CC BY
53
5. ПравдюкН.Ф. II Женевскаяконф. совет. ученых. М., 1959. С. 610.
6. Makin H.J., Gillies E.J., Inst Metals, 86, 108, 1958.
7. Parker E.R., Hazlett T.H. Principles of Solution Hardening. Relations to microstructure, 1954, p. 30. America Socity for Metals.
8. Дубский Г.А., Дубская Т.Я. Егорова Л.Г. Физика процесса накопления и сброса дислокаций и скрытой энергии при пла-
стическойдеформации металлов // Материаловедение итермическая обработка металлов: Междунар. сб. науч. трудов.
Магнитогорск, 2004. С. 19-25.
9. M akin M.J. Berkley Conf. 1961, disc. P. 308.
10. ФридельЖ. Дислокации. M.: Мир, 1967.
УДК 669.074; 621.783
В. Л. Евстигнеев, Т. В. Майорова, М. Ю. Рябчиков
ПРИМЕНЕНИЕ БАЛАНСОВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
В последнее время цены на ресурсы непрерывно растут, что требует от предприятий не -прерывного поиска новых поставщиков сырья. И доменное производство в этом смысле не ис-ключение. Как следствие - наличие больших колебаний химического состава компонентов шихты, что приводит к неоднородности химического состава чугуна на выпуске.
Предложенная методика позволяет при значительных колебаниях химического состава шихты путем корректировки шихтовок получать чугун с заданными показателями, а также путем проведения оптимизации состава доменной шихты понизить расход кокса - одного из самых дорогостоящих компонентов доменной шихты.
Таким образом, выбранным критерием оптимизации состава доменной шихты является минимизация расхода кокса. Учитывается влияние на систему следующих ограничений:
1) ^min < t < ^шах;
2) Мчуг = const;
3) 0,7Qmax < Qd < Qmax;
4) M3 = f(Vn, Мчуг),
где tmin, tmax, t - минимальная, максимальная и текущая температуры чугуна и шлака; Мчуг - усредненный выход чугуна, т; Qmax, Qd - максимальный и текущий расходы дутья; М3 - масса загружаемых шихтовых материалов, т; Vn - полезный объем печи.
Кроме того, в качестве ограничения может быть принят фиксированный, или изменяющийся в определенных пределах, расход какого-либо компонента шихты, в том числе пределы изменения соотношения агломерат/окатыши. Также к ограничениям необходимо отнести заданное содержание примесей в чугуне (Mn, P, S, Si), или пределы их варьирования.
Исходя из поставленной задачи, параметры доменного процесса как объекта управления раз-
делили на три группы: входные воздействия, параметры состояния и выходные величины. К входным воздействиям относятся: химический и сиговый составы железорудного сырья, кокса и флюса; соотношение их количеств в шихте; расход, температура, состав комбинированного дутья; расход, химический состав, температура природного газа и других дутьевых добавок; соотношение этих параметров. К параметрам состояния относятся: давление, температура и химический состав газа в различных областях печи К выходным параметрам отнесем: состав шихты; химический состав, температуру и количество чугуна, шлака, колошниковой пыли и газа.
За основу нами взята балансовая модель, с помощью которой характеризуем начальное и конечное состояние материальных и энергетических потоков в печи. Балансы отдельных элементов и окислов различаются формой в зависимости от того, какими компонентами шихты и дутья вно-сится каждый из них и с какими продуктами он уносится из печи. Согласно [1] уравнение баланса любого элемента X имеет следующий вид:
У р Х + фХА + тХ + кХК + У'Х, + 5Х„ =
/ ^ г г ^ фл т К д д 5
= [ Х ] + и (Х) + ПХп + у: ,
где рг, ф, т, к, У’д, 5 — расход соответственно /-го железосодержащего компонента (руды, агломерата, окатышей), флюса, марганцевой или магнезиальной добавки, кокса, дутья (влажного) и дутьевой добавки, кг(м3)/кг чугуна; и, П, Уг — выход соответственно шлака, колошниковой пыли и газа (влажного), кг(м3)/кг чугуна.
Расход материалов устанавливаем таким, чтобы, как минимум, были удовлетворены три условия:
1) расход кокса должен быть достаточным для проведения всех процессов;
2) поступление железа с компонентами шихты должно обеспечивать необходимое его содержание в чугуне;
3) компоненты шихты должны обеспечивать получение шлака заданной основности
Также могут быть установлены дополнительные условия:
4) содержание марганца (или фосфора) в чугуне должно соответствовать заданному значению;
5) соотношение БЮ2/Л1203 в шлаке должно равняться заданной величине;
6) содержание Mg0 в шлаке должно равняться заданной величине.
