе програм мистов, которые в течении многих лет работали под моим руководствог» сотрудникам отдела физико-химических проблем ИЧМ за их профессиональну! поддержку и понимание.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа представляет собой результат теоретических и прикладнь исследований, выполненных автором с 1974 по 1999гг. в Институте черно

металлургии им.З.И.Некрасова HAH Украины, а также на предприятиях Украины и России.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и достоверность выполненных в работе исследований, сформулированы цели и задачи работы.

Глава 1. РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ИНФОР МАТИЗАЦИИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

В главе выполнен анализ современных отечественных и зарубежных информационных систем, ориентированных на металлургию, и изложено состояние вопроса в отрасли.

Обсуждена системная стратегия ликвидации отставания информатизации отечественной металлургии как условия обеспечения ее современного научно-технического уровня, выработанная на всесоюзных совещаниях по созданию межотраслевого банка данных "Металлургия", и предложены направления, которые могут развиваться в нашей отрасли, обеспечивая ей паритетное партнерство с зарубежными информационными службами.

В компьютеризации научных исследований в настоящее время доминируют два основных направления. Первое связано с производством продуктов инфор-мацинного профиля в виде банков и баз данных разнотипной предметной ориентации. Более актуальным, на наш взгляд, является второе направление, связанное с созданием фонда моделей, предназначенных для описания и прогнозирования поведения физико-химических систем, металлургических агрегатов и технологических процессов с авторизованным программным обеспечением [9], создаваемым профессионалами-исследователями. Разработки первого направления чаще всего фигурируют как информационно-поисковые системы (ИПС), вторые чаще называют экспертными системами(ЭС). Процесс интеграции разработок этих направлений, объединенных единой идеологией их создания в сочетании с нетрадиционными средствами анализа и обработки разнотипных данных, обеспечивает создание элементов интегрированной базы знаний (БЗ)[10-12].

Именно с таких методологических позиций нами в Институте черной металлургии были развернуты работы по созданию информационного обеспечения исследований металлургических систем и процессов, протекающих в результате их взаимодействия, по схеме состав' структура свойства.

В литературе имеется большое количество теоретических работ, посвященных общим вопросам логического и имитационного моделирования, теориям интеллектуальных систем и методов классификации, анализу человеческих ошибок во взаимодействии с компьютерными системами . Не умаляя значимости и достоинств этих работ, следует отметить, что в периодической печати и научных сборниках, а тем более ориентированных на черную металлургию, почти отсутствуют примеры описания реального опыта создания действующих вычислительных систем с высоким уровнем моделирования предметной области, интерактивного интеллектуального взаимодействия с Пользователем. Нет методических разработок по проектированию таких систем, формализации и информатизации накопленного предметного математического и справочного материала, не ясно, как использовать научный потенциал ведущих исследователей и экспертов, как сделать его доступным неподготовленному пользователю, решающему практические задачи, как стартовать с уже освоенных рубежей и поставить новые проблемы,- ^ ,. .. ... .. „

Учитывая вышеизложенное, наши работы по созданию системы информационного обеспечения исследований влияния состава на физико-химические и технологические свойства металлургических систем были сгруппированы в четыре направления.

1) Создание фактографических баз экспериментальных и технологических данных о свойствах металлических и шлаковых (в первую очередь шлаковых) расплавов и результатах их взаимодействия;

2) Создание фонда теоретических и эмпирических моделей, используемых в литературе для описания влияния состава на структуру и свойства этих расплавов;

3) Разработку оригинальных полуэмпирических моделей структуры многокомпонентных расплавов на базе количественных критериев, характеризующих межатомное взаимодействие в них;

Прикладное МО

База моделей

лСОД РАСПЛАВ

Прикладная

статистика Моделирование

Многомерный физико-

сравнительный химических

анализ процессов

Оптимизация и систем

процессов и систем

МОДЕЛЬ Модели технологических процессов Каталог моделей предприятий отрасли

4) Создание интерактивных диалоговых средств комплексного анализа технологической и физико-химической информации, реализующих взаимосвязанные методы оценки достоверности экспериментальных данных и работоспособности моделей разного уровня.

Решение указанных задач реализует проблемно-ориентированный комплекс "Металл", структурная схема инфологической модели которого представлена на рис.1.

В работе сформулированы основные требования к систематизации, методикам оценки достоверности и обобщения экспериментальных данных, вносимых в базы первичной информации.

Обоснованы принципы паспортизации данных, вводимых в базы, без предварительных "сглаживаний" и обработок. Показана необходимость разработки на основе базы моделей формализованных средств экспертизы для выдачи Пользователю рекомендуемых данных.

Принципиальное значение имеет разработка физико-химических и термодинамических критериев, позволяющих "свернуть" информацию о составе многокомпонентных систем, снизить параметричность описательных моделей и повысить эффективность математических методов обобщения экспериментальной информации.

Базы фундаментальных Базы тгхнто,--теск11х данных

Свойства элементов Шлаковые расплавы Металлические расплавы Шлак- Метай-Газ Сырье Технология Продукты плавки

Рис.1. Структурная схема информационно-аналитической системы "Металл".

Перспективными представляются развиваемые нами методы физико-химического моделирования, существо которых изложено в гл.2 и заключается во вводе в связь между составом и свойствами расплавов промежуточного звена комплекса интегральных и парциальных параметров межатомного взаимодействия, характеризующих химическое и структурное состояние этих веществ. Исследование связи "состав" - "свойства" при этом расчленяется на две части. Первая - сводится к выбору для исследуемых расплавов физико-химической модели, адекватно отражающей особенности их строения и специфику свойств. Вторая - связана с установлением корреляций свойств с модельными параметрами и использованием современных математических методов для разработки на базе этих корреляций моделей для прогнозирования свойств многокомпонентных расплавов по результатам изучения относительно простых.

В качестве первоочередных информационных систем фундаментального направления были выбраны информационно-поисковые системы по свойствам шлаковых расплавов и шлакообразующих смесей, а также свойств железорудных материалов.

База фундаментальных физикохимичзских данных о свойствах шлаковых расплавов ориентирована на удовлетворение информационных нужд теоретической и прикладной металлургии. Паспорт экспериментальных данных состоит из трех блоков, которые полностью характеризуют условия и результаты эксперимента (текстовое описание и числовые характеристики).

Для сохранения логической целостности информационного материала, представленного в виде статей, справочных изданий и неопубликованных экспериментальных данных, обеспечены системные средства ввода и организации данных, содержащих разнотипные по структуре фактографические части, целиком в одну базу (например, в базу "Шлак" вводится информация о других свойствах электропроводности, плавкости и т.д.).

В настоящее время в базу "Шлак" введено свыше 500 документов, содержащих сведения о свойствах более 8000 составов. По химическому составу и назначению представлены шлаки практически всех систем, используемых в черной металлургии, учтены эталонные результаты основных школ отечественных и зарубежных авторов.

Локальная документально-фактографическая база данных "Шлако-образующие смеси для разливки стали" в настоящее время включает более 300 опубликованных источников информации (публикации, изобретения, проспекты), содержит сведения о составах, свойствах и назначении ШОС и непрерывно пополняется.

Созданная база может быть рекомендована для использования при разработке новых эффективных и экологически безопасных шлакообразующих смесей, а также для выбора ШОС и оценки их свойств в изменяющихся шихтовых условиях при разливке сталей различного состава в заготовки любого сортамента.

В последнее время в наиболее совершенных АСУ технологическими процессами все чаще стали использоваться детерминированные модели. Использование детерминированных моделей резко повышает надежность, устойчивость, быстродействие АСУ. требует минимальной "поддерживающей" информации. Кроме того, такие модели способны решать задачи, связанные с созданием новых технологических процессов и, наконец, они могут играть важную роль в развитии теории, систематизации знаний в той или иной области.

s

Наиболее общей основой для построения детерминированных моделей плавки в настоящее время является термодинамика, требующая должной обеспеченности фундаментальными физико-химическими данными и константами.

База "Шлак-Металл-Газ" содержит элементное описание состава контак-тирущих фаз. Целесообразность элементного описания состава (в частности шлака) подтверждается рядом обстоятельств: а) все виды анализа (химический, спектральный и т.д.) дают элементный состав фаз, который затем пересчитывают на соединения исключительно для удобства и в силу привычки пользователей; б) объективные данные о наличии соединений в расплавах при температурах металлургических процессов отсутствуют, все предполагаемые структурные образования являются модельными допущениями; в) в ряде случаев использование элементного состава фаз позволяет описать данные эксперимента с большей адекватностью в сравнении с молекулярным подходом.

Накопленный фонд экспериментальных данных только по примесным элементам содержит более 40 оригинальных публикаций и описывает свыше 2000 экспериментов. Эти экспериментальные данные характеризуют сорбци-онную способность шлаков по отношению к примесям. На основании данных о распределении примесного элемента между фазами с учетом окислительно-восстановительного потенциала рассматриваемой системы могут быть рассчитаны сульфидная, фосфатная емкости шлака, растворимость в шлаке углерода, водорода, азота и т.д.

База "Шихта" создана на основе накопленных в ИЧМ собственных экспериментальных данных и литературных публикаций других авторов.

. Систематизированы сведения о химсоставах и свойствах более 750 различных железорудных материалов (окатышей, руд, агломератов). В том числе данные о свойствах в исходном состоянии (плотность, пористость, ударна* прочность, истираемость, гранулометрия, сопротивление сжатию) и свойствах характеризующих процесс восстановления (восстановимость, степень металли зации, размягчаемостъ, прочностные и теплофизические характеристики и др.).

Созданная база данных явилась основой для последующей разработю моделей для решения задач прогнозирования свойств железорудных материало на основе их химсостава и получения материалов с заданными оптимальным свойствами.

Поскольку переработка "информационного сырья" из документапьнс фактографических БД в проблемно-ориентированную информационную проду| цию требует существенной адаптации традиционных СУБД, нами была разраб« тана собственная технология организации и ведения сложно-структурированнь баз данных и программно реализована в пакете INPIPE[14,15].B настоящее вр< мя система работает, на испытательном полигоне в отделе физико-химичесю проблем ИЧМ НАНУ, отделе восстановления железа в ИМЕТ им.А.А.Байкова и локальной вычислительной сети НПО комбината им. Дзержинского.

Изложенная в работе методологическая основа построения Фонда модел< основывается на многолетнем опыте автора по моделированию мета луогических процессов и систем при выполнении отраслевых НИР, а таю материалах Всесоюзных совещаний по созданию отраслевого фонда моделб каталог которых является составной частью банка данных "Металлургия".

На рынке современных программных средств имеется большой выбор nai тое обработки данных. Однако сложившаяся ситуация, связанная с необ: димостью "встраивания" обрабатывающих программ в управляющие комплексь

АСУТП, требует разработки самонастраивающихся гибких средств обработки и анализа данных, построенных по модульному принципу, позволяющих подключение и адаптацию к сложившимся производственным условиям. Эта задача решена нами при разработке автоматизированной системы обработки данных АСОД, которая представляет собой дружелюбную сервисную систему. Путем многопланового проецирования и широкой визуализации данных, оригинальными приемами геометрической интерпретации и сортировки по заданным "пороговым" значениям многомерных данных постоянно актуализируемые средства АСОД представляют для исследователей ИЧМ НАНУ и ряда предприятий отрасли эффективный инструмент для полномасштабного анализа "размытых" "зашумпенных" данных и выявления скрытых закономерностей.

