Анализ технологических режимов доменной плавки

Содержание

 

1. Содержание …………………………………………………………………	3
2. Введение …………………………………………………………………….	4
3. Показатели работы доменной  печи ……………………………………….	6
4. Методы анализа показателей  доменной плавки ………………………….	9
5. Математическая модель  доменного процесса (модель –  УПИ) …………	11
6. Использование модели  для решения задач анализа  доменной плавки …	14
7. Заключение ………………………………………………………………….	15
8. Библиографический список ………………………………………………..	17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В период перехода к рыночной экономике, характеризуемой нестабильным спросом на металлопродукцию, изменением условий снабжения предприятий  железорудными материалами и  коксом, а также изменением цен  на сырье и железнодорожные перевозки, условия работы доменных цехов существенно  изменились. Эти изменения приводят к необходимости частых перешихтовок и периодическому переводу печей  на тихий ход. Нередко возникают  задачи выплавки чугуна по спецзаказам. Таким образом, доля времени, в течение  которого печи работают в переходных режимах, существенно возрастает, а, следовательно, возрастают потери, связанные с этими режимами работы печи. При управлении доменным процессом, по-прежнему, актуальной является задача снижения затрат топлива и других природных ресурсов. Решение этой задачи связано с количественной оценкой показателей работы доменной печи и их изменений при варьировании топливно-сырьевых условий и требований, предъявляемых к продукции.

Доменная печь как объект управления характеризуется следующими основными признаками.

1. Большой объем контролируемых  параметров доменного процесса.

2. Отсутствие возможности  контроля отдельных параметров, например, температуры шихты и  газа в отдельных зонах доменной  печи.

3. Недостаточная точность  контроля параметров процесса.

4. Временнόе запаздывание  информации о продуктах плавки.

5. Наличие помех, снижающих  качество информации.

Основной технологической  задачей доменной плавки является восстановление железных руд и получение чугуна заданного состава и температуры.

Основной задачей управления доменной плавкой является создание в печи наиболее благоприятных условий для протекания восстановительных процессов и для максимального использования материальных и энергетических ресурсов технологического комплекса. При этом должны учитываться цена и качество используемых шихтовых материалов, максимально достижимые температура нагрева дутья, расхода кислорода, природного газа, состояние агрегатов комплекса и другие условия производства.

Опыт работы лучших отечественных  и зарубежных мощных доменных печей  свидетельствует о том, что для  выплавки качественного чугуна с минимальными затратами необходимо контролировать более 1,5 тыс. характеристик входных и выходных параметров плавки, технологических параметров самого доменного процесса и работы оборудования печи, для чего используется более 3000 единиц аппаратуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Показатели работы доменной печи

 

Результаты работы доменного  цеха зависят от качества сырья, от степени его подготовки и режима плавки, от размеров печей и от организации  производства и труда.

Важнейшим общепринятым показателем  работы доменной печи является коэффициент  использования полезного объема (КИПО), представляющий собой отношение  полезного объема печи в кубометрах к суточной выплавке в ней чугуна в тоннах. Чем больше чугуна (при  данном объеме) производит печь, тем  больше будет знаменатель, а, следовательно, тем меньшим станет это отношение. Иными словами, чем меньший объем доменной печи приходится на выплавку 1 т чугуна в сутки, тем лучше она работает. Таким образом, чем меньше численное значение КИПО данной печи, тем лучше она работает, тем эффективнее используется ее полезный объем.

Например, доменная печь имеют полезный объем 292 м³. Она выплавляет в сутки 325 т. В этом случае, коэффициент использования полезного объема печи будет равным 0,89.

Современные доменные печи при выплавке передельного чугуна из богатой и хорошо подготовленной шихты работают с КИПО, равным 0,54 – 0,85 (в среднем 0,75).

