CC BY
45
зы (вниз) для увеличения тока дуги (сокращения длины дуги).
При ст(т) = 0 электрод останавливается в зоне опгимальнэго значения тока на заданное время выдержки тв = 5 + 10ТП для накопления заметного отклонения текущего режима от оптимального.
При ст(т) =-1 электрод перемещается вверх для уменьшения величины рабочего тока 1р(т)
(увеличения ДЛИНЫ дуги).
Если статическая характеристика энергетического режима ДСП Рд(т) = / [ 1Р (т)^ при выбранной ступени напряжения питания в окрестности экстремума может быть аппроксимирована параболой (обычно погрешность при этом не превышает 4—5%), то справедливо следующее соотношение:
= Кп (1 шг - 1Го )= А1 ■ Кп =
= К„-о-(г)-Кя-Агр, (4)
где Кп - коэффициент пропорциональности, опре-деляемый экспериментально или расчетным путем, являющийся динамическим параметром настройки
оптимизирующего алгоритма, программно реализуемого системой автоматической оптимизации (САО) управления энергетическим режимом.
При известном значении 3 и постоянной скорости перемещения электрода Ки можно определить ориентировочно продолжительность рабочего целенаправленного перемещения электрода для достижения оптимального режима Дтр :
Атр = V Пг • (5)
Кио(г)Кп
Расчетные траектории изменения Рд(т) и /р(г) в процессе оптимизирующего поискового режима при функционировании рассматриваемого метода представлены на рис. 3 и 4.
Рассмотренный алгоритм позволяет обеспечить выход с момента зажигания дуги на оптимальны й режим за один рабочий цикл.
В зависимости от используемого критерия управления САО способна увеличить производительность печи на 5^9% при сокращении расхода электродов на 1,4% и при одновременном снижении расхода электроэнергии на 1% [7].
Библиографический список
1. Марков Н.А. Электрические цепи и режимы дуговых электропечей. М.: Энергия, 1975. 130 с.
2. Ефроймович Ю.Е. Опгимапьныеэлекгрическиережимы дуговых сталеплавильных печей. М.: М егаллургшдаг, 1956. 98 с.
3. Энерготехнологические особенности процесса электроплавки стали и инновационный характер его развития / Смоля-ренко В.Д., Девитайкин А.Г., Попов А.Н., Бесчаснова М .А. // Электрометаллургия. 2003. № 12. С. 12-19.
4. Глинков Г.М., Косырев Д.Н., Шевцов Е.К. Контроль и автоматизация металлургических процессов: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1989. 352 с.
5. Информационные системы в металлургии: Учебник для вузов / Спирин Н.А., Ипатов Ю.В., Лобанов В.Н. и др. Екатеринбург: УПИ, 2001. 617 с.
6. АндреевС.М., АхметовУ.Б., БушмановаМ.В. Непрерывное измерениетемпературы жидкогометаллавпромышленных агрегатах и установках внепечной обработки стали // Энергосбережение, теплоэнергетика и металлургическая теплотехника: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 53-57.
7. Исследование целесообразности использования системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом ДСП / Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Ишметьев Е.Н., Писаревский Д.А. // Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. С. 87-96.
УДК 669.054.83
Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В., Полинов А.А.
О ВЛИЯНИИ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ ГАЗА НА ВЕЛИЧИНУ ЕГО РАБОТЫ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
В июле 2007 г. в доменном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» осуществлялся переход с офлюсованных окатышей ССГПО на неофлюсованные. Это происходило при изменении других условий в работе цеха.
В целом по доменному цеху изменения ОС -
новных показателей в связи с переходом от офлюсованных окатышей (ОФ) к неофлюсованным (НФ) были следующими (табл. 1).
С учётом сокращения содержания кислорода в дутье прирост удельной производительности по цеху, обусловленный переходом от ОФ к НФ, со-
ставляет 2,24%, а с учётом действия стабилизированного агломерата он оказался равным 1,43%, несмотря на значительное ухудшение качества кокса.
Снижение удельного расхода кокса с учётом влияния стабилизированного агломерата равно 4,8 кг/т чугуна.
В целом по коксохимическому производству показатель М10 при применении офлюсованных окатышей ССГПО составлял 8,81, а неофлюсован-ных - 8,90%; показатель М25 равнялся 85,46 и 84,71% соответственно. Основность агломерата по СаО/БЮ2 была повышена в среднем с 1,65 до 1,9.
Основные показатели работы доменной печи №1 в режиме перехода к реализации технологии доменной плавки на не офлюсованных окатышах ССГПО представлены в табл. 2.
Удельный расход кокса после полной замены офлюсованных окатышей ССГПО на неофлюсован-ные уменьшился на 10,1 кг/г чугуна, а всего топлива-восстановителя - на 7,8 кг/г чугуна (см. табл. 2).
Фактическое снижение производительности по сравнению с периодом работы на офлюсованных окатышах составило 1,36%, в то время как ухудшение качества кокса уменьшало её на 2,18%. За счёт применения неофлюсованных окатышей было обеспечено приращение производ-ства чугуна на 0,82%.
