Математическая модель процесса транспортирования чугуна в конвертерный цех Текст научной статьи по специальности «Математика»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2008 р. Вип. № 18

УДК 656.2231

Гусев Ю.В.1, Гусев Д.Ю.2

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЧУГУНА В КОНВЕРТЕРНЫЙ ЦЕХ

Исследуется технология транспортирования жидкого чугуна из доменного цеха в миксер конвертерного цеха. Рассмотрены факторы, влияющие на ритм транспортного потока. Предложена модель, отражающая технологические параметры производственного и транспортного процессов, характеристики и количество оборудования и подвижного состава.

Одним из наиболее ответственных процессов металлургического предприятия является обеспечение конвертерного цеха чугуном в достаточном количестве и требуемого качества. При этом, основные качественные показатели - процентное содержание серы и температура перед сливом в миксер. Поэтому стремятся к сокращению времени доставки жидкого чугуна и, при необходимости, выполняют ряд промежуточных операций направленных на снижение содержания в нем серы.

Цикличность плавок ККЦ и выпусков доменных печей не совпадают, это несовпадение сглаживается оперативным запасом чугуна в миксере, и чугуном который находится в процессе транспортирования. Характерной особенностью материального потока жидкого чугуна в ККЦ является отсутствие фазы промежуточного складирования на стадии его зарождения (непосредственный слив чугуна из доменной печи в транспортное средство) и весьма ограниченные возможности «складирования» на стадии его погашения (миксер конвертерного цеха).

Выполненным анализом установлена недостаточная эффективность работы производственно-транспортного комплекса на участке ДЦ - ККЦ. Количество локомотивов и чугуновозов зависящие от длительности операций и особенно межоперационных простоев технологического процесса транспортирования чугуна не всегда обеспечивают нормальный ритм основного производства. Наиболее явно это отражается на работе доменного цеха, в котором имеются случаи снижения производительности доменных печей из-за задержек выпусков чугуна, по причине несвоевременной подачи чугуновозов. Количество таких задержек продолжительностью 20 минут и более составляет около 15 % от общего количества выпусков. Это приводит к значительным производственным потерям и свидетельствует о необходимости повышения качества принимаемых управленческих решений и использования для этого математических моделей рассматриваемого процесса, более точно отражающих существующее положение с учетом интересов всех участников потокового процесса. [1]

Исследования транспортной технологии, направленные на совершенствование системы управления перевозочным процессом и оптимизацию транспортных издержек, учитывающие вышеперечисленные факторы не выполнялись.

В связи с указанным, цель настоящей статьи - разработка принципов построения модели, учитывающей технологические параметры производственного и транспортного процессов, характеристики и количество оборудования и подвижного состава, изменяя которые становится возможным обеспечение плановых режимов работы доменного и конверторного цехов при минимальных транспортных издержках.

Предлагается построить такую модель на основе баланса технологических нормативов работы транспорта, доменного и конвертерного цехов. Под технологическим нормативом понимается в данном случае временной интервал между единичными составляющими дискретного потока, каким является поток чугуна от доменной печи до миксера конвертерного цеха.

ПГТУ. канд. техн. наук, доц.

2ПГТУ, аспирант

Количество чугуна, поступающего в миксер в смену, определяется объемом производства стали, с учетом расходных коэффициентов. Отсюда количество ковшей чугуна сливаемых в миксер в смену определяем по формуле:

^ = Семены / С[к Кк, (1)

где Семены - сменный выход чугуна из миксера, т; с] к - грузоподъемность ковша, т; Кк - коэффициент наполнения ковша.

Тогда интервал между подачами ковшей (технологический норматив) определяется следующим

образом Тккц = 1смены ' Як 'Кк/ Семены, ГДе ^мены ~ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СМеНЫ.

Миксер можно рассматривать как элемент технологической системы, который обладает входным и выходным материальным потоком. Входным является чугун, поступающий в чугуновозах из доменного цеха, выходным - самоходные, заливочные ковши, отправляемые в конверторное отделение. Таким образом, чугун в миксере является материальным запасом. Отсутствие запаса для ККЦ приводит к срыву его графика работы и, как следствие, к значительным потерям производства.

В зависимости от фактического количества чугуна в миксере на начало смены, технологический норматив может принимать значения в диапазоне от Т,™ до Т^ Наибольший (Т^) и наименьший (Ттт) интервалы определяются по формулам:

Ттж Семены Ч Кк/ (^смены (Рф Ртт) Ттт Семены Ч Кк/ С^смены (Ртах РфХ

где Рф - фактическое количество чугуна в миксере на начало смены; Ртт- минимально допустимое количество чугуна в миксере; Ртах - максимально возможное количество чугуна в миксере.

Задача доменного цеха - производство жидкого чугуна необходимого качества, в объемах позволяющих выполнить производственное задание сталеплавильным цехом.

Для выполнения этого условия средний интервал между выпусками чугуна доменными печами должен быть в пределах Ттт'пк — Тдц - Ттах 'пк, где пк - количество чугуновозов заполняемых за один выпуск чугуна.

Следовательно, в качестве обобщённого норматива для всей технологической цепочки следует принять значение:

1440 1440-д -К

и=-, или 10=---, (2)

И. • И» • пк бч

где - суточный объем перевозки чугуна;

пв - среднее количество выпусков, которое дает доменная печь за сутки; п„ - количество доменных печей обеспечивающих работу конвертерного цеха.

Задача транспорта заключается в обеспечении ритма всего процесса с технологическим нормативом равным Т0. Это возможно при количестве чугуновозов (1ЧК) и локомотивов (14,) не менее значений рассчитанных по формулам:

(3)

1 1 -пТ

О О 1

где Тоб - среднее время оборота ковшей, мин.;

Тл - продолжительность работы локомотивов за период одного оборота ковшей, мин; пт- средневзвешенное количество ковшей в сцепе (туре), перемещаемое одним локомотивом. Наиболее сложным в зависимости (3) является установление продолжительности оборота ковшей и работы локомотивов, которые можно представить в виде

п т

(4)

¿=1 ¿=1

где и - длительность ¡-й операции, тг - ожидание начала ¡-й операции, п - количество операций за период оборота ковшей, т - количество операций, в выполнении которых задействован локомотив.

Цикл оборота чугуновозных ковшей включает последовательность операций, часть которых имеет длительность с незначительным диапазоном изменений. Это операции слива чугуна из доменной печи, обмен ковшей у доменной печи и движение по перегонам. Продолжительность других операций зависит от влияния различных факторов:

- продолжительность десульфурации - 7\ = /(АЛ",//.,,//,,)• где A.V- разность содержания серы в чугуне на летке доменной печи и необходимое по техническим требованиям на сливе в миксер, пм - количество постановочных мест на линии ОДЧ;

- продолжительность взвешивания - Тв = f(nT );

- продолжительность формирования тура - Тм = f{nT, пк, Аte), где Аte - интервал между выпусками чугуна;

- продолжительность скачивания шлака - Тс = f{nT, р, АtH_c), где р - факт наличия

перевалочного ковша в туре, АtH_c - интервал от начала налива перевалочного ковша до начала скачивания шлака;

- продолжительность слива чугуна из ковшей в миксер - Тсм = f{nKp,nTj, где пкр - количество кранов работающих на сливе чугуна в миксер;

- продолжительность обработки ковшей - То = /(по-,А/ч 1(). где поб - количество оборотов ковша до обработки, Д/„,„ - интервал от начала налива ковшей до слива в миксер.

Кроме выполнения перечисленных операций на продолжительность оборота ковшей существенное влияние оказывают межоперационные простои, величина которых возрастает при уменьшении резерва перерабатывающей способности устройств, задействованных на выполнении указанных операций. [2]

Для расчета межоперационных простоев в подавляющем большинстве случаев применим аппарат теории очередей [3]. Наибольшие простои характерны для следующих операций и обслуживающих аппаратов: уборка ковшей из-под доменной печи - маневровые локомотивы; формирование туров - вывозные локомотивы; десульсурация - линии в ОДЧ, скачивание шлака - линии в ОСШ; слив чугуна в миксер - краны миксерного отделения ККЦ.

Продолжительность ожидания обслуживания (Тож) - функция характеристик потока требований на обслуживания (рь р2, ...), характеристик длительности обслуживания (ть т2, ...) и количества аппаратов обслуживания (А). При простейшем потоке требований и произвольном распределении продолжительности обслуживания продолжительность ожидания равна Тож = (р{Л,/и,<Ум,А), где X - интенсивность потока требований, ц - интенсивность

обслуживания, ои - среднеквадратическое отклонение интенсивности обслуживания.

Математическая модель транспортирования чугуна, на основе которой возможно управление этим процессом, имеет вид

Тоб = f{пк, пт, АS, пм, Ate, Р, АtH_c, пкр, поб, АtH_M ) + ц„ о,. А,). (5)

Функция (5) представлена в общем виде и требуется конкретизация зависимостей длительности операций от воздействующих на них факторов. С этой целью необходимо собрать и обработать статистические данные реального процесса перевозок чугуна выполнить дополнительные исследования.

Выводы

1. Предложена модель оптимизации управления производственно-транспортным комплексом на участке ДЦ - ККЦ, обеспечивающая синхронизацию технологических параметров и учитывающая характеристики и количество оборудования и подвижного состава, а критерием оптимизации является продолжительность оборота чугуновозных ковшей.

2. Расчетная формула определения количества чугуновозных ковшей для обеспечения планового объема перевозок уточнена с использованием теории массового обслуживания для оценки простоев ковшей в ожидании начала десульфурации чугуна.

Перечень ссылок

1. Парунакян В.Э. К вопросу формирования логистических цепей в транспортно-грузовых системах металлургических предприятий / В.Э. Парунакян, Ю.В. Гусев, Е.И. Сизова II В1сник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук. пр. - Mapiyno.ib. 2006. - Вип. 16 - С. 220 - 226.

2. Марфин М.А. Имитационная модель помогла повысить пропускную способность / МЛ. Марфин, П.А. Козлов, A.B. Бугаев II Промышленный транспорт. - 1986. - № 12. - С. 8 - 9.

3. РыжиковЮ.И. Теория очередей и управление запасами /К).И. Рыжиков. - СПб: Питер, 2001. - 384 с.

Рецензент: В.Э. Парунакян

д-р техн. наук, проф., ПГТУ Статья поступила 27.04.2008