УДК 004.942

КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ВДУВАНИЕМ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Cтатья в Сборнике научных работ VII международной научно-технической конференции аспирантов и студентов «Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых».
Костанда Г.О., студент. (Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

Отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что развитие предприятий металлургического комплекса, решение проблем качества и конкурентоспособности металлопродукции на мировом рынке требуют коренного совершенствования систем сбора, хранения, обработки передачи и использования информации.

В условиях рыночных отношений возрастает роль научно обоснованных решений, направленных на выбор поставщиков сырья для аглодоменного производства, решения комплекса технологических задач по определению оптимального состава доменных и агломерационных шихт.

В доменной печи в качестве шихтовых материалов используют агломерат, окатыши, металлодобавки, кокс, флюсы, которые загружаются сверху, через колошник печи. Загруженные материалы опускаются сверху вниз, а газы, образующиеся в горне, поднимаются снизу вверх. Высокотемпературная, восстановительная атмосфера создается в печи в результате подачи высоко нагретого, обогащенного кислородом дутья и инжектируемого топлива, обычно природного газа или пылеугольного топлива, через фурмы в нижнюю часть (горн) печи. В горне печи происходит горение кокса и инжектируемого топлива до оксида углерода и водорода. В процессе плавки происходит восстановление различных элементов, в первую очередь оксидов железа, а кислород оксидов переходит в газ в виде СО, СО2 и Н2О. В результате доменного процесса получают продукты плавки – чугун, шлак, колошниковый (доменный) газ и колошниковую пыль.

Тепловой коэффициент полезного действия доменной печи достигает 90–95 %, что значительно выше этого показателя на других металлургических печах. Но для этого необходимо организовать хороший контакт газов с шихтовыми материалами, т.е. необходимо обеспечить рациональное распределение газового потока, что является достаточно сложной задачей. В то же время доменное производство остается и самым энергоемким, на долю которого приходится около 50 % топлива, используемого черной металлургией, а энергетические затраты на выплавку чугуна остаются еще высокими и превосходят теоретические значения [1]. При этом основная доля энергетических затрат приходится на дорогостоящий и дефицитный кокс, на экономию которого и направлены основные мероприятия по совершенствованию технологии плавки. Сегодня уровень технологии доменной плавки, в первую очередь, определяется именно расходом кокса.

С начала 60-х начались работы по внедрению пылеугольного топлива (ПУТ) на базе ДМЗ. Как оказалось в дальнейшем ПУТ, по сравнению с природным газом, более эффективно заменял кокс в доменной плавке, но при этом возникали некоторые трудности. Основным алгоритмом программы полной комплексной компенсации является сохранение суммарного коэффициента замены кокса-ПУТ (ΣКз) на уровне ΣКз≥1. ΣКз=(ΔQкПУТ+ ΔQККМ)/ ΔQПУТ где ΔQкПУТ и ΔQККМ – экономия за счёт прироста расхода ПУТ и сопутной реализации комплексных мероприятий; ΔQПУТ – соответственно прирост расхода ПУТ [2].

В результате анализа существующих в рамках ОАО «ДМЗ» условий были выявлены следующие особенности:
• большой объемом контролируемых переменных и расчетных признаков;
• низкая прозрачность процесса, из-за отсутствия возможности непосредственного контроля развития отдельных стадий процесса выплавки чугуна;
• глубокая взаимосвязь всех процессов плавки при ограниченности ресурсов на управление;
• наличием случайных измерительных помех различной природы и характера, что снижает качество информации;
• доменный процесс проходит с применением ПУТ.

С учетом данных особенностей можно сделать вывод, что актуальной в настоящий момент задачей является создание компьютерной системы выполняющей функции помощника для принятия решений по выбору оптимального варианта работы доменной печи, а также выполнять моделирование ДП, с выводом результатов, на основе выбранных показателей, с учётом использования в технологическом процессе ПУТ.

Полное решение данной задачи должно включать в себя такие модели:
• сквозной расчет агломерационной и доменной шихт;
• расчет технико-экономических показателей доменной плавки (расхода кокса, производительности) при изменении дутьевых параметров, свойств кокса и состава железорудной части шихты;
• расчет свойств шлаков, обессеривающей способности конечного шлака и прогнозирования содержания серы в чугуне;
• моделирование газодинамического режима доменной плавки;
• экономико-математическая модель выбора оптимального состава поставок сырья и топлива для крупного металлургического предприятия.

Среди разработок предоставляемых на рынке программных продуктов существуют системы выполняющие частично подобные, но у них есть слабые стороны такие как отсутствие возможности полного расчёта интересующих показателей и, что является немаловажным, в этих пакетах не предусмотрено моделирование с применением ПУТ.

В данной работе предлагается построить математическую модель описывающую часть доменного процесса, с учетом влияния ПУТ, которая бы соответствовала особенностям работы ОАО «ДМЗ». Данная модель должна учитывать:
• расчет технико-экономических показателей доменной плавки (расхода кокса, производительности) при изменении дутьевых параметров, свойств кокса и состава железорудной части шихты;
• расчет свойств первичного и конечного шлака, обессеривающей способности конечного шлака и прогнозирования содержания серы в чугуне;
• моделирование газодинамического режима доменной плавки. Данную задачу можно разбить на этапы [3]:
1. Расчет шихты
• определения количества агломерата и известняка;
• расход шихтовых материалов с учетом влаги и выноса;
• баланс серы;
• определение количества, состава и свойств шлака.
2. Расчет количества дутья, количества и состава колошникового газа:
• баланс углерода;
• расчет количества дутья;
• количество и состав колошникового газа.
3. Материальный баланс доменной плавки:
• поступает в доменную печь;
• образуется в доменной печи;
• расхождение баланса.

Анализируя данные этапы можно сделать вывод, что эффективное решение данной задачи может быть выполнено с помощью системы учитывающей все данные факторы в комплексе. Для построения такой системы необходимо разработать математическую модель. Анализ этапов показал, что в модели могут быть использованы методы линейного программирования. Данная модель будет являться основой для системы поддержки принятия решений по оптимизации работы доменной печи. На основании вышеизложенного можно сделать выводы о том, что существующие математические модели доменной печи не могут достаточно адекватно соответствовать работе доменной печи с вдуванием пылеугольного топлива. Для адекватного определения параметров работы доменной печи необходимо создание математико-имитационной модели с учетом технологических изменений применения ПУТ.

Перечень ссылок

1. Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии: Конспект лекций. Екатеринбург: УГТУ–УПИ, 2004. – 495с.

2. Рыженков А.Н., Ярошевский С.Л., Крикунов Б.П. и др. Технология плавки с использованием пылеугольного топлива и природного газа на дутье, обогащённом кислородом.– Сталь. -2005. -№12. –С.13-18.

3. Рамм А.Н. Современный доменный процесс. М.: «Металлургия», 1980. – 304с. вернуться в назад библиотеку