Средняя за 30 сут температура колошникового газа, замеренная по газоотводам, уменьшилась на 4 град, а уровень максимальной температуры в них снизился на 3 град. Различие в температурах по газоотводам сократилось с 90 до 79 град:
номер температура по периодам, °С
газоотвода ОФ НФ
1 311 229
2 310 308
3 225 248
4 221 256
Изменения в температурах колошникового газа сввдетельствуют об улучшении тепловой работы печи на неофлюсованных окатышах.
Температура периферийных газов по точкам вверху шахты по периодам составила:
номер сектора температура по периодам, °С
по окружности ОФ НФ
1 747 733
2 617 596
3 684 735
4 510 574
5 367 525
6 467 556
Средняя температура периферийных газов по периодам составила:
Таблица 1
Основные показатели по доменному цеху
Показатель ОФ НФ Изменение
Удельная производительность, т/м3 2,261 2,288 + 1,19%
Расход кокса, кг/т чугуна 449,9 443,3 - 6,6
Расход природного газа, м3/т чугуна 100,8 100,8 0
Всего расход топлива-восстановителя, кг/т чугуна 523,5 516,9 - 6,6
Содержание кислорода в дутье, % 26,4 25,9 - 0,5% абс
Таблица 2
Основные показатели работы доменной печи № 1 по периодам
Наименование показателя Периоды
ОФ НФ
Производительность, т/сут Удельны йрасход кокса (сухого, скипового), кг/т чугуна Удельный расход всего топлива, кг/т чугуна в том числе природного газа, м3/т чугуна Рудная нагрузка, т/т Простои, % к номинальному времени 3526 439,5 507.4 93,0 3,775 1.04 3478 429,4 499,6 96,1 3,789 0,29
период температура, °С
ОФ 566
НФ 620
Температуры в точках 1 и 2 с высокими значениями уменьшились , а в точках 4, 5, 6 с низкими значениями возросли. Интервал изменения температур по окружности снизился с 380 до 210 град, то есть в 1,8 раза.
Более ровная работа печи по окружности на неофлюсованных окатышах способствовала улучшению результатов плавки. Кроме того, интервал температур 525-735°С на неофлюсованных окатышах более благоприятен для службы футеровки, чем 367-747°С на офлюсованных.
Температура по показаниям радиальной балки в периферийной точке 12 по периодам составила: 307 (ОФ) и 231°С. Эти данные сввдетельствуют о самопроизвольном повышении загруженности периферии железорудным сырьём с переходом на неофлюсованные окатыши, что также обеспечивает улучшение результатов плавки
Основные показатели газодинамического режима работы печи по периодам видны из табл. 3.
На неофлюсованных окатышах печь работала достаточно ровно при более высоком общем пе-репаде давления газа, при более высокой степени уравновешивания шихты подъёмной силой газового потока и при повышенном коэффициенте сопротивления шихты движению газов в нижней части печи.
Увеличение общего перепада давления газов составило 6 кПа, степени уравновешивания шихты - 1,6%абс. при следующем изменении общего коэффициента сопротивления шихты движению газов, %:
на колошнике - снижение на 0,4; в распаре - рост на 4,3; в горне - рост на 1,6.
Верхний перепад давления газов снизился на 2,7% благодаря улучшению газопроницаемости, чему способствовало меньшее разрушение неоф-люсованных окатышей при восстановлении Нижний перепад давления газов увеличился на 5,9% вследствие смещения процессов восстановления к низу печи и в область более высоких температур. Такое смещение является общей закономерностью для развития технологии доменной плавки с улучшением качества железорудного сырья.
Рассмотрели изменение внутренней энергии доменной печи в условиях применения офлюсо-ванных и не офлюсованных окатышей.
Внутренняя энергия системы включает в себя кинетическую энергию поступательного движения частиц, потенциальную энергию вращательного движения частиц, кинетическую и потенциальную энергию колебательного движения атомов в молекулах.
Молекулы вдеального газа можно рассматривать как абсолютно упругие шары исчезающее малого размера, поэтому внутренняя энергия вде-
Таблица 3
Показатели газодинамического режима печи по периодам
Наименование показателя Периоды
ОФ НФ
Общий перепад давления газа, кПа 116 122
Степень уравновешивания шихты подъёмной силой газового потока, % 45,9 47,5
Скорость газа на пустое сечение печи в рабочих
условиях потемпературе и давление, м3/с:
на колошнике 1,/6 1,85
в распаре 1,54 1,5/
в горне 2,40 2,43
Динамический напор газа на пустое сечение
печи в рабочих условиях по температуре и
давлению, н/м2:
на колошнике 2,33 2,49
в распаре 0,96 0,9/
в горне 1,24 1,30
Коэффициент сопротивления шихты движению газа: на колошнике в распаре в горне 1113 11/30 6640 1108 1223/ 6/45
ального газа есть кинетическая энергия беспорядочного движения молекул.
Внутренняя энергия системы является функцией состояния и полностью определяется параметрами состояния системы (в частности, температурой) и не зависит от пути процесса перехода системы из начального состояния в конечное.