Другим важным показателем  работы доменных печей служит расход кокса на 1 т выплавляемого чугуна. Теоретический расход кокса на 1 т чугуна не должен превышать 0,6— 0,65 т. Однако практический его расход составляет 0,8—0,9 т и в редких случаях — I т. Одним из важнейших мероприятий по снижению расхода кокса является уменьшение его зольности и содержания серы. Объясняется это тем, что повышенная зольность и сернистость кокса вынуждают вводить в состав шихты большое количество флюса — известняка, а это приводит к образованию большего количества шлака, что в свою очередь увеличивает расход топлива. 
Для экономии кокса очень важно не снижать температуры нагрева дутья. Например, понижение температуры дутья только на 10° (в пределах 500—700°) увеличивает расход кокса на 10—12 кг на 1 т чугуна. Поэтому в настоящее время стремятся держать дутье с температурой 800—900° и даже 1000°. На повышении производительности доменных печей весьма положительно сказывается применение повышенного давления газа под колошником (до 2,5 атм).

В доменном производстве весьма велик также расход воздуха воды (для охлаждения) и огнеупорных  материалов. На 1 т выплавляемого  чугуна расходуется приблизительно 2,9—3,8 т воздуха и 19—25 т воды; на футеровку 1 м³ полезного объема печи расходуется около 2 т огнеупорных материалов. Современная доменная печь, выплавляющая в среднем 3000 т в сутки, требует для своего сооружения (без вспомогательных устройств) до 3500 т огнеупоров и до 3500 т стальных конструкций и литья.

Важным мероприятием для  дальнейшей интенсификации доменного  процесса является применение увлажненного воздуха и воздуха, обогащенного кислородом. Опытом установлено, что  применение дутья повышенной (но постоянной) влажности (так называемого паровоздушного дутья) способствует увеличению выплавки чугуна в среднем на 10%. Использование  дутья, обогащенного кислородом, повышает температуру в зоне горения доменной печи, уменьшает содержание азота  в газах и увеличивает концентрацию окиси углерода.

Увеличение содержания кислорода  в дутье всего на 4% приводит к  увеличению выплавки чугуна на 15%. При  значительном увеличении кислорода  в дутье происходит сильное повышение  температуры в печи, что нарушает процесс плавки. Если же в состав дутья ввести природный газ, то нарушения  плавки не происходит. При этом резко  меняется состав доменного газа. В  нем, помимо окиси углерода, содержится значительное количество водорода. После  перевода конверсионным методом  окиси углерода в углекислый газ, с последующим его отделением, полученный газ можно использовать для синтеза аммиака. Углекислый газ начинает использоваться для получения таких удобрений, как мочевина и карбонат аммония.

Таким образом, использование  кислорода в доменном процессе решает проблему использования доменного  газа, который становится ценным химическим сырьем. Строительство комбинатов, состоящих из металлургических и  химических предприятий, является одной  из центральных задач современной  металлургии. Эта задача в настоящее  время успешно решается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы анализа  показателей доменной плавки

 

В период перехода к рыночной экономике, характеризуемой нестабильным спросом на металлопродукцию, изменением условий снабжения предприятий  железорудными материалами и  коксом, а также изменением цен  на сырье и железнодорожные перевозки, условия работы доменных цехов существенно  изменились. Эти изменения приводят к необходимости частых перешихтовок и периодическому переводу печей  на тихий ход. Нередко возникают  задачи выплавки чугуна по спецзаказам. Таким образом, доля времени, в течение  которого печи работают в переходных режимах, существенно возрастает, а, следовательно, возрастают потери, связанные с этими режимами работы печи. При управлении доменным процессом, по-прежнему, актуальной является задача снижения затрат топлива и других природных ресурсов. Решение этой задачи связано с количественной оценкой показателей работы доменной печи и их изменений при варьировании топливно-сырьевых условий и требований, предъявляемых к продукции.

Для расчета показателей  доменной плавки широко используются методы математического моделирования с элементами оптимизации. Наиболее пригодными для решения задач анализа и прогноза показателей работы печи оказались принципы натурно-математического моделирования. Применение такого рода моделей, работоспособных только в прямом информационном сопряжении с самими объектами и предусматривающих математическую обработку информации, сдерживается в большинстве случаев отсутствием алгоритмов, которые обеспечивали бы достаточно надежное решение в условиях неполной и зашумленной информации о параметрах процесса.