АСОД является составной частью комплекса "Металл". Специальные интерфейсы обеспечивают обмен информацией между подсистемами "АСОД" "Расплав", реализуя решение задач по моделированию металлургических расплавов, как отдельных подсистем "Шлак", "Металл", "Шихта", а затем "сворачивают" их в систему интегральных критериев, характеризующих структуру исследуемых подсистем, с целью построения конкретных технологических моделей, чем в значительной степени решается проблема "свертки" физико-химической и технологической информации и снижения размерности пространства параметров . исследуемых процессов.

Проблема многомерности при анализе физико-химической (многоком-понентность систем) и технологической (многопараметричность процессов) информации инициирует подключение программ многомерного сравнительного анализа - факторного анализа и таксономии. Первый выявляет взаимосвязанные параметры, их взаимное влияние и объединяет в отдельный интегральный фактор. Таксономия агрегирует данные по их схожести (плавки с одинаковой технологией, сырьевыми условиями, видами чугуна и т.д.). ■ На основе факторного анализа можно выявить параметры, оказывающие влияние на рассматриваемый отклик и определяющие, в этом смысле, технологический резерв для управления с учетом конкретных сырьевых и технологических условий.

В работе на основе методов многомерного сравнительного анализа предложена методика формализованной экспертизы данных. Например, расслоение экспериментальных данных по поверхностному натяжению ( о ) при "свертке" информации о составе шлаков на основе факторного анализа на рис.2 объясняется особенностями химического состава каждой из групп (различные системы, влияние поверностно-активных добавок).

В системе "АСОД" предложен метод многокритериальной оптимизации, в соответствии с которым каждый из критериев рассматривается как поверхность

900

700

з

500

-2

1 Facti

Рис.2. Проекция данных различных авторов о поверхностном натяжении на фактор с наибольшей нагрузкой (I- же-лезосиликатные шлаки, И- сталеплавильные и доменные шлаки. Ill- синтетические шлаки с поверхностно-активными добавками).

-отклик в гиперпространстве параметров оптимизации. Суперпозиция таких поверхностей в выбранных координатных сечениях дает возможность сопоставить локальные оптимумы всех поверхностей одновременно и рационально выбрать параметры, удовлетворяющие указанным требованиям. Задача оптимизации сводится, таким образом, к построению необходимых математических моделей для точечных экспериментальных функций-откликов с последующей геометрической интерпретацией в виде трехмерных картограмм на ЭВМ. В качестве функций-откликов в зависимости от цели исследования используются производительность печи, расход кокса, состав и физико-химические свойства чугуна и шлака и др.

Выбор координат для построения объемных картограмм имеет принципиальное значение. Оси должны быть независимыми и иметь четкий физический смысл. Так, в случае выбора оптимального шлакового режима для обеспечения заданного качества чугуна, целесообразно выбирать в качестве осей такую композицию компонентов химсостава шлака (СаО, БЮз, АЬОз, МдО и т.д.), которая бы позволяла учитывать кооперативный характер влияния всех составляющих на закономерности изменения свойств расплава вязкости, плавкости и т.п. СаО/Б'Юг СаО/ЭЮг

Рис.3. Картограммы содержания серы (%) в чугуне (а) и расхода кокса (кг/т) (б) для условий ДП8 МК "Днепровский"

Разработанная настоящая методика прошла промышленное опробование при выборе устойчивого шлакового режима, обеспечивающего выплавку заданного качества чугуна при заданных ограничениях на расход кокса и производительность для условий комбинатов НЛМК, ЗСМК, НТМК, им. Ильича, комбината им.Дзержинского. Так, для условий ДП8 комбината им.Дзержинского, в результате анализа картограмм (см.фрагмент на рис.3) был сделан вывод о переходе на более устойчивый шлаковый режим, который определяется соотношениями: СаО/БЮ2=1.151.17; А1гОз/МдО=1.21.25, что обеспечило более высокие и стабильные показатели работы печи (Б < 0.027%, Б! < 1.1%, расход кокса < 585 кг/т при производительности > 1871 т/сутки).

Глава 2. ВЫБОР КРИТЕРИЕВ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ.

Металлургические расплавы сопровождают все основные переделы производства металла, и их свойства предопределяют качество конечной металлопродукции. Именно поэтому в настоящей работе особое внимание уделяется моделированию металлургических расплавов и прогнозированию их свойств.

Существующие теории строения металлургических расплавов, методы расчета их свойств и результатов взаимодействия отличаются большим многообразием. Несмотря на большое число исследований в этой области, проблема еще не изучена в той мере, чтобы общие физико-химические положения теории жидкого состояния можно было использовать для прогнозирования конечных результатов технологических процессов.

В основе подхода, с позиций которого в диссертации рассматривается указанная проблема, лежит теория физико-химического моделирования расплавов, разработанная Э.В.Приходько. Ее отправным положением является представление об изменчивости зарядового состояния атомов каждого из компонентов как шлакового, так и металлического расплавов в зависимости от их конкретного кристаллохимического окружения. При этом металлургические расплавы рассматриваются как химически единые системы, изменение состава которых влияет на комплекс их физико-химических свойств и реакционную способность через сопутствующее изменение параметров их структуры и характеристик межатомного взаимодействия.

Модель парного межатомного взаимодействия в расплавах подробно описана в публикациях Э.В.Приходько и развита в наших совместных работах [3,5,6,12, 17, 21].

Автором диссертации разработана и реализована методика расчета и использования новых критериев этих моделей, что существенно расширило возможности использования этой методологии в разных областях теории металлургических процессов.

Основными парциальными параметрами модели железоуглеродистых расплавов являются (табл.1) эффективные заряды компонентов (¿¡), определяемые для каждой пары реагентов (Zi^), и среднестатистические значения (Ziep.), характеризующие зарядовое состояние каждого из компонентов в расплаве.

Таблица 1. Составы металлических расплавов основных металлургических переделов;_________

Химсостав металла. % Интегральные параметры и средние за ряды Э,

> С Si Мп S Р Fe d £ Zr Z,„ Z, z. Zr,

1 4.5« 0.79 0.21 0.019 0.050 94.22 2.34 1.41 -2.745 -1.039 0.319 0.166 -0.444 0.281

2 4.56 2.20 0.20 0.024 0.056 92.78 2.33 1.44 -2.732 -1.073 0.337 0.180 -0.428 0.298

3 4.85 0.64 0.22 0.010 0.048 94.22 2.32 1.41 -2.717 -1.057 0.352 0.195 -0.413 0.313

4 4.85 0.65 0.22 0.009 0.047 94.21 2.32 1.41 -2.717 -1.057 0.352 0.195 -0.413 0.313

5 0.09 - 0.07 0.021 0.009 99.71 2.81 1.15 -3.459 - -0.54 -0.59 -1.236 -0.541

6 0.20 - 0.19 0.025 0.008 99.49 2.79 1.16 •3.431 - -0.51 -0.56 -1.206 -0.509

7 1.45 2.40 90.6 0.030 0.310 5.11 2.68 1.50 -3.199 -1.585 -0.18 -0.27 -0.913 -0.193

8 1.30 2.30 90.3 0.030 0.300 5.67 2.70 1.50 -3.226 -1.616 -0.21 -0.30 -0.942 -0.224

Примечание: Точки 1-2 - чугукы ДП "ТулаЧермет"; 3.4 - чугуни ДП ЧерМК: 5.6 - конвертерная сталь завода им.Петровского; 7,8 - ферросплавы.

Интегральными характеристиками электронной структуры расплава как химически единой системы являются ее химический эквивалент (2^), суммиру-1Л1Пий папино п чэпаля* компонентов с учетом весоятностей образования езя-

эей разного типа, и структурный параметр (с!), характеризующий среднестатистическое расстояние между атомами в квазихимическом приближении.

Базовая модель структуры шлаковых расплавов была разработана по подобию моделей упорядоченных структур кристаллических и молекулярных соединений.

Основными параметрами модели при приведении расплава к виду КрА, где р -показатель стехиометрии, определяемый отношением числа катионов К (Ре, Сг, А1, Мп ....) к числу анионов А (О, Б, Р....) в 100 г. расплава являются: значения средневзвешенных зарядов и радиусов катионов в подсистеме К, анионов в подсистеме А, а также в направлении связи К-А и А-К, которые расчитываются по формулам:

_ я т_ я я

(-1 ¡.\ /-1 у-1

2А(к-А)= ¿Л'ЛХ2*-* • 2а(а-А) = 1>ЛХ2*«. (1)

1-1 1-1 1.1 1-\

здесь индексы к и а указывают на связь катиона К и аниона А, т - количество катионов, п - количество анионов, Мк„ Ма| - соответственно их атомные доли.

Интегральными характеристиками расплавов являются: показатель стехиометрии г, параметр де, характеризующий взаимодействие в связи катион-

»_ т

анион, вычисляемый как Де^ (2)

(•I

среднестатистическое межьядерное расстояние с1 (табл.2) и показатель индивидуальности катионной подрешетки расплава 1да=!даМ (1да, - табулирован для каждого элемента таблицы Менделеева).

Состав шлака, % Модельные параметры

№ СаО МдО аог А!г03 МпО РеО Э £| де Р

1 41.09 10.17 41.55 6.23 0.15 0.30 1.00 2.891 -2.604 0.707

2 41.87 9.71 40.68 6.44 0.14 0.27 0.81 2.897 -2.596 0.707

3 49.28 4.52 13.51 -0.99 2.50 20.99 0.13 3.161 -2.750 0.858

4 51.26 4.63 16.63 0.59 2.66 16.74 0.14 3.082 -2.596 0.838

5 45.79 5.96 19.56 1.23 5.17 14.27 0.11 3.134 -2.829 0.815

6 25.10 2.80 27.90 2.20 41.67 0.20 0.10 3.506 -4.228 0.769

7 3.60 48.91 31.97 0.15 9.55 5.15 0.66 3.500 -3.914 0.792

8 2.68 46.21. 32.59 0.348 9.79 7.78 0.59 3.500 -3.979 0.785

Использование этих параметров оказапось, как показывает анализ, весьма эффективным средством "свертки" информации о составе многокомпонентных оксидных расппавов при изучении закономерностей формирования их свойств. В результате первого этапа этих исследований (в рамках кандидатской диссертации автора) были получены уравнения для расчета вязкости (п) при различных температурах, поверхностного натяжения (<т), электропроводности (х), плотности (с1). плавкости (Т) шлаков доменного передела. Последующие исследования диссертанта позволили развить и углубить это направление исследований.

Методология физико-химического моделирования шлаковых и металлических расплавов программно реализована автором в подсистемах "Шлак" и "Металл".

Разность химических потенциалов любого компонента в шлаке и металле является движущей силой процесса, определяющей полноту перехода вещества из одной фазы в другую и существенно влияющей на скорости процессов. В связи с этим определению химических потенциалов и связанных с ним активностей (аО компонентов в теории металлургических процессов уделяется особое внимание.

Для большинства, протекающих на границе "металл-шлак" реакций константы равновесия получены экспериментальным путем, и выражения для их расчета зависят от выбора авторами модельных представлений о механизме взаимодействия структурных частиц в расплавах. При относительно небольшом содержании примесей в расплавах железа (до 6-10%), к числу которых относятся большинство марок сталей и чугунов, принято считать, что активность железа в металлургическом расплаве равна единице a^pl, а для остальных компонентов в практике металлургии наибольшее распространение получили расчеты активностей по параметрам взаимодействия (параметрам Вагнера). Для шлаков наиболее часто используют модель регулярных ионных растворов (РИР) В.А.Кожеурова, модель шлака, как фазы с коллективными электронами А.Г.Пономаренко (КЭ). а также полимерную модель.