Энергия дутья и подводимое тепло обеспечивают протекание процессов в доменной печи, вызывают изменение внутренней энергии систе-мы и совершение работы.
В зависимости от характера процесса изменения внутренней энергии системы может быть разное соотношение между теплом и работой, которые в отличие от внутренней энергии не яв-ляются функциями состояния системы и зависят от пути процесса.
Действительно, движущиеся газы совершают работу, преодолевая сопротивление столба шихты, и чем больше сопротивление, тем больше величина работы, совершаемой системой.
Считая, что газы в доменной печи подчиня-ются законам для вдеального газа [1], на основании первого начала термодинамики для бесконечно малого количества тепла запишем:
^ = ёи + ёЛ,
где dq - бесконечно малое количество тепла; ёи- бесконечно малое изменение внутренней энергии; ёЛ - бесконечно малая работа.
Учитывая, что система совершает работу только против внешнего давления, запишем [2]
ёЛ = РёУ , тогда dq = ёи + РёУ.
(1)
Работа равновесного изобарического расширения или сжатия идеального газа при изменении объема от У до У2 равна
Л =| РёУ,
где Р - внешнее давление.
В этом случае поступающее тепло полностью расходуется на совершение работы.
С помощью уравнения состояния вдеального газа выразим давление через объем и температуру
л ='1рёу |
У1 У
с учетом того, что
РУ = Р2У2,
пЯТ
~ У
ёУ
пЯТ 1п —
У
окончательно работу вдеального газа без химических и иных превращений, сопровождающихся изменением внутренней энергии, определим по формуле
А = пЯТ 1п —, (2)
р
2
где п - количество молей; Я - газовая постоянная.
В результате протекания большинства реакций в доменной печи (горение кокса и природного газа, восстановление железа) происходит изменение количества газообразных веществ.
Работу образующихся газов определим по формуле
А = (п2 -п1)Яё£ АпЯТ1 + АпЯ(Т2 - Т1), (3)
где п1, п2 - число молей газообразных веществ в начале и в конце процесса; Т\, Т2 - соответственно температура твердых и газообразных компонентов .
Оценили работу изменения параметров состоя -ния газов в доменной печи при переходе с офлюсованных окатышей на неофлюсованные. Сравниваемые периоды имеют длительность по 30 сут.
Полученные результаты представлены в табл. 4.
Таким образом, ос новным и видам и являются: работа, совершаемая в результате образования газов при горении кокса и природного газа; работа всего газового потока при движении через слой шихтовых материалов.
В период работы доменной печи на неофлю-сованных окатышах величина работы газов, об -разующихся при горении кокса и природного
Таблица 4
Работа изменения параметров состояния газов в доменной печи
Вид работы в доменной печи Работа, МДж/г чугуна %
ОФ НФ ОФ НФ
1. Образование СО при горе-нииуглерода кокса 194,86 192,58 16,85 16,20
2. Образование СО и Н2 при горении природногогаза 239,61 233,05 20,72 19,60
3. Образование СО при прямом восстановлении железа 70,62 62,34 6,11 5,24
4. Образование СО при восстановлении примесей чугуна 9,35 10,36 0,81 0,87
5. Переход кислорода из ших-товых материалов в газ 134,67 138,60 11,65 11,66
6. Переход летучих кокса в газ 11,62 11,62 1,00 0,97
7. Работа, соответствующая снижению давления природного газа, поступающего в поток дутья 7,35 7,25 0,64 0,61
8. Работа всего газового потока при движении через слой шихтовых материалов 488,21 533,21 42,22 44,85
Всего: 1156,29 1189,01 100 100
газа, уменьшилась на 8,84 МДж/т чугуна (2,03%), что говорит о более эффективном использовании топлива- восстановите ля.
Работа газового потока при движении через слой шихтовых материалов в этот период увели -чилась на 45 МДж/т чугуна (9,21%), следовательно, более эффективно используется его тепло для процессов восстановления.
Библиографический список
1. Цымбал В. П. Математическое моделирование металлургических процессов. М.: Металлургия, 1986. 240 с.
2. АндрющенкоА. И. Основы технической термодинамики реальных процессов. М.: Высш. шк., 1975. 264 с.
3. Евстигнеев В. Л., Почвайтис В. С. Учет затрат тепла на газообразование в закрытой системе при составлении теплового балансадоменной плавки // Сталь. 2004. № 4. С. 18-19.
УДК 621.746.5.047:669.14.063.8:537.86
Великий А.Б., Казаков А.С., Филиппова В.П., Алексеев А.Г.
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И ХИМИЧЕСКУЮ НЕОДНОРОДНОСТЬ СОРТОВОЙ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
В настоящее время электромагнитное перемешивание (ЭМП) жвдкого металла на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является не -отъемлемой частью прогрессивной технологии получения высококачественного металла. Наибо-
лее широко устройства для ЭМП применяются на сортовых МНЛЗ, что объясняется меньшими раз -мерами поперечного сечения отливаемой заготовки Эти устройства могут размещаться в различных частях машины в зависимости от решаемых