При решении задач оценки и анализа показателей работы доменной печи комплекс современной доменной печи следует рассматривать как управляемую технологическую систему, состояние которой определяется закономерностями доменного процесса, системой подготовки шихтовых материалов и отработки продуктов плавки, системой сбора и обработки информации, влиянием переменных факторов и функционированием контура управления с участием технологов. Такая система уникальна по своим характеристикам, зависящим в свою очередь от реальных условий производства.

Аналитический обзор существующих методов описания закономерностей  доменного процесса выполнен с точки  зрения их применения для решения  задач оценки показателей работы доменной печи и их изменений при вынужденных или планируемых изменениях параметров процесса. Обзор включает в себя рассмотрение общих основ построения математических моделей доменного процесса, анализ функциональных (поведенческих), детерминированных (балансовых и кинетических) моделей доменного процесса и, учитывая, что доменная печь работает преимущественно в переходных режимах, методов описания ее динамических свойств.

Отмечено, что зависимости, установленные в результате аналитического описания явлений доменной плавки, обладают большими прогнозными возможностями. Основы построения детерминированных  моделей сложились в результате развития теории тепло- и массообмена в доменной печи. Большой вклад в исследование тепловых явлений доменного процесса внесен уральской школой металлургов.

Общим недостатком балансовых методов расчета доменной плавки является необходимость применения эмпирических соотношений, характеризующих эффективность использования тепловой и химической энергии газового потока. Сложность использования таких моделей в основном обусловлена низкой достоверностью информации о работе доменной печи.

 

 

Математическая  модель доменного процесса

(модель – УПИ)

 

Разработаны алгоритм и программа расчета для персональной ЭВМ.

Программа балансовой модели написана на языке Basic. Для компиляции программы использован транслятор Visual Basic 6.0, работающий в среде Microsoft Visual Studio 6 и создающий 32-разрядные приложения для операционной системы Windows.

Программа двумерной модели написана на языке Fortran. Для трансляции программы использован компилятор Compaq Visual Fortran v.6.6B, работающий в среде Developer Studio. Этот компилятор создает 32-разрядные приложения и работает под Windows. Компилятор обеспечивает полную поддержку стандарта Fortran 90 и в то же время включает все новшества последнего стандарта Fortran 95. Этот компилятор имеет большие графические возможности и позволяет получать изображения с разрешением 800∙600 и выше с количеством цветов более 256. Может использоваться также транслятор Intel Fortran Compiler версий 7 или 6, встраиваемый в среду Microsoft Visual Studio и полностью совместимый с Compaq Visual Fortran.

Расчеты проводятся по схеме, приведенной на рис. 1. Данные  для  расчета берутся из базы данных. Базой данных называется именованная совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим  общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, не зависимая от прикладных программ.

В качестве базы данных нами выбрана известная таблица Excel из Microsoft Office XP. Могут использоваться также Microsoft Office 97 или Microsoft Office 2000. Результаты расчета также представляются в таблице Excel и передаются как исходные в программу двумерной математической модели. 

 

С помощью данной математической модели доменного процесса могут решаться следующие задачи:

- расчетное определение влияния   качественных  характеристик железорудного сырья и кокса, параметров дутья, профиля печи и других входных параметров на  характер протекающих  явлений и технико-экономические показатели доменной плавки;

- влияние изменения процессов  газодинамики и теплообмена в  объеме доменной печи при использовании  новых технических решений - применении  комбинированного дутья с высокими  расходами природного газа и  кислорода, вдувании угольной  пыли, использовании высокопотенциального  тепла, изменении профиля печи и параметров фурм;

- исследование изменения  характера температурных и скоростных  полей при отклонениях от нормального  хода доменного процесса - нарушении  теплообмена, окружной неравномерности, тихом ходе,  нарушении  графика выпусков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               База данных: