Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Разработка энергосберегающей технологии плавки на основе улучшения математической модели управления сталеплавильным процессом

Диссертация: Разработка энергосберегающей технологии плавки на основе улучшения математической модели управления сталеплавильным процессом
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработана математическая модель массопереноса кислорода к ванне, на основе которой разработана энергосберегающая технология управления тепловым и кислородным режимом плавки. Отличие предложенной методики управления плавкой состоит в том, что в ней впервые учтены: скоростные характеристики факелараспределение потока кислорода, поступающего к ванне, по длине печикоэффициент усвоения кислорода… Читать ещё >

Содержание

  • В В Е ДЕ НИ Е
  • 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОТЫ
    • 1. 1. Техническое состояние современного сталеплавильного производства
    • 1. 2. Некоторые проблемы вопроса тепло-массообмена в сталеплавильном агрегате. II
    • 1. 3. Цель работы и постановка задачи исследований
    • 1. 4. Научная новизна работы
  • 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ
    • 2. 1. Зкспериментальное исследование теплообмена в сталеплавильном агрегате
      • 2. 1. 1. Методика исследований
      • 2. 1. 2. Результаты экспериментальных исследований теплообмена в сталеплавильном агрегате
      • 2. 1. 3. Анализ результатов исследований теплообмена в сталеплавильном агрегате
    • 2. 2. Выводы
  • 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССООБМЕНА КИСЛОРОДА В СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ
    • 3. 1. Методика исследования состава газовой фазы в жидком металле в промышленных условиях
    • 3. 2. Результаты исследований состава газов в жидкой ванне
    • 3. 3. Исследование влияния теплотехнических параметров на массоперенос кислорода к ванне
    • 3. 4. Выводы
  • 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ И КИСЛОРОДНЫМ РЕЖИМАМИ ПЛАВКИ НА
  • ОСНОВЕ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА, К МЕТАЛЛУ
    • 4. 1. Разработка алгоритма расчета массопереноса кислорода к металлу
      • 4. 1. 1. Определение среднемассовой скорости газов
      • 4. 1. 2. Определение температуры1 газов над ванной
      • 4. 1. 3. Определение концентрации кислорода и других газов в атмосфере печи
      • 4. 1. 4. Определение количества кислорода продувки, поступающего в металл
    • 4. 2. Построение блок-схемы управления массопереносом кислорода в сталеплавильном агрегате и выбор параметров расчета
      • 4. 2. 1. Блок-схема расчета массопереноса кислорода в сталеплавильном агрегате
    • 4. 3. Анализ и сравнение результатов численного моделирования и промышленных исследований массопереноса в печи
      • 4. 3. 1. Результаты расчета массопереноса кислорода
      • 4. 3. 2. Промышленные испытания алгоритма массопереноса кислорода и методика управления тепловым и кислородным режимами плавки
    • 4. 4. Выводы
  • 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА КИСЛОРОДОМ
    • 5. 1. Лабораторные исследования параметров работы газовой струи в жидкости
    • 5. 2. Разработка продувочного устройства со щелевыми соплами
    • 5. 3. Результаты промышленных испытаний фурмы для продувки металла кислородом
    • 5. 4. Выводы

Разработка энергосберегающей технологии плавки на основе улучшения математической модели управления сталеплавильным процессом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В плане развития народного хозяйства СССР на XI пятилетку, принятом ХХУ1 съездом КПСС /I/, и рядом постановлений ЦК КПСС /2/ перед металлургами страны постановлены две основные задачи — полное обеспечение всех отраслей народного хозяйства высококачественной, недорогостоящей продукцией и эффективное использование топливо-энергетических ресурсов.

Современное развитие промышленных сталеплавильных процессов достигло такого уровня, при котором совершенствование и повышение производительности агрегатов невозможно без использования ЭВМ и автоматизированных систем управления АСУ.