По мере накопления в базе "Шлак-Металл-Гаэ" данных о термодинамических свойствах шлаковых и металлических расплавов был выполнен анализ существующих подходов к прогнозированию активностей компонентов в шлаковых расплавах. На примере выполненного В.К.Новиковым с соавторами расчета активности оксида марганца в многокомпонентных алюмосиликатных системах MnO-CaO-SiCb; Mn0-Si0rAI203; Mn0-Ca0-Si0rAI203; MnO-CaO-SiOrFeO-MgO проведен сравнительный анализ указанных моделей с разработанной нами с точки зрения точности описания экспериментальных значений активности МпО.

В ходе анализа впервые была установлена необходимость учета, наряду с интегральными параметрами де и р, при решении задач такого уровня парциальных параметров взаимодействия - в данном случае заряда марганца

Использование сочетания интегральных и парциальных физико-химических критериев позволило объединить все составы вышеупомянутых систем в единую выборку и получить модель для прогнозирования активности МпО в шестикомпонентной системе MnO-CaÖ-SiOrFeO-MgO-AbOj: ампо-г.-^-О.ЮТде+З.-^р+О.Пвг,,*,) R=0.99 (3)

где R - коэффициент корреляции.

Из представленных в работе результатов следует, что при сравнительно небольших содержаниях Si02 и Al203 (Si02 s 30. AI2O3 s 10) все четыре модели удовлетворительно описывают экспериментальные данные во всем изученном интервале составов. При переходе к системам с высоким содержанием StO? и-AI2O3 расчет активности по методу РИР и КЭ дает значительные отклонения от опыта.

Аналогичные результаты получены при сравнительном анализе расчетов активности FeO: арео=-0ИЗЗ-0,421 де-0,384р + 0,217Zf. R=0.95 (4)

Таким образом, главное преимущество свертки информации о химическом составе шлакового расплава в виде модельных параметров (де, р. Zc03). отражающих его структуру, состоит в том. что их использование позволяет учитывать при оценке активности компонентов их химическое (зарядовое) состояние и свойства среды в виде (а,э) = f (де,р,2Эшп).

Как показали проведенные исследования, параметры Ле, р и 1У (Рис.4) достаточно точно описывают активность компонентов в расплавах для равновесных или нейтральных условий.

(де.р)

Рис.4. Зависимость коэффициентов активности углерода ус (Д) и серы 75(0), Угюг (О) от интегральных критериев чугуна и шлака.

По мере же отклонений взаимодействующих систем от равновесия возрастает роль заряда' элемента ¿э и параметра перезарядки (Л2э=2эи«т - ¡¡Ьшп). который характеризует изменение электронного состояния компонента при переходе из одной фазы в другую.

Так, при исследовании накопленных в базах ретроспективных производственных данных по показателям выплавки фосфористого и малофосфористого чугунов 25 металлургических предприятий мира установлено существенное влияние зарядового состояния на химическую активность диффундирующего элемента. В качестве его критерия рекомендуется оперировать величиной "перезарядки" дгэ (Рис.5). ______

Рис.5. Влияние зарядового состояния серы в чугуне (а) и кремнезема в шлаке (б) на их активность для различных видов чугунов (д- фосфористый чугун (агломерат), о- передельный чугун (окатыши), □- фосфористый чугун (смешанная шихта), передельный чугун (смешанная шихта), передельный чугун (агломерат)).

Таким образом, совместное влияние интегральных (2 ,Де,р) и парциальных (Д2у параметров структуры обеспечивает высокую точность (И>0.9) прогнозных моделей типа:

аэюг = 1.743 - О.ЗЗЗДе - 2.484р - 0.2132* - 0.26Д 2„ (5)

1даа = 0.112у+ 1.67Де - 15.92р + 3.67д2а + 11.39 (6)

ОД = 0.532* + 0.35Де - 4.76р + 0.82^ + 2.98 (7)

Проведенные расчетно-аналитические исследования показали, что взаимодействие в системе "Металл-Шлак" приводит к изменению активности компонентов шлака и металла. Этот результат представляется логичным при трактовке взаимодействия расплавов как кооперативного ионообменного процесса

Накопленные в базах данные создали репрезентативную информационную среду для выбора физико-химических критериев с целью оценки рафинирующих свойств шпаков по параметрам физико-химической модели структуры шлаковых расплавов и позволили проделать сравнительный анализ различных методик определения рафинирующей способности шпаков по различным соотношениям между концентрациями основных и кислых оксидов в шлаке.

Рассмотрены также разные подходы к расчету серопоглотительной способности шлаков с позиций термодинамики, включая использование оптической основности X (рис.6).

X

0.72 ■ 0,6« -0,6* -

0,6 -0.

рйс.6.сс

В итоге этих исследований показано, что функции показателя "основности" переходят к сочетанию величины де и р .

В результате анализа литературных данных по серопоглотительной способности шлаков (С$) нами было показано, что она определяется сочетанием интегральных критериев Де и р, а также, как показал пофакторный анализ средствами АСОД, среднестатистическим зарядом анионов в связи анион-катион (рис.7)

1д С3 = 0.187Де + 12.455 р - 0.2142,,.,, - 7.783 Я=0.98 (8)

Предложенная прогнозная модель была проэкзаменована на массиве экспериментальных данных Г.И.Жмойдина для системы СаО-А!2ОгЗЮгСар2. Точность аппроксимации экспериментальных данных для указанных шлаков прогнозной зависимости (8) характеризуется коэффициентом корреляции 1^=0.96. Широкий охват концентраций разных компонентов шлаковых расплавов и диапазона их изменения позволяет рекомендовать полученную зависимость (8) для оценки серопоглотительной способности промышленных шлаков всех металлургических переделов.

Для обоснования выбора физико-химических критериев для оценки рафинирующей способности шлаков в качестве иллюстрации по аналогичной схеме

0,65 0,75 р

»отношение между оптической елью и параметром р.

2,5 С»

Рис.7.Связь между экслериментальми и рас-читанными по формуле (8) значениями Се

рассмотрены составы синтетических шлаков, нашедших применение в ковшевой металлургии. Поскольку достоинства и недостатки каждой из используемых композиций во многом определяются конкретными условиями их применения и целями, поставленными исследователями, теоретическое'обобщение накопленного опыта отсутствует.

На рис.8 представлена таксономия данных в координатах Ле и р. Такая графическая интерпретация существенно упрощает процедуру сравнительных оценок рафинирующей способности различных шлаков и позволяет дифференцировать их по назначению и потенциальным возможностям. '

Анализ литературной информации показал, что составы шлаков, находящихся в зонах 1 и 3, обычно применяются для глубокой и частичной десульфурации металла, в зоне 2 - для десульфурации и частичной дефосфорации, Конечно, это деление в определенной степени условно, поскольку оно не учитывает изменение состава шлака в результате взаимодействия с металлом в ковше. Тем не менее, ориентируясь на так-

-2

Де

Рис.8. Соотношение между Де и р для синтетических шлаков. Назначение шлаков: 1,3- глубокая и частичная десульфурация металла; 2 - десульфурация и частичная дефосфорация; 4 -переплавные и сварочные шлаки

сономию рис.8, можно в первом приближении оценить полезность и направление влияния корректировок химсостава ковшевых шлаков при внепечной обработке стали.

Используемые критерии де и ZY характеризуют расплавы как гомогенные системы. Это допущение в известной мере идеализирует состояние их структуры. Поиск путей дополнительного учета влияния её микронеоднородности на свойства расплавов позволил установить, что такой системный учет можно обеспечить, рассчитав избыточные значения параметров ZY и d. Соответствующие значения AZy и Ad определяются как разница между ZY и d, рассчитанными для расплава как химически единой системы, и Zrcu и dc„ для смеси соответствующих компонентов.

Ввод этих критериев оказался весьма полезным для теоретического обобщения , в первую очередь, данных о термодинамических свойствах расплавов. В частности, для теплот смешения при различных температурах 103 расплавов систем Ni-Si, Fe-Si, Fe-Ni, Cu-N¡, Cu-Fe (табл.3) исследованных в работах Верт-мана А.А. и Самарина A.M., обобщающим является уравнение?кЪ^С /

ДН = -103,7 + 4,89ZV + 23,4d - 9,0AZy + 59,3Ad + 0.023T R=0.94

(9)

Разработанная методика учета потенциальной микронеоднородности структуры оксидных расплавов базируется на количественном определении степени отклонения химического эквивалента (Де) и структурного параметра (6) ре-

апьных расплавов от вычисляемых для механических смесей исходных компонентов, записанных в виде к^г.

ДДе =Де[(кт|)(А^)]-1Дек^^|. (10)

¡»1.....т

здесь к* а, - соединения типа РеО, СаО, БГОг и т.д.;1(Кп) (А^формализованная запись катионной и анионной подрешеток. Параметр Ас1 вычисляется аналогично.

Расплав Модельные параметры

Г.е с!, 10"' нм дгг ,е Дс1,10"1 нм

14,0 Си + 86,0 № 1.1281 2.873 0.213 0.002

50,0 Си + 50,0 N1' 1.3300 2.891 0.443 -0.004

87,0 Си + 13,0 Яе 1.1090 2.891 0.224 -0.025

13,0 Си + 87,0 Ре 1.3220 2.833 0.224 -0.008

16,7 Ре+ 83,3 № 1.2470 2.845 0.287 -0.011

70,0 Яе + 30,0 N1 1.5050 2.829 0.43? -0.008

90,0 Ре +10,0 1.3330 2.696 0.201 -0.057

60,0 Ре + 40,0 1.6570 2.485 0.536 -0.045

• На примере прогнозирования энтальпии смешения ДН хорошо изученных двухкомпонентных систем СоО-МдО, СоО-МпО, ЫЮ-МдО и МО-МпО для объединенного массива данных (п=68) получено уравнение (Н=0.97)(/е;?лс, ¡ыл^^и,); ДН=-515,71+2,9Деш+158,55с1ш+648414ДЛеш+17397,1Дс1ш (11)

Учет параметров микронеоднородности ддеш и Дс1ш существенно повышает точность описания указанной характеристики от Я=0.63 при ДН=ДАеш, dш) до И=0.97 по формуле (11).

При обобщении данных о термодинамических характеристиках доменных шлаков по данным В.Г.Воскобойникова для систем А^Оз-вЮгСаО и БГОг-А^Оз-СаО-МдО-МпО-Э получены уравненияСхг^е /о^с^и.);

ДН = 309,55- 12,95 Деш-81,33 с!ш Я=0.52 (12)

ДН =328,34+12,26 Деш-36,96с1ш+20,31ДДеш-164,68Дс1ш Я=0.85 (13)

В процессе актуализации баз данных были уточнены полученные автором в кандидатской диссертации модели для вязкости, плавкости, поверхностного натяжения, плотности шлаковых расплавов доменного и сталеплавильного производств.

Была установлена целесообразность индивидуального рассмотрения отдельных фупп шлаковых расплавов, характерных для разных сырьевых условий работы предприятий.