При прогнозе показателей доменной плавки в установившихся режимах использовали также методику [2]. Она включает определение состава шихты, расхода кокса и производительности до-меншй печи, температуры и расхода дутья, количества колошникового газа и его температуры, температуры газа на входе в зону замедленного теплообмена и потерь тепла при заданных параметрах процесса (влажности дутья и содержании в нем кислорода, расходе дутьевых добавок, химическом составе и температуре загружаемых шихтовых материалов).
В качестве показателя, характеризующего приемлемость параметров комбинированного дутья, использована теоретическая температура горения.
Для расчета степени использования СО и Н2 составим баланс отнимаемого ими кислорода. Полученное уравнение решим, используя экспериментальные данные, по соотношению между ними.
По результатам экспериментальных исследований соотношение между степенями использо-вания водорода С,н и монооксвда углерода Ссо описывается выражением:
Сн /Ссо = 1,41-1,07-Ссо .
Решаем систему уравнений:
[°,5 •( С0т -ССО + Н2 'С„ ) = 02,,„, кя/ (со = 1,41-1,07-Ссо
Рассчитываем расход дутья на основе определения допустимого общего перепада давления газа и коэффициента сопротивления шихты с использованием части информации по базо -вому периоду.
Зависимость перепада давления газа (йР) от расхода дутья Од описывается выражением:
йр = хш еГ,
где Хш- коэффициент сопротивления шихты.
Для базового периода общий перепад давления составляет:
ЛР = Р - Р,,
где Рд - давление дутья по исходным данным, кПа; Рк,г - давление колошникового газа, кПа.
Расход дутья на 1 м3 полезного объема печи равен:
О, = (КИПО^-ШО),
где Од.чуг - расход дутья на 1т чугуна, м ; 1440 -количество минут в сутках.
Связь общего коэффициента сопротивления шихты с коэффициентами кокса Хк и железоруд-ных материалов Хр можно представить в виде:
~ Ук + АрУр,
где ук, Ур - объемные доли кокса и железорудных материалов в шихте соответственно (ук + ур = 1).
Зависимость соотношения коэффициентов сопротивления (потерь напора в слое) железорудных материалов и кокса по материалам экспериментальных исследований имеет вид:
ЛР/ЛК = 7 + 0,59 • т,
где т - среднее содержание мелочи класса 0...5 в железорудных материалах, %.
На основе этого для базового периода получаем систему уравнений:
Лш ^ УК + Л> О” УК ) >
ЛР/ ЛК = 7 + 0,59 • т.
Решая эту систему, находим: Хр, Хк, что позволяет определить коэффициенты сопротивления , допустимый общий перепад давления и рас -ход дутья для рассматриваемых новых условий.
Для расчета показателей доменной плавки использовали метод, разработанный А.Н. Рам -мом [1], называющийся «комплексным» и заключающийся в том, что система уравнений материального баланса дополняется уравнением теплового баланса:
Р% + Ф%л + кдк + ^
где д (кДж/кг) с соответствующим ивдексом является тепловым эквивалентом, выражающим «приведенную» затрату тепла на все физикохимические превращения, которым подвергается в печи 1 кг компонента шихты.
470 £ 460
> 450
> 440 | 430 - 420 ^ 410 § 400 ° 390 | 380
Mar 26 Mar 27 Mar 28 Mar 29
Дата
Усредненные расходы кокса на тонну чугуна за 26-29 марта 2001 года: ряд 1 - данные по доменной печи № 1 ОАО «ММК»; ряд 2 - результаты расчетов по модели при известныхусловиях работы доменной печи № 1; ряд 3 - те же условия, но количество окатышей в шихте доведено до 80% от рудной массы
В результате решения системы уравнений общего и зональных тепловых балансов печи определяем температуру колошникового газа, температуру газа на входе в зону замедленного теплообмена и потери тепла.
Для вычисления показателей доменной плавки по уравнениям прогноза, помимо ис-пользования термохимических констанг, теплоемкостей и ряда других известных или принимаемых из практики данных, требуется задать некоторые характеристики, зависящие от кине -тических особенностей восстановления и теплообмена в печи, а также характеристику скорости схода шихтовых материалов, зависящую от газодинамики процесса.
Ход восстановительного процесса оценивался показателем степени прямого восстановления и степенью использования газов (цсо, г)н2). При расчете по балансу тепла в нижней зоне необходимо задать граничную температуру зон и разность температур шихты и газа на границе зон, вычисляя при этом температуру колошника из баланса тепла в верхней зоне.
Для решения задач оптимизации доменной шихты нами создано программное обеспечение. Поисковая задача заключается в оценке возможности выплавки чугуна из заданных шихтовых материалов, а также отыскании такого соотношения компонентов шихты, при котором расход кокса был бы минимален, учитывая при этом все наложенные ограничения. Решение поисковой задачи осуществляется методами нелинейного программирования.