Одним из сдерживающих факторов широкого внедрения ЭВМ и АСУ как на подовых, так и на других сталеплавильных агрегатах является отсутствие достаточно надежных моделей управления процессами. Поэтому изучение всех аспектов сталеплавильного процесса в подовых агрегатах для разработки новых математических моделей и алгоритмов управления сталеплавильными агрегатами является одной из актуальных проблем развития и совершенства сталеплавильного производства.

Применение ЭВМ в сталеплавильном производстве позволит повысить производительность агрегатов не только за счет совершенства организации технологических процессов, но и также за счет совершенства конструкции элементов агрегата — продувочных и га-зогорелочных устройств.

Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое исследование параметров тепло-и массообмена в подовом сталеплавильном агрегате для уточнения, разработки и совершенствования математической модели управления энергосберегающей технологией плавкипроцессов продувки металла кислородом, обеспечивающих экономию топлива и кислорода.

В главе I приведен анализ современного состояния изученности вопроса тепло-массообменных процессов в сталеплавильных агрегатах, на основании которого выбирается направление экспериментальных исследований.

В главе П приведены экспериментальные исследования теплообмена в рабочем пространстве печи по уточнению параметров теплового режима, необходимые для разработки математической модели управления и численного моделирования плавки.

В главе Ш приведены исследования газовой фазы жидкой ванны по уточнению параметров массообмена кислорода с ванной, необходимые для компьютезированного согласования тепло-и массообмена в печи и совершенствования технологии продувки металла кислородом.

Для повышения эффективности сталеплавильного процесса путем использования ЭВМ на основании исследований тепло-и массообмена разработаны математическая модель процесса, методика управления энергосберегающей технологией плавки глЛУ.

В главе 7 приведены результаты исследований разработки и промышленного испытания продувочной фурмы, улучшающей усвоение кислорода продувки.

Научной новизной работы являются:

— разработка математической модели процесса теплои массообмена в период плавления и методики управления плавкой;

— разработка методики, способа и устройства для отбора проб и исследования состава газовой фазы жидкого металла;

— разработка продувочной фурмы для подачи кислорода в ванну.

На защиту выносятся:

— результаты исследований теплообмена;

— результаты исследований массообмена кислорода с ванной;

— алгоритм массопереноса кислорода, результаты численного моделирования процесса теплои массообмена и промышленной проверки предложенной методики управления плавкой;

— результаты исследований и совершенствования способов продувки и конструкции продувочной фурмы для подачи кислорода в ванну.

Экономический эффект использования результатов разработок составил в сумме 132 тыс. руб в год.

Автор работы выражает глубокую благодарность за оказание научной консультации и технической помощи при проведении экспериментов заведующему кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» доценту, канд.техн.наук т. Земляному Н. Г. и коллективам бригад сталеваров мартеновских печей № 8 и № 10 Макеевского металлургического завода.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОТЫ.

5.4. В ы в о д ы.

1. Проведены лабораторные исследования по определению и сравнению характеристик работы плоской и круглой струй для условий продувки металла кислородом.

2. Установлено, что абсолютная и относительная глубина погружения сравниваемых струй, определяемые запасом кинетической энергии, зависят также и от частоты собственных колебаний газовых струй на срезе сопла,.

3. Пузырьковыми испытаниями установлено, что при равных проходных сечениях сопел и одинаковых расходах газа частота образования пузырьков газа в жидкости на срезе сопла и частота пульсации плоской струи в 1,5.2,0 раза больше, чем у круглой струи.

4. Установлено, что размеры пузырьков плоского сопла меньше, а поверхность соприкосновения газовой каверны с жидкостью на 25.,.30 $ больше, чем у круглой.

5. Использование плоского сопла приводит к лучшему рассредоточению газа в жидкостиуменьшению пульсации дна реакционной зоны продувкиуменьшению разбрызгивания жидкости на 15.25^.

6. Моделирование теплообмена при продувке жидкости, принимаемое в качестве оценки массообмена, показало, что теплопередача плоской струи к жидкости на 25.30^ выше, чем у круглой.

7. Разработана и испытана фурма с двумя плоскими соплами. На 250-т мартеновской печи получено увеличение скорости окисления углерода с 0,1% С/ч до 1,13 $ С/ч, увеличение скорости нагрева металла на 25.30Р С/чсокращение длительности жидких периодов и всей плавки соответственно на 13% и Ъ%. Удельный расход топлива уменьшился на б кг/т стали.

8. На 480-т мартеновской печи получено снижение: удельных расходов топлива и плавление и доводку соответственно на 4,63 кг/т и на 10,0 кг/т сталикислорода на 0,83 м3/т и на 2,29 м3т стали. Угар металла уменьшился на 0,54 $.

9. Предлагаемая конструкция продувочного сопла может быть использована в конверторном производстве, а также позволит улучшать массоперенос кислорода в условиях автоматизированного управления плавкой. б. ЗАКЛЮЧЕ Н И Е.

1. В работе получены новые решения актуальной задачи, состоящие в установлении зависимостей теплои массообмена, модели и алгоритма расчета массопереноса кислорода, имеющих существенное значение для сталеплавильного процесса, так как дают возможность улучшить процесс управления энергосберегающей технологией плавки в сталеплавильном агрегате.

2. Установлены качественные и с достаточной степенью достоверности количественные зависимости теплобмена и массообмена от различных параметров теплового и кислородного режимов плавки.

3. По результатам исследований теплообмена установлено, что для улучшения теплоусвоения каждому режиму продувки металла кислородом в жидкие периоды плавки должна точно соответствовать тепловая нагрузка печи с учетом изменения параметров топлива и кислорода.

Разработана методика и устройство для исследования состава газовой фазы жидкой ванны, которая может быть использована также и для контроля процессов плавки.

5. Получены зависимости кислородопоглащения металла, позволяющие корректировать тепловой режим плавки с учетом массопереноса кислорода к ванне.

6. Разработана математическая модель массопереноса кислорода к ванне, на основе которой разработана энергосберегающая технология управления тепловым и кислородным режимом плавки. Отличие предложенной методики управления плавкой состоит в том, что в ней впервые учтены: скоростные характеристики факелараспределение потока кислорода, поступающего к ванне, по длине печикоэффициент усвоения кислорода, остаточный кислород продувки металла.

7. Разработана новая конструкция продувочной Фурмы, обеспечивающей снижение удельных расходов топлива и кислорода, а также уменьшение вредных выбросов в атмосферу цеха.

8. Предложенная модель массопереноса и методика управления тепловым и кислородным режимами плавки могут быть реализованы как в системе АСУ ТП цеха, так и для компьютеризации процесса управления плавкой непосредственно на печи.