В частности, проанализированы экспериментальные данные о вязкости при различных температурах и плавкости синтетических и промышленных ти-, тансодержащих шлаков по данным Н.Л.Жило с сотрудниками: П1500 = 4,037 - 4,765р + 0,186Де + 0,0004(15 - ТЮ2)2 Па-с, Я=0.86 (14) Т„я = -3971 + 5791,6р-398,6Де+ 1,266(15 -ТЮ2)2 °С, Я=0.82 (15)

Алгоритмы на основе этих уравнений включены в программу расчета состава и свойств титансодержащих шлаков для доменных печей Нижнетагильского меткомбината.

Характерной особенностью доменных шлаков ЗСМК является повышенное содержание в них оксидов алюминия (до 20%) и магния (до 25%). Наличие в шлаках "наследственных" твердофазных магнезиальных соединений обуславливает гетерогенность расплавов, вследствие чего повышается их вязкость я плавкость и ухудшается шлаковый режим доменной плавки.

Анализ взаимосвязи свойств этих шлаков с модельными параметрами позволил получить прогнозные модели в виде:

Т«р = -52,2+'38,Зр + 9331,5(да. "С И=0.95 (16)

Сравнение рассчитанных по этой формуле значений Т«рр магнезиально-глиноземистых шлаков с экспериментальными Т^' по данным работ В.П. Горбе-чева с сотр. свидетельствует о достаточной для практических целей точности

прогнозирования

Тн.кр = -718,7 + 5277,5р-11497,8 (да , "С К=0.85 (17)

Т„ = -73,8 + 1846.2р + 874,3 (да , « С Р=0.91. (18)

Т11350 =-20,07-0,91Де+136,881да, Па' С Я=0.74 (19)

Полученные модели заложены в основу алгоритма для прогнозирования состава и свойств первичных и конечных шлаков по составу подачи для шихтовых условий доменных печей ЗСМК.

Анализ экспериментальных данных о свойствах шлаков, накопленных в базе "Шлакооборазующие смеси", позволил получить прогнозные модели для расчета с достаточной для практических целей точностью комплекса свойств, характеризующих технологическую пригодность шлакообразующих смесей.

Температура размягчения, °С:

Тр = 2123 - 19,4Де + 61,1р- 252.7с1 - 2243,4 (да (20)

Температура плавления, °С:

Т„= 2146 - 19,5Де + 51,6р - 171,06 - 3698,6 {да (21)

Температура растекания, °С:

Тр = 2184 - 26,бДе + 7,2р - 201,4с1 - 300,4(да (22)

Вязкость при различных температурах, Па с: 1>дт]120о= 9,745-1,622Де+2,82р-5,594(1+9,004 {да (23)

1-дт11300= 8,5-1,513Де+2,512р-5,185с1+10,12 (да (24)

Ьдлмоо = 7.429-1,425Де+2,493р-4,833с1+9,763 (да (25)

1.дг|150о=6,414-1,275Де+2,361р-4,34с1+7,948{да (26)

Поверхностное натяжение при 1500°С, мн/м: а)500 = 172 + 362,16р - 9,2Де (27)

Совместно с Институтом атомной энергии им. Курчатова нами было проведено опробование применимости разработанной методики для прогнозирования плавкости гетерогенных оксидных систем, составляющих основу бетонов с целью прогнозирования плавкости бетонного "кожуха" атомных реакторов в случае возникновения аварийных ситуаций.

Нами применительно к поставленной задаче были проанализированы накопленные данные о плавкости оксидных систем БЮг - СаО - А^Оз; £5Юг.Са0 -МдО; БЮг - СаО - МдО - А1203; БЮг - СаО - МдО - А!203 - Яе203 - Я20 - ТЮ2 в широком диапазоне составов.

Для бетонов и их компонентов с высоким содержанием монооксидов кальция и магния получены уравнения:

Теп = 1059 + ехр(0,3329+37,6757{да), и С Я=0.81 (28)

Тпи,, = 1224 + ехр(-5,4529+76,2321(да), °С Н=0.82 (29)

для бетонов и их компонентов с высоким содержанием кремнезема:

Тсол=2877-120,617Де-569,98с1-8268,125(да+1170,172р, 0 С Р=0.86 (30) Т„ик = 1450 - 215,632Де - 435,982(1 - 14518,625(да+3744,605р, Я= 0.86 (31) для всех бетонов температура деформации под нагрузкой (Тд) Тд = 923 + 21,1де - 1,046с1 +1107,668{да+160,288р, "С Я=0.92 (32)

Модели были проэкзаменованы и подтвердили свою адекватность на впервые экспериментально изученных в ИЧМ бетонах, использованных при строительстве шахт реакторов Запорожской АЭС.

Полученные результаты подтвердили применимость методики физико-химического моделирования для анализа свойств гетерогенных оксидных систем и инициировали последующую разработку моделей прогнозирования свойств железорудных материалов.

Глава 3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НЕРАВНОВЕСНОСТИ СИСТЕМЫ "МЕТАЛЛ -ШЛАК" В ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Современная теория металлургических процессов базируется, в основном, на рассмотрении процессов взаимодействия как результата отдельных, практически независимых реакций между примесью и используемым реагентом, при этом обычно постулируется заряд атомов примеси и реагента в расплаве и состав образуемых ими соединений.

Для описания результатов взаимодействия в настоящее время используются различные критерии (энергия связи, коэффициенты активности и параметры взаимодействия компонентов расплавов, основность).

При анализе фактических данных о поведении компонентов в системе "металл-шлак" с помощью таких критериев возникают два вопроса:

1) как оценить достоверность экспериментальных результатов и выбрать наиболее вероятные из весьма противоречивых данных разных авторов;

2) как использовать информацию, полученную на бинарных и моноатомных системах для прогнозирования свойств многокомпонентных.

Предложенные физико-химические критерии, характеризующие структуру расплавов, являются теми инвариантами, которые обеспечивают переход от простых систем к многокомпонентным, а их использование при анализе взаимодействия расплавов позволяет косвенно учесть физико-химические свойства шлаковых расплавов.

В первом приближении есть основания полагать, что при оценке реакционной способности шлака Де характеризует способность шлака притягивать примеси, ар- способность их отвода с поверхности во внутренние слои. Чем больше р, тем труднее этот отвод, так как повышается степень заполнения меж-доузлей анионного каркаса катионами и процесс диффузии замедляется.

В терминах указанных критериев металлургические расплавы описываются как химически единые системы, а не смесь отдельных компонентов или их соединений. Как следствие, принимается, что отдельные компоненты ( в первую очередь сера, фосфор, кремний и маранец) взаимодействуют не с СаО, МдО или РеО, а со всем расплавом. Тем самым конкретизируется выдвинутый И.С.Куликовым тезис о кооперативном ионообменном характере между взаимодействующими расплавами.

Для конкретизации этих представлений в работе рассмотрены фактические данные о составах реагирующих расплавов при выплавке стали в различных агрегатах. Кинетика изменения параметров 7? и де по ходу конвертерного процесса подтверждает этот тезис. Согласованость измерения химических эквивалентов состава металла и шлака отражают уравнения типа:

2у=2,01-0,17де-1,65 р - 300-т конвертер Р=0.95 (33)

2у=2,2-0,07де-1,49р - 130-т конвертер Р=0.96 (34)

Аналогичные зависимости получены для составов металла и шлака в восстановительных условиях. Так, для составов продуктов доменных плавок ДП №5 ЧерМК (пробы отбирались по ходу выпуска), условие согласования составов чугуна и шлака определяется соотношением:

2у=0,37-0,179Де+0,82бр Р=0.8 (35)

Основными термодинамическими параметрами, определяющими эффективность процессов взаимодействия между сосуществующими фазами, являются коэффициенты распределения элементов (1_э). Эмпирические формулы для их расчетов чаще всего базировались на представлениях молекулярной теории и были получены путем обработки опытных данных в координатах "1_э - состав шлака". Совершенствование и уточнение этих зависимостей идет по пути увеличения числа параметров и усложнения формы соответствующих уравнений.

С позиции развиваемых представлений о кооперативном характере ионообменных процессов в системе "метапл-шлак" применительно к условиям доменной плавки в настоящей работе были проанализированы фактические данные о составах чугуна и шлака при выплавке чугуна на доменных печах мира и показателям работы доменных печей СНГ. В результате анализа средствами АСОД получены уравнения:

1дЦ = 7.9072'+0.042Де+17.42р-0.51Д25-21.16 Р=0.93 (36)

1дЦ|=-1.39гу-0.97де+9.34р-2.17д25Г2.51 И=0.82 (37)

• 1д1Мп=-5.572у+0.59Де-11.798р+1.45Д2тп+17.6 Я=0.74 (38)

Без учета параметра перезарядки (1_дЦл=((де,р,21')) точность уравнений Я=0.75, Я=0.8, Я=0.7 соответственно.

Особое значение при анализе межфазного распределения элементов в системе "металл-шлак" имеет проблема оценки равновесия.

По вопросу о степени приближения системы "металл-шлак" к равновесию при выплавке чугуна в литературе существуют различные мнения и даны соответствующие зависимости для прогнозирования равновесного коэффициента распределения серы.

В работе описаны результаты анализа равновесных данных из базы ретроспективных данных "Шлак-Металл-Газ". Исследовано влияние параметра перезарядки кремния и серы на коэффициенты их распределения. Расчеты велись по формулам, учитывающим свойства среды (39) и локального окружения элемента дгэ (40): 1д(1_эИ(гу, Де, р) (39) 1д(1.э)=[(2у, Де, р, Д^) (40) В таблице 4 представлен фрагмент из данных Куликова И.С., для которых условиями опытов обеспечено распределение серы, близкое к равновесному, а исходное содержание кремния в чугуне выше, чем равновесное по реакции (ЗЮ2)+2С=[5|]+2СО.

Как показали результаты обработки данных указанной выборки, точность определения коэффициента распределения серы по формуле (39) достаточно высока (Я=0.96) и практически не изменяется при учете параметра перезарядки Д2з- Точность же расчета коэффициента распределения (неравновесные условия) существенно повышается именно при учете перезарядки. Этот факт позволяет предположить, что параметр Д2э можно использовать в качестве индикатора отклонения системы от равновесия:если его дополнительный ввод в прогнозную модель для расчета коэффициентов распределения элемента в системе "Металл-шлак" значимо повышает точность модели, процесс является неравновесным по данному элементу и наоборот.

Таблица.4.

Состав мет. %(вес.) Состав шлака %(вес.) Модельные параметры ^БЮ2 I.5

Б БЮз Б г1 -Де Р ¿¿.5

0.8 0.0140 36.40 0.84 1.170 2.344 0.71 2.142 1.877 45 60

1.21 0.0082 33.64 1.13 1.187 2.818 0.721 2.145 1.869 28 141

1.1 0.020 36.00 1.33 1.421 2.311 0.711 1.292 2.769 33 67

3.08 0.0138 34.00 1.33 1.430 2.273 0.723 1.383 2.671 11 95

1.44 0.0135 35.20 1.32 1.412 2.317 0.718 1.327 2.730 24 94

0.77 0.0033 28.90 0.98 1.414 2.012 0.739 1.354 2.682 38 327

Таким образом, для прогнозирования равновесного коэффициента распределения серы 1.°$ получено уравнение:

1д|Л=9.033гу+18.53р-0.09бДе-24.272 Я=0.93 (41)

Сопоставительный анализ фактических данных о распределении серы между чугуном и шлаком на массиве отчетных технологических данных о работе доменных печей СНГ с прогнозными значениями 1_°з показал, что в условиях всех заводов распределение по сере ниже равновесного (степень достижения равновесия е=1/п£1_з<171_зо=0.85 ) и его отклонение возрастает пропорционально изменению ¡.э.