В расчете шихты участвуют потенциально
наличные рудные материалы, добавки, а также кокс. Информация о наличии шихтовых мате -риалов вводится пользователем при заполнении или корректировке исходной таблицы.
Пользователь может задействовать те или иные ограничения, а также задать их численное значение. Параметры, используемые программой при решении системы материальнотеплового баланса, вынесены в отдельный файл, и пользователю в специальном окне пре-доставлена возможность редактирования всех этих параметров, что делает модель более гиб -кой. Ведется работа над подключением программы к существующей базе данных по доменной печи № 1 ОАО «ММК».
Разработанная модель может использоваться для расчета оптимального состава шихты и определения в результате решения системы уравнений тепловых балансов для разных зон печи некоторых показателей доменной плавки. Проверка работоспособности программы производилась на основании среднестатистических данных по доменной печи № 1 ОАО «ММК», а также на основании расчета [2].
В настоящее время в доменном цехе количество окатышей меняется в пределах 30-40%, и колебания удельного расхода кокса могут находиться в пределах 430-450 кг/т чугуна. Путем доведения количества окатышей до 80% можно снизить удельный расход кокса до 410 кг/т чугуна. Результат работы математической модели для периода работы доменной печи № 1 ОАО «ММК» с 26.3.2001 по 29.3.2001 представлен на рисунке.
Библиографическим список
1. Рамм А.Н. Современныйдоменныйпроцесс. ММеталлургия, 1980. 176 с.
2. Сибагатуллин С.К. Расчет технических показателей доменной плавки при изменении условий работы печи. Магнитогорск, МГТУ, 2000.
УДК 658.26:621.31.004.12
В. А. Игуменщев, А. В. Малафеев, В. В. Зиновьев
РАСЧЕТ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА В ЗАДАЧЕ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ЭКВИВАЛЕНТИРОВАНИЯ
Метод последовательного эквиваленгирова-ния успешно применяется на кафедре ЭПП МГТУ для расчета установившихся режимов систем электроснабжения. Преимущества использования этого метода в сравнении с широко распространенными матричными методами заключаются в том, что он обладает большей вычислительной эффективностью в условиях преобладания разомкнутых сетей над замкнутыми и слабой заполненности матриц. Кроме того, метод одинаково эффективен и обладает абсолютной сходимостью для любых раз нов вд ноете й экс -плуатационных режимов, от нормальных до ре -жимов короткого замыкания.
Первоначальная программная реализация этого метода на языке Фортран-1У, подробно рассмотренная в [1], предполагала трудоемкую ручную работу по подготовке исходных данных, заключающуюся в составлении таблиц пересылок для разомкнутых сетей и матриц связей для замкнутых сетей, которые в явном ввде задавали ход свертывания и развертыва-ния схемы. Любое изменение схемы, связанное с выводом в ремонт или аварийным отключением оборудования, вызывало необходимость в изменении нумерации элементов и полной пе-реработке таблиц пересылок. Кроме того, алго-ритм предполагал разные вычислительные процедуры для замкнутых и разомкнутых участков, причем процедура расчета замкнутой сети не всегда обеспечивала удовлетворительную сходимость. Необходимость в длительной подго-товке данных ограничивала область примене-ния метода лишь перспективным планированием режимов, не давая возможности использовать его при оперативных расчетах.
Развитие средств вычислительной техники и систем разработки программного обеспечения,
существенно упростившее написание графической оболочки, позволило модифицировать ме-тод последовательного эквиваленгирования для использования его при оперативном управлении режимами С этой целью была разработана новая реализация метода в интегрированной среде разработки Borland C++ Builder 3.0-6.0, свободная от названных выше недостатков.
В новой версии представление схемы и ее элементов основано на приёмах объектно -ориентированного программирования. Структура данных включает в себя несколько клас -сов. Базовый класс предназначен для описания схемы сети в целом и включает методы, орга-низующие расчет режима и работу с файлом. Отдельные стадии расчета относятся к классу несвязанных участков схемы. Класс подсхем (страниц альбома) отвечает за отображение их на экране и вывод результатов. Между отдель-ными подсхемами устанавливаются связи, являющиеся объектами самостоятельного класса. Использование свойств объектов, показывающих связи между ними, позволяет в иерархиче-ских системах осуществлять эквивалентное свертывание электрически связанных схем в любой узел. Каждый элемент является экземпляром соответствующего класса (трансформатор, воздушная линия и т.д.), являющегося, в свою очередь, наследником общего класса эле -ментов схемы. Свойства этих классов включают тип элемента, его порядковый номер, координаты входов-выходов, технические данные, диспетчерскую расцветку, наличие или отсутствие связи с другим элементом, методы - от-рисовку и перетаскивание элемента, установление связи при совмещении входов-выходов, расчёт параметров схемы замещения. Для выключателей предусмотрено свойство, опреде-