9. Общий экономический эффект от использования предложенных разработок составил 132,0 тыс. руб.в год.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Об опыте работы коллективов предприятий, черной, цветной металлургии и химической промышленности по использованию вторичных топливно-энергетических ресурсов (Постановление ЦК КПСС), Правда, 1980, 16 сентября.
  2. A.A. Промышленные печи и газовое хозяйство заводов." М.: Энергия, 1973.- 224 с.
  3. Bedeotuno des Seemens- Ma ii? n Ve i/a/? ten s ??/i, die S to/7 ten zea gang dei fd? E///.Bt/4?/ravc/&, V. Z&r/ogf?/?,
  4. F. MCnow ?/nd andez. — (yiu/7da^^en and 7ec/7/7ut.
  5. Sta ttezxeugang, г /97^ t р.&-7-///,
  6. Ctoseupon coseno coats. Z/kon c/nd S tee S Z/nt., /977, л/4, p. 2/7/7.
  7. Fumee ъ^е i M. ftas И/е St weite iflh^eeot and die Jtac/ifiage nach Fo/? s fco/7 te ¿-¿-з кат t/ahie9SS ta ht and S? sen, 97W/6, p. 707−7/3.
  8. Семененко H. A* ВЭР промышленное и энерготехнологическое комбинирование.- M.: Энергия, 1979.- 320 с.
  9. В.И., Погорелов В. Н., Быткик В. Н. Оптимизация подового сталеплавильного процесса, — Киев: ТехнХка, 1980.- 191 с.
  10. Общая компьютерная система управления в черной металлургии/ Набуски Тогаси, Тосио Иши Уасио Мороока и др.- Хитат Хёрон, Hliocht Нуёоп > 1978, 60, № 7, р.487−492.
  11. Д.Н. Теория окисления углерода в процессе плавления стали.- Сталь, 1941, № 5, с.28−33.
  12. O.A., Гельд П. В. Физическая химия пирометаллурги-ческих процессов.- М.: Металлургия, 1966.- 180 с.
  13. М.Я., Казаков A.A. О лимитирующем звене окисления углерода в сталеплавильной ванне, — Изв.вузов. Черная металлургия, 1965, № 5, с.12−16.
  14. A.M., Шварцман JI.A., Темник М.И.- В кн.: Теория процессов производства стали/ В.И.Явойский, — М.?Металлургия, 1964, с. 428.- 456 с.
  15. С.И. Теория процесса обезуглероживания стали.- М.: Металлургия, 1956.- 480 с.
  16. И.А., Филиппов С. И. Закономерности растворения кислорода в железоуглеродистом расплаве при его обезуглероживании.- Изв, вузов. Черная металлургия, 1966, № 4, с.9−14.
  17. Фудзии Такэхико, Ура Катори. Кинетика обезуглероживания расплавленной стали У1. Влияние скорости поступления углерода и кислорода на скорость обезуглероживания жидкого железа.-Tet in -to, V. ЗЪоп anc/Siee? Vnsl. Jfy,"* 1962, 48, № 4, p.407−409.
  18. В.И. Теория процессов производства стали.-М.: Государственная научн.-техн.изд. по черной и цветной металлургии, 1963.- 818 с.
  19. Явойский В. И, Теория процессов производства стали.-М.: Металлургия, 1967.- 790 с.
  20. Г. М., Маковский В. А. АСУ ТП в агломерационных и сталеплавильных цехах. М.: Металлургия, 1981.- 359 с.
  21. Окислительная способность мартеновской печи при различных способах интенсификации процессов/М.Я.Меджибожский, В.Н.Дво-рянинов, Б. С. Курапин и др.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1967, № 7, с.32−36.
  22. С.И. Особенности процесса обезуглероживания стали и их практическое значение.- В сб.: Научн. труды Ждановско-го металлургического ин-та, 1961, вып.7, с.5−13.
  23. Wave/ R. G Pht/s Chemistry MetcrMcc Safati/7S and Lnteimetat&'c Срмрамс/ ?o/icfor?,//M.6 6/S- 6?//o. ^?sct/ss. SPf/M,/*^'?
  24. Окислительная способность газовой фазы мартеновских печей различной конструкции А. М. Бигеев, Г. Л. Бородин, А. Н. Королев.-В сб.:Труды Магнитогорского горнометаллургич. ин-та, 1963, вып.28, с.90−96.
  25. И.В. Расход тепла на плавление в зависимости от окислительной способности мартеновской печи.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1963, № 12, с.203−211.