В результате анализа представительного массива экспериментальных данных уточнена установленная в работах Приходько Э.В. и Шеенко М.И. зависимость равновесного распределения фосфора от химического эквивалента состава шлака (Де) в виде уравнения:

1д ЬР= ехр((Де + 2,75)/3) + 3,9

п 1 2 3 4 -Де

гис.Э.Оравнение фактического и равновесного

распределения фосфора в системе "металл-шлак"

(конверерное производсво).

О-Енакиевский завод.; «-Завод в Аликуиппе (США).

Д-Меткомбинат "Криворожсталь";

О-Меткомбинат ДМК;

х-Раановесная кривая распределения фосфора льтаты ионообменных процессов между реагирующими фазами. Процесс перехода ионов серы, фосфора, марганца и кремния через границу металл-шлак в значительной степени определяется активностью соответствующих элементов в расплавах, зависящей от их зарядового состояния и общего состава взаимодействующих фаз, а также критерия "перезарядки" ¿^То^-Тэ". Как было нами показано, его влияние тем больше, чем больше отклонена система от равновесия.

(42)

Соответствующая экстремальная зависимость позволяет оценить степень отклонения фактического значения коэффициента распределения фосфора от его возможного равновесного. На рис.9 такой сравнительный анализ сделан для .промышленных конвертерных плавок комбината "Криворожсталь", Енакиевского МЗ и завода в г. Аликуиппе (США).

Выполненные в работе исследования показали, что использование параметров межатомного взаимодействия при трактовке химической связи как направленной, позволяет с единых физико-химических позиций интерпретировать резу-

Глава 4. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СВОЙС-ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Улучшение технико-экономических показателей работы доменных пе1 является одной из важнейших задач черной металлургии. Особое значена практике доменного производства придается своевременности и достоверно' информации не только о составе, но и о свойствах шихтовых материалов.

Основными характеристиками железорудных материалов, определяю! ми их поведение в доменной печи, являются плавкость, прочность в исход» состоянии и при восстановительно-тепловой обработке и восстановимость.

Известные методы прогнозирования указанных свойств базируются на пользовании отдельных компонентов состава (СаО, БЮг, МдО, АЬОэ, Fec6m) ил! соотношений и сочетаний (Ca0/S¡02, (Ca0+Mg0yS¡02. АЬОз/МдО, суммы шлаке разующих и т.д.) Обычно подобные уравнения обеспечивают точность pao ных величин только в условиях конкретной выборки составов, использованi для их вывода.

С целью разработки методики обобщения опытных данных в форме, г годной для решения задач прогнозирования, выполнена разработка физ1 химических критериев для комплексного учета влияния всех компонентов coi ва на формирование свойств железорудных материалов и проведено с их мощью исследование комппекса металлургических свойств агломератов и < тышей в широком диапазоне колеблемости их химического состава..

Учитывая опыт моделирования структуры шлаковых расплавов и бето) а также традиционный подход технологов к оценке окисленности железоруд материалов, в качестве базовых модельных характеристик их состава пре; жены параметры: р - показатель стехиометрии и Де, выполняющий функцию мического эквивалента состава оксидной системы.

Для выбора модели, наиболее полно отражающей связь состав свойств железорудных материалов исследовано 3 варианта "свертки": р и де - для состава шлаковой связки без FeíOj; р' и де' - для состава шлаковой связки без FeíOz и FeO; р" и де" - для полного химического состава железорудного сырья. На примере таких металлургических свойств как прочность на истирани! о.5,%) и восстановимость при 800°С (Reoo.%) средствами АСОД определены

Перем-я Хч>.5 R«oo Р Де Р' Де1 Р Де Fe203 Fe

Нагрузка 0,83 0,843 0,175 0,061 0,223 0,617 0,501 0,638 0.413 О,'!

Приведенные данные свидетельствуют, что в качестве интеграл! "свертки" наиболее целесообразно использовать критерии р и Де шлак( связки железорудных материалов без Ре2Оэ, выделив содержание РегОз в к стве самостоятельного модельного параметра, или р' и Де' шлаковой связки РегОз и РеО, выделив в качестве самостоятельных параметров Ре20з и I Преимущество предложенных критериев подтверждено более высокими К( фициентами корреляции (Я=0.91) при прогнозировании металлургиче свойств (например, (^оо). по сравнению с полным химическим составом (Я=( и сочетанием традиционных критериев: основностью, Реовщ, суммой шпакоо зующих (Я=0.62).

Для учета влияния зарядового состояния катионов и анионов разрабо и реализована методика расчета среднестатистических зарядов, включенн

Рис.Ю.Зависимость прочности железорудных материалов от химического эквивалента их полного состава (Д- окатыши, о - агломераты)

Д-> - заряд катионов в связи катион-анион; - заряд катионов в связи катион-катион.

В целом модели для прогнозирования свойств железорудных материалов имеют вид: свойство = иле; р; Д.а; Д*; Ре203) Существенное различие металлургических свойств агломератов и окатышей породило проблему неоднородности при их совместном моделировании. В результате таксономического анализа исходная выборка данных по некоторым свойствам разделилась на два изолированных подмножества -агломераты и окатыши (например, рис.10). По этой причине прогнозные модели для прочностных свойств и плавкости получены раздельно для каждого вида доменного сырья.

К тому же теоретическое обобщение всех имеющихся в базе экспериментальных данных затруднено в связи с использованием исследователями различных методик и неидентичностью условий проведения экспериментов.

Требованиями к качеству железорудного сырья приняты показатели прочности и восстановимости при восстановлении в температурном интервале 20-800°С, что соответствует верхней ступени теплообмена в доменной печи (ГОСТ 19575-84), газопроницаемости и восстановимости при 1050°С на границе косвенного восстановления (ГОСТ 21707-76):

Прочность по выходу кондиционной фракции >5 мм - Х»5,%;

Истираемость по выходу класса 0-0,5 мм - Х_о.5,%;

Степень восстановления при 800°С - Яаоо,%;

Степень металлизации при 800°С - сив0о.%;

Усадка слоя при 1050°С - ДН,%;

Перепад давления газового потока при 1050°С - дР,Па;

Степень восстановления при 1050°С -Яю5о.%;

Степень металлизации при 1050°С -и105о,%-

Использованы результаты определения вышеназванных свойств, а также температур начала размягчения (Т„р) и плавления (Т„) агломератов и окатышей практически всех окомковательных фабрик стран СНГ, полученные на установках ИЧМ. Для исследования выделялась фракция 10-25 мм, что исключило влияние гранулометрии. Технология производства железорудных материалов не учитывалась.

Широкий диапазон содержания компонентов и свойств определяет значимость выборки для разработки прогнозных моделей, (табл.5,6)

Материал Массовая доля, %

БЮг СаО МдО АЬОз МпО РеО Ре20з

Агломерат 4-13 6-20 0,5-5 1-5,5 0-2,5 6-36 35-77

Окатыши 3-11 0,6-9,9 0-2,5 1-5.9 - 0,5-8,5 75-91

Таблица 6. Диапазон изменения свойств.

Материал Х.5.% X. 0.5.% И&оо. % (>>800. % ДН, % ДР. Па Яю50.% <В1050.%

Агломерат 18-89 2,5-27 13-47 4-37 8-44 6-69 43-91 26-88

Окатыши 36-99 1,0-36 27-75 5-64 14-60 20-1960 35-95 17-94

Прогнозные модели Х*5 и Хо,5 в виде уравнений множественной регресси "свойство" = ^Де, р. РегОз) разрабатывались раздельно для каждог

вида доменного сырья: Агломераты

Х*5-917.8-88,22Де-188197р+1036.2820«)-869.442(мо-1,29Ре20з Я=0.86; (43) .Хо.5=218,4+22.б9де+63,25р-226.3420(<)+187,91^+0,16Рв203 . Г*=0.70; (44) Окатыши

Х+5—2699,6-302,95Де-794,Зр+2683,692^к^)-22002!(|(Ц1)+1,4бРе20з Я=0.94; (45; Х0.5=1191>6+124,15Де+414.69р-1191.14^)+986.38г01лг0,68Ре2О}К=0.82;(46) В случае необходимости прогнозирования свойств металлургическог сыр| для смеси агломерат + окатыши предлагаются следующие модели:

Явоо=159,1 +1,02Ре20з+6,9Де+75,1 р-211,9^+199.7Д* Я=0.92 (47)

<овоо=290,5+0.88Ре203-11,7де+27,5р-311,1^+316^ Л=0.88 (48)

Кю50=108,5+0,56Ре203+57,бДе+177,3^148,4^+72.121,4, Р(=0.79 (49)

<в«ио=-462+0182Ре2Оз+47,1 бДе+219,12р+305,942ц^-345,1 Я=0.85 (50)

ДН=624-0,20Ре203-8.7де-171.4р-4042к^+397.42к4, Я=0.8 (51)

др=1852+0>64ре20з+202.3де-82.1р-1455,92к^+1143.22|,4, Я=0.72 (52)

Разработанные модели обеспечивают удовлетворительную точность п| гнозирования свойств для практических целей. Резервом повышения их точ сти является учет технологических факторов.

Разработанная методика программно реализована на ПЭВМ для оца свойств железорудных материалов при изменении состава и соотношения ходных шихтовых компонентов в условиях производства агломерата или окатышей

Она использована, в частности, для исследования влияния химичесх состава на металлургические свойства агломерата ДМК, включающие исход» экспериментальную информацию о составе и холодной прочности на удар и тирание и расчетные показатели качества в соответствии с ГОСТ 19575-8 21707-76. При этом сопоставление зависимостей изменения свойств агломер от содержания Ре,^ позволяет решать вопросы оптимизации его качества. * например, совместный анализ зависимостей горячей прочности (Х*5> и вос< новимости (Яюм). приведенных на рис.11, позволяет заключить, что одно! менно достичь максимальных значений этих свойств невозможно. С точки : ния достижения удовлетворительной прочности X«* > 60% и восстановимс агломерата Яюм > 70%, приемлемое содержание Рвовщ составляет 52-53%.

Наличие моделей шихты, шлаковых и железоуглеродистых расплавов позволяет осуществить моделирование восстановительной плавки по схеме: "111ихта"+ 'Технология" = "Продукты плавки". Тем самым создаются определенные предпосылки для устранения затруднений, связанных с необходимостью учета на различных этапах фазовых превращений в сырье и их влияния на распределение элементов между расплавами.

Рис.11.Оптимизация агломерата по прочно- В настоящей работе в отли-

стии восстановимое™ (о-Х,5,%, Д-) чие от традиционных подходов с

позиций балансных методов коэффициенты распределения элементов задаются не константами, а рассматриваются как величина переменная, зависящая от конкретных шихтовых и технологических условий. Решение указанной задачи осуществлено на основе "сверток" параметров указанных подсистем, и показателя богатства шихты -%Ре203.

При подготовке выборки для устранения эффекта "зашумленности" данных о работе доменной печи осуществляется усреднение со "скольжением" по 5 суткам. На основе обработки данных программными средствами прикладной статистики за период январь-июнь 1998г. получены следующие прогнозные модели для коэффициентов распределения элементов:

Ц- •1937+5,6%Ре2Оз+255Де-3968р+3285Д(1+1803ден+Рп =0.77 (53)

1-51= 498-4,2%Ре2Оз+41 ,ЗДе+186р+1389дс)-337ден+рт2 =0.67 (54)

1-Мл: где РТ1 = =16-0,1%ре203-2,4де-30р-20,4д<^-10,5ден+ртз , =0.71 (55)

-0,464Рпг-0,042КДуг-0,05Тк.г.+88,7Руд.н.+23,525кок (56)

^2= -0,234Рпг+0,019Ндут-14.54Рк.г.-7,65Руд.к-19,31Бкок (57)

РтЭ= -0,001 Япг+0,001 ЯДут+0,001 Тк. г. -0,443Руд. н. -0,0525кок (58)

Здесь: Рт1, Рт2, Ртз - факторы -"свертки" технологической информации; ЯПг - расход природного газа, (м3/т); ТДут - расход дутья, (мЗ/мин); Ркг - давление колошникового газа, (ати); Тк - температура колошникового газа, (ати); Руд.н. -. рудная нагрузка, (т/т); Экок - сера в коксе.

Программа решает следующие задачи: - расчет количества и состава продуктов плавки по составу подачи на основе материального баланса плавки; -расчет интегральных физико-химических критериев, характеризующих структуру конечного шлака; - прогнозирование физико-химических свойств конечного шлака (вязкость, плавкость, поверхностное натяжение, электропроводность, плотность).

Программа функционирует в подсистеме "Оптимизация" и сдана в постоянную эксплуатацию в составе АРМа "Доменщик" ДМК им.Дзержинского, комбината им.Ильича, ЗСМК.

Х+5,' 66 -63 60 +

57 49

Я1050, % 74.1

72.4

70.7-

51

53

69.1

Глава 5. СОЗДАНИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОЕ СКВОЗНОГО АНАЛИЗА ПРОИЗВОДСТВА И КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА

'Сплошная компьютеризация" научно-технических служб на основе со временных информационных технологий является основной предпосылкой дп: сквозного анализа производства металлопродукции и стратегическим капитале вложением, в значительной степени определяющим успех предприятия в борьб за "выживание".

Главной задачей компьютеризации научно-технических служб комбинат является обеспечение специалистов научно-технических и инженерных служ . заводоуправления оперативной информацией и современными инструме> тальными средствами для углубленного анализа технико-экономических показг телей и оптимизации управления производством за счет привлечения соврс менных достижений академической и отраслевой науки, соответствующих те) нических средств и организации работы технолога с информационно-ан; литической системой в режиме тандема взаимной дополнительности. Лучшей формой организации такой Среды являются АРМы. Критерием эффе! тивности АРМа являются его интеллектуальные возможности, характ« ризующиеся уровнем решаемых задач - оценкой надежности данных и их лоп . ко-аналитической обработкой для оптимизации, получением дедуктивных выв< дов или интеллектуального синтеза.

Работа над созданием конкретного АРМа начинается с изучения инфо| мационных потоков. Информация структурируется по уровню (технологически управленческий, системный), по назначению (технологическая, экономическа нормативно-справочная) и по переделам (агломерат, чугун, сталь, прокат). О, новременно разрабатывается поэтапная программа работ, в основу которой п ложена стратегия создания интегрированной разветвленной компьютерной сет включающей базы данных фундаментальной, технологической и нормативн справочной направленности, вычислительный комплекс для всесторонней м тематической обработки данных и проблемно-ориентированные комплексы интеллектуально-логическими элементами для анализа, прогнозирования и о тимизации технологических процессов. Особое внимание уделяется процедуре "сжатия" информации в виде отчетных форм, графиков, картограмм передава мым по каналам сети для анализа Верхним Уровнем Управления.

При организации информационной Среды целесообразно применять те нологию распределеннных баз данных.

Концептуальная схема компьютеризации научно-технических служб м таплургического комбината представлена на рис.12.

Разработанная концепция компьютеризации научно-техничеких служб м таплургического комбината, охватывающая сквозной анализ производства м талпопродукции, прошла опытно-промышленное опробование в условиях Дне ровского металлургического комбината (23 ] и сдана в эксплуатацию.

В ходе этой работы специалисты комбината привлекались в качестве кс сультантов и экспертов, осваивали основы компьютерной грамотности, участе вали в алгоритмизации разработок по переделам. Совместно со специалиста! общезаводской АСУ выполнялся анализ информационных потоков, прорабат вались вопросы создания структуры баз, разрабатывались интерфейсы их ст ковки. Так, например, при разработке АРМов по переделам было

Рис.1?..Система сквозного анализа производства металлопродукции и условиих ДМК

охвачено 22 ведущих специалиста комбината, в том числе начальь аглодоменного и сталеплавильного отделов, отдела разливки, стандартизац1 нормирования.

Наиболее полную проработку и апробацию прошли разработки прим тельно к агломерационному, доменному, сталеплавильному процессам, а тг непрерывной разливке. В настоящее время прорабатываются вопросы созд; АРМа заключительного передела "Прокатчик".

Система анализа производства чугуна реализована в АР "Агломератчик" и "Доменщик".

АРМ "Агломератчик", как и все другие АРМы, представляет о открытую экспертную систему, включающую формализованный опыт технол совмещенный с разработанными нами [34] методами обработки даннь инженерных расчетов. Система содержит информационный, проблем прикладной и системный блоки. Информационный блок содержит фиксируем АСУТЛ и специально пополняемые в ручном режиме показатели о рг передела, специальный интерфейс обеспечивает стыковку баз данных с Пак статистики, средствами многокритериальной оптимизации, проблем! программами.

Созданы программные средства организации, накопления, анали графической интерпретации текущей информации о шихтовке, выго агломерата, сопоставительного анализа расчетного состава агломера фактическим, средства графического сервиса и генерации отчетных форм. Подсистема инженерных расчетов обеспечивает решение прикладных зад -оперативный анализ результатов работы аглофабрики за л указанный период и формирование отчетных форм для принятия решен! Верхнем Уровне Управления;

- расчет химического состава и свойств агломерата по расходам и сс материалов с различным периодом дискретности: бригада, смена, сутки и т.д.;

- прогнозирование на основе параметров структуры шлаковой свя содержания РеЛ(%) металлургических свойств агломерата, перечисленных £ На рис.13 в качестве примера представлена функциональная схема органи накопления и анализа суточных данных о работе доменных печей в сс АРМа "Доменщик".

Проблемный блок позволяет решать комплексы задач:

- материальный и тепловой баланс ( с дискретностью смена - сутки - I указанный период);

- расчет шихты;

- прогноз состава и свойств продуктов ппавки по составу подачи; -анализ показателей плавки за любой исследуемый период (до сопоставимых периодов);

-прогноз свойств шлака - вязкости, плавкости.поверхностного натяз серопоглотительной способности;

• расчет степени отклонения системы "шлак-металл" от равновесия;

- приведение показателей работы печей к сопоставимым условиям и др.

Аналогичную структуру имеют подробно описанные в работе АРМы переделов.

Анализ показателей плавки проводится на основании инжe^ расчетов доменной шихты с цепью углубленного анализа восстановит! работы горна, В частности, вычисляются степень прямого восстанов индекс косвенного восстановпения, теоретическая температура гс

шнетическая энергия дутья, степень использования водорода и СО. Эти параметры в последующем используются для анализа эффективности работы печи для технологических и научно-исследовательских целей. Информационно-поисковая система обеспечивает выборку и средневзвешивание данных их БД за любой исследуемый период. Предоставляется возможность анализа за несколько периодов одновременно.

ЦХЛ

ДОМЕННЫЙ ЦЕХ

СЕРВЕР ЦЗЛ- Базыданных

АСУП

Фактические тех.-эконам. параметры

Плановые техника- эконом, показатели

Простои

Ресурсы

Показатели качество кокса

СЕРВЕР ОБЩЕЗАВОДСКОЙ СЕТИ

Базы технологических данных

АРМ ДОМЕНЩИКА

Ваза моделей

Приведение показателей ДП к сопоставимый условиям

Материально-тепловой баюис

Прогитироанш свойств тыка

Проверочный расчет шихты

Рис.13. Функциональная схема организации накопления и анализа суточных данных о работе доменных печей

Реализован пофакторный анализ производительности печи и расхода кокса. Средствами АСОД уточняются доли влияния анализируемых факторов ("ресурсов^ на изучаемый параметр. Всего предусмотрен анализ более 40 различных градаций основных факторов с выражением их в процентах увеличения или уменьшения производительности печи и расхода кокса.

Выходная форма имеет динамическую структуру и генерируется в зависимости от указанных Пользователем факторов.

Анализ технологических процессов в сталеплавильных агрегатах реализован в АРМах 'Сталеплавильщик" и "Разливщик" в полном соответствии с общей технологией создания АРМов на уровне экспертных систем.

Подсистема "Сталеплавильщик" опирается на информационную базу данных, основанную на фактически действующем паспорте данных ОТК и цеховой АСУТП. Подсистема обеспечена сервисными средствами выборки и слияния баз за любые периоды, пофакторным анализом технико-экономических показателей плавки, а также моделями, обеспечивающими решение следующих задач:

- расчет расходных коэффициентов и остаточных содержаний марганца, серы и фосфора в стали при изменении состава и расхода чугуна жидкого и твердого, металлолома, ферросплавов или их отходов, извести, известняха, железорудных материалов, кислорода и требуемых конечных параметров -температуры стали, основности шлака, содержания углерода после остановки продувки;

- выбор оптимального (из имеющихся в наличии) набора сплавов при легировании стали в конвертере ;

- выбор способа достижения заданного в готовой стали содержания углерода - с науглераживанием и без науглераживания металла в ковше;

- выбор способа достижения заданной температуры металл? при дефиците металлолома с различными способами охлаждения;

- выбор способа достижения заданной температуры металла при дефиците чугуна;

- выбор оптимального набора сплавов для раскисления и легирования стали в ковше;

- выбор способа достижения заданного содержания серы и фосфора в стали;

- прогнозирование при изменяющихся шихтовых и температурных режимах отклонений хода процесса от оптимального.

Подсистема "Разливщик" опирается на машинный паспорт передела разливки и информацию, поступающую на сервер НПО с цеховой АСУТП. На рабочей станции 8 отделе разливки создана интегрированная база данных и обеспечены сервисные средства оперативного просмотра, корректировки, поиска, обработки показателей передела, включающего 98 полей адресно-технологической информации и 54 поля, характеризующих режимы водо-воздушного охлаждения. Разработана подсистема инженерных расчетов анализа показателей плавки за любой период и программные средства формирования Сквозного Паспорта Плавки.

Все АРМы обеспечены базой данных нормативно-технической информации на продукцию комбината "Госты".

Этап промышленного опробования разработок не только подтверди; эффективность технологии комплексной компьютеризации научно-технически> служб комбината на базе локальной компьютерной сети, но и стал поворотныь моментом в реализации выработанной на отправном этапе концепции, т.к функционирование сети стало неотъемлемой частью производственное процесса сотрудников НПО.

Таким образом, созданы технологические основы для сквозного анализ; производства металлопродукции и выбора рациональных технологических схе» производства метаплопродукции по принципу "Сырье+Технология : Производство+Качество" как на информационном, так и модельном уровнях.

Наличие фонда моделей по переделам и единая методология их создания по модульному принципу (каждый вариант технологии представлен соответствующим модулем) позволяют обеспечить их наращивание в процессе развития алгоритмов и осуществить генерацию моделей металлургических процессов в единую сквозную модель с целью организации оптимальной схемы производства металла заданного качества.