  26. М.А., Стульпин Е. А. Окислительная способность мартеновских печей в период плавления.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1964, № I, с.174−177.
  27. Влияние окислительной способности газовой фазы на производительность мартеновской печи/ В. Г. Антипин, Е. И. Дикштейн.-В сб.: Научн.тр. Магнитогорского горнометаллургич. ин-та. Магниторск: 1963, вып.28, с.122−133.
  28. Ф.Д., Дьяконов А. И., Лорман В. В. Окисление мартеновской ванны атмосферой рабочего пространства печи и его влияние на показатели плавки.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1964, fe б, с.40−43.
  29. Исследование и наладка тепловой работы мартеновских печей/ В. Н. Корнфельд, А.0.Войтов, Л. С. Штейнберг.- М.: Изд-во металлург, 1971.- 289 с.
  30. Фудзии Такэхико. Кинетика обезуглероживания жидкой стали.- Тэцу то Хагане, 1959, 45, № II, р.1248−1254.
  31. Фудзии Такэхико. Кинетика обезуглероживания жидкой стали.I. Окислительный потенциал в основной мартеновской печи.-Тэцу то хагане, Teteu to Mahcrne, 1959, 45, № 8, р.788−793.
  32. Закономерности обезуглероживания при продувке ванны мартеновской печи кислородом/ М. А. Глинков и др. Изв.вузов. Черная металлургия, 1968, № I, с.28−32.
  33. Влияние интенсивности подачи кислорода в факел на показания работы и окислительную способность 900-т мартеновской печи/ М. Я. Меджибожский, Ю. С. Вильский, Н. П. Семенов и др.- Огаль, 2, с.120−122.
  34. Особенности температурной функции скорости процесса обезуглероживания жидкой стали/ Крашенинников М. Г., С. И. Филиппов -Изв.вузов. Черная металлургия, 1962, № I, с.30−32.
  35. Применение кислорода для обезуглероживания металла в мартеновской ъъча/ H este veon.-Pev. univers, mine s, 1958, 14, № 12, p.560−561. (Ржм.1960, № I, 325).
  36. Об окислительной способности печной атмосферы большегрузных печей / В. Ф. Воронов, В. Ф. Коротких, В. Ф. Сарычев.- Сй.научи. тр.:Магнитогорский горнометаллургич. ин-т, Магнитогорск: 1967, вып.40, с.22−25.
  37. И.Г. Основные вопросы кинетики обезуглероживания металла в мартеновской ванне. Дисс.докт. техн. наук ноябрь 1951 г. М., Академия наук СССР, ин-т металлургии им. А. А. Бардина.
  38. Параметры теплового режима и аэродинамика факела мартеновской печи/ И. В. Белов, Ю. Д. Постников.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1964, № б, с.156−166,
  39. Результаты теплотехнических испытаний мартеновских печей, отапливаемых газифицированным мазутом/ А. Г. Капичев, Н.И.Ко-карев, Б. И. Китаев.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1964, № 6,с.173−178.
  40. Закономерности газообразования и возможность интенсификации процесса обезуглероживания стали/ М. Г. Крашенинников, С. И. Филиппов.- В сб.:Теория и практика интенсифик. процессов в конвертерах и мартеновских печах. М.: Металлургия, 1965, с. 314−321.
  41. Исследование влияния способа продувки ванны кислородом на технологические особенности плавки и качество металла/
  42. Н.И.Глоба, В. М. Кравченко, В. Л. Найдек и др.- В сб.: Сталеплавильное производство.М., Металлургия, 1976, № 4, с.133−138.
  43. Реакция обезуглероживания при продувке мартеновской печи кислородом/ Р. М. Иванов, Е. В. Абросимов.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1958, № 7, с.17−27.
  44. Миягава Иосито, Анами Хидэнори. Зависимость между вдуваемым кислородом, содержанием углерода и газов в жидком металле во время окислительного периода плавки.- Имоно. СГ. С/арогт Рамс/ъуггтелз Зсгв. 1964, 36, № 6, р.533−544. (РЖМ, 1965, № 2, 2 В 228).