В качестве иллюстрации методологии решения этой задачи на основе разработанных в ИЧМ с участием автора моделей по переделам [25] в работе описаны результаты вычислительного эксперимента на примере технико-экономического анализа путей достижения низких концентраций серы в стали по критерию суммарных эксплуатационных затрат (СЭЗ) в комппексе доменный цех (ДЦ) - установка доводки чугуна (УДЧ) - конвертерный цех (КЦ) - устройство доводки стали (УДС).

Полученные результаты графически проиллюстрированы в работе и сведены в таблице 7

Таблица 7. Сопоставление СЭЗ в комплексе ДЦ-УДЧ-КЦ-УДС при различных способах получения низкого содержания серы в готовой стали.__

Отношение СЭЗ Охлаждение плавки Прочие параметры Величина отношени я СЭЗ

Отношение СЭЗ при удалении серы в конвертере к СЭЗ при внепечной десульфурации чугуна Ломом Рудой - 1.076 1.126

Отношение СЭЗ при внепечном удалении серы из стали к СЭЗ при внепечной десульфурации чугуна Ломом Рудой Кислая футеровка сталеразливочного ковша Основная футеровка Кислая футеровка сталеразливочного ковша Основная футеровка 1.045 1.03 1.075 1.05

Отношение СЭЗ при увеличении степени десульфурации в доменной печи (5исх=0.06%) в сочетании с внепечной десульфурацией чугуна и стали к СЭЗ при внепечной десульфурации чугуна и стали Ломом Рудой" При достижении в доменной печи 0.04% Э При достижении в доменной печи 0.02% Э При достижении в доменной печи 0.04% Б При достижении в доменной печи 0.02% Э 1.017 1.03 1.038 1.05

В результате было установлено следующее:

- с повышением степени десульфурации чугуна СЭЗ, как правило, снижаются, исключение составляют случаи с неудовлетворительным скачиванием шлака -уже при содержании серы после УДЧ менее 0.02% масса серы в шлаке превышает массу серы в чугуне, при дальнейшем снижении серы затраты на десульфурацию растут, но содержание серы в стали заметно не снижается, что вынуходает увеличивать количество додувок для ее удаления;

- самый экономичный реагент для десульфурации чугуна - магний,

самый дорогостоящий - карбид кальция, (известь занимает промежуточное положение);

- тщательное удаление шлака после УДЧ уменьшает СЭЗ, несмотря на дополнительные потери чугуна при этом.

- увеличение степени десульфурации чугуна приводит к снижению СЭЗ е комплексе ДЦ-УДЧ-КЦ-УДС, даже при наличии десульфурации стали.

- борьба с серой в процессе доменной плавки сопровождается увеличениек, суммарных эксплуатационных затрат в комплексе ДЦ-УДЧ-КЦ-УДС.

- наиболее экономичным путем решения проблемы является десульфураци! чугуна, далее следует внепечная десульфурация стали и увеличение стелен! десульфурации в доменной печи. Наиболее дорого стоит увеличение степени де сульфурации в конвертере.

Изложенные здесь результаты получены в конкретных условия Днепровского металлургического комбината и поэтому не являютс безусловными и окончательными. В других условиях (например, при наличи низкосернистого кокса) результаты могут измениться. Важно то, что имеете инструментарий, позволяющий выбрать оптимальный вариант производства конкретных сырьевых и технологических условиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Разработаны алгоритмы расчета интегральных и парциальных пар метров "свертки" химического состава шлаковых и металлических расплавов I основе теории направленной химической связи. Показано, что перевод и формации о составе многокомпонентных систем на язык модельных параметр! позволяет "унифицировать" набор физико-химических критериев и обеспечи минимальную их избыточность при модепировании термодинамических свойс металлических и шлаковых расплавов и результатов взаимодействия в систе! "Шлак-Металл*.

2. Разработаны новые физико-химические критерии ЛАе, ¿¡2? и I характеризующие степень отклонения параметров структуры оксидных металлических расплавов как химически единых систем от механической сме их' компонентов. Результатами анализа представительного материала термодинамических свойствах бинарных и многокомпонентных расплае показано, что использование комплекса этих критериев позволяет учитыв; влияние микронеоднородности строения расплавов на их свойства.

3. На основе накопленных в базах ретроспективных фундаментальк данных разработаны модели для оценки рафинирующей способности шлэкое расплавов в условиях окислительной и восстановительной плавок. Выпот сопоставительный анализ сульфидной емкости шлаков доменного и ста плавильного процессов, внепечной обработки чугуна и стали.

4. Разработаны концептуальные требования к базам данных, методоло систематизации и принципы паспортизации данных. Обсуждены проблем* принципы организации баз данных о свойствах шлаковых расплавов и шлг образующих смесей, термодинамических данных системы "Шлак-Металл-Га: свойств железорудных материалов. Проработаны методологические вопр1 создания фонда моделей металлургических систем и процессов взаимодействия на макро- и микроуровнях, обеспечивающие тандем взаим дополнительности с информационной средой.

5. С целью информационного обеспечения исследователей-металлу| экспериментальными данными о физико-химических и технологических свойс-металлургических систем созданы базы документально-фактографиче< данных о свойствах шлаковых расплавов "Шлак", шлакообразующих см« "ШОС", термодинамических данных "Шлак-Металл-Газ", физико-химичесю металлургических свойствах железорудных материалов "Шихта".

6. С позиций теории физико-химического моделирования выполнен анализ накопленных в базах ретроспективных данных о физико-химических свойствах шлаковых расплавов и уточнены прогнозные модели для вязкости, плавкости, электропроводности, поверхностного натяжения, плотности в диапазоне химического состава доменного и сталеплавильного производств. Разработаны модели для прогнозирования указанных свойств шлаковых смесей для непрерывной разливки стали, а также плавкости бетонов. Расчет указанных свойств реализован в программном комплексе "Оксид" и включен в состав технологических АРМов ДМК, комбината им.Ильича, ЗСМК.

7. Установлена важная роль перезарядки при переходе ионов серы, фосфора, марганца и кремния через границу металл-шлак. Развит сформулированный Куликовым И.С. тезис, согласно которому термодинамический анализ равновесий в системе металл-шлак должен базироваться на анализе системы как таковой, а не отдельных химических реакций между произвольно выбранными компонентами. Показано, что сочетание интегральных модельных параметров Де и р (для шлаков) и 2У и с1 (для металлических расплавов) характеризует химическую индивидуальность любого конкретного состава металлургического расплава. Их использование позволяет отказаться от рассмотрения кооперативных ионообменных процессов как суммы отдельных реакций.

8. С позиций концепции кооперативного характера ионообменных процессов рассмотрено поведение фосфора, серы, кремния", марганца в системе металл-шлак. Получены точные регрессионные уравнения, описывающие в модельных терминах распределение этих элементов, их концентрации и активности в различных условиях взаимодействия расплавов. Создана база ретроспективных данных о равновесном распределении серы и фосфора между металлом и шлаком. Получены прогнозные модели для равновесных коэффициентов распределения серы и фосфора в условиях восстановительной и окислительной плавки.

9. На основе ретроспективных данных базы "Шихта" изучен комплекс свойств агломератов и окатышей практически всех окомковательных фабрик стран СНГ в широком диапазоне концентраций компонентов состава и свойств.

Проанализированы с использованием факторного анализа различные варианты "свертки" химического состава железорудных материалов через интегральные физико-химические критерии, характеризующие состав шлаковой связки. Установлено, что наиболее целесообразно использовать для "свертки" шлаковую связку без Рег03, выделив концентрацию РегОз, в качестве самостоятельного параметра.

10. Разработаны модели для прогнозирования основных физико-химических и технологических свойств агломератов и окатышей. Применительно к шихтовым условиям ДМК реализована методика оценки влияния химического состава на металлургические свойства агломератов и выбора его оптимального состава при Рвовщ в пределах 49-54 %.

11. Предложена методология прогнозирования коэффициентов распределения элементов в системе "Металл-Шлак" как функций конкретных шихтовых и технологических условий. Модели включены в состав АРМа "Домещик", функционирующего в среде локальной вычислительной сети ДМК с целью выбора оптимального состава подачи, обеспечивающей заданный шлаковый режим.

12. Разработано базовое прикладное и системное программное обеспечение для анализа физико-химической и технологической информации, включа-

ющее средства работы с базами данных и их стыковки с прикладными программами, сервис работы с многомерными данными и инструментальные средства "свертки" физико-химической и технологической информации, оригинальные средства многокритериальной оптимизации технологических процессов .

Проработаны и опробованы в промышленных условиях методологические и технологические основы создания системы сквозного анализа производства и качества металлопродукции путем создания АРМов по переделам. Изложен опыт "сквозной" компьютеризации научно-технических служб ДМК.

13. Реализована методология решения задач оптимизации сквозных технологий на примере технико-экономической оценки различных вариантов достижения низких концентраций серы в стали в виде сквозной модели производства жидкого металла в комплексе Доменная печь - Установка доводки чугуна - Конвертерный цех - Установка доводки стали.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ

ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Тогобицкая Д.Н. Информационно-математическое моделирование шлаковых и железоуглеродистых расплавов // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1998. - N4. - С.7-10.

2. Тогобицкая ДН. Моделирование межфазного распределения элементов в системе "металл-шлак" при выплавке чугуна // Металлургическая и горнорудная промышленность,- 1999. - N1. -С.115-119.

3. Приходы® Э.В., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н. Физико-химические критерии для оценки свойств оксидных расплавов в металлургии // Вопросы теории и практики производства чугуна. - М.: Металлургия -1986. - С.25-28.

4. Тогобицкая ДН., Хамхотько А.Ф., Варивода О.И., Лихачев Ю.М. Моделирование на ЭВМ свойств оксидных систем //Изв.ВУЗов.Черная металлуртия.-1991г.-№12.С.41-45.

5. Приходы® Э.В., Тогобицкая Д.Н. Физико-химическое моделирование процессов межатомного взаимодействия в металлургических расплавах II Вестник Приазовского государственного технического университета:Сб.научлр,- Вып.7. - Мариуполь.- 1999. -С.72-82.

6. Тогобицкая Д.Н., Прихздько Э.В. Система "металп-шлак" как объект моделирования // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев. - Наукова Думка.-1998.-С.98-104.

7. Горбачев В.П., Янковский A.C., ЛагттевА.И., Марьясоа М.Ф., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н. Прогнозирование свойств магнезиально-тиноземистых доменных шпаков II Изв.вузов. Черная металлургия. -1988. - N12. - С.15-18.

8. Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н., Головко ЛА, Гарафутдинов Р., Баддаев Б.Я. Свойства шпаков для непрерывной разливки корогионностойких сталей // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1994. - №4. - С.15-17.

9. Жмойдин Г.И., Тогобицкая Д.Н. Авторизованный компьютерный продукт в отечественной металлургии U Известия РАН. Металлургия. Металлы. - 1S96. - №1. - С.29-45.

10-Жмойдин Г.И., Тогобицкая Д.Н. Проблема информационного обеспечения теоретической и прикладной металлургии //Известия АНССР. Металлы.-1991,- №3. - С.218-223.

11.Тогобицкая Д.Н., Бродский С.С., Жмойдин Г.И. От баз данных к базам знаний в металлургии - технологический уровень // ИзвАН.Металлы.-1998. - N26.- С.27-43.

12.Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. Методология создания базы знаний о свойствах сталей и сплавов II Металознавство та обробка метала. - Киев. -1996. - N3. - С.50-55.