  45. Л.С. Скорость окисления углерода при продувке мартеновской печи кислородом в период доводки плавки.- Изв.вузов. Черная металлургия, 1963, № 4, с.39−44.
  46. Скорость выгорания углерода при производстве стали с продувкой кислородом/ Р. Боровки И др. i/tc/7. ??ser7/7vfr? 1967, № 7, p.301−507, перевод.
  47. Матоба Сатио, Фува Т. Обезуглероживание жидкой стали кислородом и окисью железа.- Тэцу то Хаганэ, 1967, 53, № 3, р.419−422.
  48. Усвоение кислорода в двухванных печах/ А. Ф. Миляев, В. Г. Антипин, В. А. Ковылин.- В сб. Сталеплавильное произ-во.М.: Металлургия, № 4, с.148−152.
  49. Gos rrranujcfciwie аг?(Уuse. Meter???/zjlcr, 1980,47, № 4, 188, p. I90-I9I.
  50. Hopso/7 Chlis. ?t/irrei emissioJ7s? essans ir?
  51. Jt/еб economy-Process Prig., № 80, ?bp., р.#&--$ 7.
  52. Определение содержания водорода в металле по ходу плавки/ Д. М. Пархоменко, Н. Г. Земляной, А. Е. Сахно и др.- Заводская лаборатория, 1978, № 7, с.895−987.
  53. Н.Г. Тепловые режимы мартеновских печей.-Свердловск: Гос. научно-техн.изд.лит.по черной и цветной металлургии. 1962.- 184 с.
  54. A.B., Курочкин Б. Н. Методика определения режимных параметров для автоматизации мартеновских печей.- Бюллетень научно-техн.инф. Черная металлургия, 1951, № 4, с.38−41.
  55. В.Г., Кокарев Н. И. Непрерывное определение теплопоглощения ванной мартеновской печи.- Огаль, I960, № I, с.428−431.
  56. .Н. Теплотехнические испытания мартеновских печей.- М.: Металлургиздат, I960.- 270 с.
  57. B.C., Гранковский В. И. Тепловая работа мартеновских печей.- М.: Металлургиздат, 1966.- 240 с.
  58. Исследование тепловой работы 480-т мартеновской печи, отапливаемой природным газом с применением интенсификатора/ Д. М. Пархоменко, Г. А. Подольская, А. Е. Сахно и др.- В сб.: Сталеплавильное произ-во, вып.13, М.: Металлургия, 1969, с.145−149.
  59. Влияние тепловой нагрузки на показатели работы мартеновской печи при продувке ванных кислородом/ Н. Г. Земляной, Д. М. Пархоменко, А. Е. Сахно и др.- В сб.: Труды (ДонНИИЧермет) вып.19, М.: Металлургия, 1970, с.84−88.
  60. Оптимальные теплотехнические параметры начала плавки 480-т мартеновской печи/ Н. Г. Земляной, Д. М. Пархоменко, А. Е. Сахно и др.- Бюллетень научн.-техн.инф. Черная металлургия, 1978, вып.6 (818), с.48−49.
  61. Определение оптимальных параметров теплового режима мартеновской плавки в период плавления/ А. Е. Сахно, Н. Г. Земляной, Д. М. Пархоменко и др.- Бюллетень научн.-техн.инф. Черная металлургия, 1979, вып. 24 (860), с.39−40.
  62. Оптимальное управление периодом плавления в мартеновских печах/ Ю. С. Изгорев, Д. Г. Григорьян, Г. И. Недужий.- В сб.: Комплексн. автоматиз.сталеплавильн. произ-ва. Киев: Техн1ка, 1970, с.76−79.
  63. Управление процессом горения в мартеновских печах по содержанию кислорода в уходящих газах/ Г. Н. Лекомцев, В. Н. Тимофеев.- В сб.: Научн.тр. н.-и. ин-та металлург.теплотехн. М.: Металлургия, 1969, № 18, с.189−206.
  64. Контроль мартеновской плавки с применением вычислительного устройства/ Г. Д. Сургучев, О. М. Блинов, М. Р. Рейсе.- Металлург, 1965, № 6, с.17−19.
  65. Непрерывный контроль температуры мартеновской ванны при вдувании кислорода/ Кочо B.C. и др.- Огаль, 1964, № 8, с.689−700.
  66. Количество тепла дымовых газов как импульс регулирования тепловой нагрузки мартеновской печи/ Сиволапов В. Г., 'i'op-чинский М.А., Гольденберг И. Б., Зуц К.А.-Изв.вузов. Черная металлургия, 1964, № 6, с.179−183.
  67. Wp?yw
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?