13Литвинов Л.Ф., Дымченко E.H.. Старое Р.В., Тогобицкая Д.Н. Оценка влияния FeO и FeÄ на окислительную способность конвертерных шлаков по ходу продувки II Металлургическая и горнорудная промышленность. -1998. - № 2. - С.25-27.

14.Тогобицкая Д.Н., Хамхотько А.Ф., Лихачев Ю.М. Оптимизация металлургических технологий и коцепция создания информационно-интеллектуальных систем: Сб.н.т. II Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев.- Наукова Думка. -1995. - С.242-249.

15.Тогобицкая Д.Н., Григянец Р.Б. Системное, прикладное и проблемное программное обеспечение банка данных "Металлургия" И Известия АНССР. Металлы. -1991. - №4. - С.217-220.

16.Жмойдин Г.И., Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н.. Хамхотько А.Ф., Лихачев Ю.М. О паспортизации экриментальных материалов для банка данных "Металлургия" // Изв.ВУЗов. Черная металлургия. -1988. - N8. - С.136-139. '

17.Приходько Э.В.,Хамхотько А.Ф.,Тогобицкая ДН.База данных и модели для прогнозирования плавкости железорудных материалов //Сталь,-1998,- N9.- С.7-9.

18.Хамхотько А.Ф., Тогобицкая ДН., Дегальцев Ю.Г., Головко Л А Прогнозирование плавкости бетонов // Неорганические материалы.-1994. - №2. - Т.ЗО. - С.269-271.

19.Приходько Э.В., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н., Байрака М.Н. Оптимизация шихтовых и технологических условий доменной плавки на основе физико-химического и математического моделирования // Совершенствование технологии доменного производства. -М.:Металлургия. - 1988г. - С.52-56.

20.Тогобицкая Д.Н., Хамхотько А.Ф. Оптимизация состава доменной шихты с использованием физико-химического моделирования с целью экономии кокса // Экономия кокса в доменных печах. -М.: Металлургия. -1986.- С.66-70.

21.Приходько Э.В., Хамхотько А.Ф., Тогобицкая Д.Н., Гребенкин НА, Шепетовский ЭА, Зевин С.Л. Роль химического состава железорудных материалов в формировании их металлургических свойств. // Обзорная информация. Серия. Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна. - Вып.5. - 42с- М.: Ин-т Черметинформация. -1987,- С.1-25.

22.Тогобицкая ДН. Система анализа и выбора рациональных режимов работы металлургических агрегатов на ЭВМ // Черная металлургия. Наука-Технология-Производство. МЧМ СССР. -М.:Металлургия. -1989. - С.384-390.

23.Бродский С.С., Тогобицкая Д.Н., Несвет В.В. Опыт компьютеризации научно-технических служб Днепровского метгамбината // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1998,- №3. - С.125-128.

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

25.Старов Р.В., Тогобицкая ДН.,Харахулах B.C., Гладков НА.Матухно Г.Г. Сквозная модель производства жидкого металла, включающая технологию доменной и конвертерной плавок, внепечной обработки чугуна и стали // Металл и литье Украины. - Киев. -1995,-№1.-С.10-15.

26.Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. Базы физико-химических и технологичесхих данных для создания информационных технологий в металлургии. // Металлургическая и горнорудная промышленность. -1999. - №3. -С.17-21.

27.Айзатулов P.C., Анохин А.Б., Тогобицкая Д.Н. и др. Проблемы и политика энергоснабжения на Западно-Сибирском металлургическом комбинате // Сталь.-1997.- №8. -С.70-78.

28.Тогобицкая Д.Н., Гармаш Л.И. Физико-химические критерии для моделирования ионообменных процессов в системе металл-шлак применительно к неравновесным

условиям окислительной и восстановительной плавок // Тр.н-т-конференции "Teopv и технология производства чугуна и стали". - Липецк.-1995. - С.18-23.

29.Гладхов НА, Тогобицкая ДН.. Нестеров A.C. Особенности формирования жида фаз и их физико-химическая интерпретация // Тр.Меэедународной научно-техничеси конференции "Теория и технология аглодоменного производства поев. 100 летию дня рождения АДГотлиба". -1996,- С.83-87.

30.Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. Базы теоретических и технологических данных я информационных технологий в металлургии II Черная металлургия России и СНГ XXI веке. Сблрудов международной конференции. - Металлургия. -1994. - С. 178-10

31.Хамхотъко АФ.. Тогобицкая ДН., Лихачев Ю.М., Головко ЛА База данн "Шлакообразующие смеси для разливки стали. // Сб.тр. н-т-конференции "Teopw технология производства чугуна и стали". - Липецк. -1995. - С.287-290.

32.Хамхоты<о АФ., Тогобицкая ДН., Головко ЛА, Варивода О.И. База данных и моде для прогнозирования свойств шлакообразующих смесей II Tp.lX МНТК Теорю практика киоюроднонюнвертерных процессов. - Днепропетровск.-1998. - С.6Э-71.

33.Тогобицкая ДН. Инструментальные средства для выбора базовых режимов рабе металлургических агрегатов и экспертной оценки новых технологических решени Тр. t-й МНТК "Прогрессивные процессы и оборудование металлургическ производства". -Череповец. -1998. - С.166-169.

34.Тогобицкая ДН„ Хамхотько АФ., Цымбал ГЛ., Руденко Ю.Р., Деркач Н.В. Коми терная система анализа показателей агломерационного передела в среде локалы вычислительной сего ДМК // Тр. V международного конгресса доменщиков *Прс водство чугуна на рубеже столетий". - Днепропетровск. -19Э9. - С.130-133.

35.Старов Р.В., Тогобицкая Д.Н., Гладков НА и др. Технико-экономическая оце различных вариантов достижения низких концентраций серы в стали // Труды Г конгреса сталеплавильщиков.- Москва. - 7-10 октября 1996. - С .417-420.

АННОТАЦИИ

Тогобицкая Д.Н. Разработка методологии анализа и оптимизации л цессов производства чугуна и стали на основе моделирования саойст взаимодействия металлургических расплавов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук специальности 05.16.02 - Металлургия черных металлов - Националь металлургическая академия Украины. Днепропетровск, 1999.

Диссертация направлена на решение задач анализа и оптимизации те: логических процессов выплавки и обеспечения качества чугуна и стали. I работана концепция создания системы информационного обеспечения ме лургии фундаментальными физико-химическими данными о свойствах метал гических расплавов и результатах их взаимодействия, а также технологичесх данными о работе металлургических агрегатов. Проработаны методологиче* вопросы создания фонда моделей металлургических систем и процессоЕ взаимодействия на макро- и микроуровнях. Обоснован выбор физико-химиче критериев "свертки" информации о химическом составе многокомпонент железорудных материалов, шлаковых и металлических расплавов и разработ модели для прогнозирования свойств железорудного сырья и металлургиче шлаков различного назначения. На основе накопленных в базах ретроспекти! фундаментальных данных разработаны модели для оценки рафинирую способности шлаковых расплавов в условиях окислительной восстановительной плавок. Выполнен сопоставительный анализ сульфи,

емкости шлаков доменного и сталеплавильного процессов, внепечной обработки чугуна и стали.

На основе анализа параметров межатомного взаимодействия в расплавах разработана методика оценки влияния свойств среды и локального окружения компонентов металлургических расплавов на их распределение в системе "металл-шлак". Создана база ретроспективных данных о равновесном распределении серы и фосфора между металлом и шлаком и получены модели для прогнозирования их равновесных коэффициентов распределения в условиях восстановительной и окислительной плавок.

Проработаны и опробованы в промышленных условиях методологические и технологические основы создания системы сквозного анализа производства и качества продукции металлургического комбината на основе АРМов по переделам. Осуществлено их промышленное внедрение.

Ключевые слова: железорудные материалы, чугун, шлак, сталь, технологические свойства, распределение элементов, физико-химическое моделирование, базы данных, информационно-аналитические системы.

Тогобицька Д.М. Розробка методологи аналЬу та оптимЬацм процеЫв виробництва чавуну i стал! на ochobí моделювання властивостей та взасмодй металурпйних розплавш. Рукопис.

Дисертацш на здобуття вченого ступеню доктора техшчних наук по спец!аль-hoctí 05.16.02 - Металурпя чорних метал1в - Национальна металурпйна академ'ю УкраТни. Днтролетровськ, 1999.

Дисертац1я направлена на вир1шення задач аналЬу ¡ оптимюацп техно-лопчних процеав виплавки и забезпечення якосл чавуну i crrani. Створена система ¡нформацмного забезпечення металург» фундаментальними фшко-х!м1чними даними про властивосп металурпйних розплавш i результата íx взаемоди, а також технологмними даними про роботу металурпйних агрегатт, .Обфунтований виб|'р ф|'зико-х1м!чних критермв "згортки" шформац» про х!м|'чний склад багатокомпонентних эал13орудних матер1ал!в, шлакових ¡ металевих розплав1в ¡ розроблен! модел1 для прогнозування властивостей залЬорудноТ сировини i металурпйних шламе р|'зноман|'тного призначення. На ochobí аналЬу параметр|в мокатомно! взаемоди в розплавах розроблена методика оцмки впливу властивостей середовища i локального оточення компоненте металурпйних розппав'ш на íx розподт в систем'! "метал-шпак". Створена база ретроспективних даних про рюноважний розподт арки i фосфору мЬк метаном i шлаком ¡ одержан! модел! для прогнозування íx р1вноважних коефщгёнл'в розподту в умовах вщновлювально'!' i окислювально'Г плавок.

Опрацьован!- i випробуваж в промислових умовах методолопчж ¡ технолопчж основи створення системи наскрЬного анал1зу виробництва i якосл продукцй' металурпйного комбмату на ochobí APMÍb по передтам. Здйснено íx промислове запровадження.

Ключов1 слова: зал1зорудн1 матерали, чавун, шлак, сталь, технологчш властивосп, розподт елемент|'в, ф1зико-х|'м1чне моделювання, бази даних, ¡нформац|'йно-анал|'тичж системи.

Togobitskaya D.N. Elaboration the methodology of analysis and optimization of pig iron and steel making processes basing on the modelling properties and interaction of metal solution. - Manuscript

Doctoral dissertation in speciality 05.16.02 - Metallurgy of ferrous metals -National Metallurgical Academy of Ukraine. Dnepropetrovsk, 1999.

Dissertation was directed for solution the problems of analyse and optimization technological processes of pig iron and steel smelting and guaranteeing their quality. It was created the system of metallurgy information securing by fundamental physical-chemical data about the properties of metallurgical melts and results of their interaction and also with technological data about the function of metallurgical units. It was based the choice of physical-chemical criteria for "coagulation" information about chemical composition of multicomponent ferrous materials, slag and metallurgical melts. It was warked out the models for prognostication properties of ferrous row materials and metallurgical slags of different application. It was developed the methodology for estimation the influence of the environment properties and local surrounded of metalurgical melts components to their allocation into the "metal-slag" system based on the analys of interatomic interaction paramétrés in melts. It' was created the base of retrospactive data about equlibrium distribution of sulphur and phosphorus among the metal and slag and obtained the models for prognostication their equlibrium distribution coeffcients in conditions of reducing and oxidizing fusions.

It was studed and industrial tasted methdollogical and technological foundations for creation the system of on-line analisys manufacture and production quality based on automated working places for every convertion. Thay were industrially realized.

Key words: ferrous materais, pig iron, slag, steel, technological properties, elements disribution, physcal-chemical modelling, data bases, informatiion-analitic systems.