МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ НА БАЗЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

. В данной статье приводится описание работы программы, реализующей метод расчета параметров выплавки стали в кислородном конвертере с верхней подачей дутья. Программа создана на основе системы балансовых уравнений, решаемых совместно методом  итераций. Для адаптации модели используется информация о составе и количестве материалов, продуктов плавки и продолжительности  операций, имеющаяся в базе паспортных данных плавок кислородно-конвертерного цеха. В этих условиях при определении состава и  количест  ва шлака, масса железа, принимающая участие в процессах шлакообразования, рассчитывается по балансу кислорода с учетом  общего расхода дутья, зафиксированного АСУ ТП в паспортах плавки. Программа позволяет прогнозировать параметры плавки при изменении ее начальных и конечных условий, а также определять значение неконтролируемых воздействий на процесс в структурированной  области базы данных. В программе на первом этапе составляются балансовые уравнения. Определяется расход кислорода на продувку,  идущего на шлакообразование. Затем определяется количество окислившихся элементов и рассчитывается потребность в кислороде на  окисление. Далее по разности общего отданного на продувку кислорода и пошедшего на окисление элементов определяется его количество, идущее на окисление железа, переходящего в шлак. Затем определяется количество шлака с учетом всех шлакообразующих материалов  и окислившегося железа за счет кислорода дутья. На втором этапе рассчитывается баланс образования газов и оксидов железа. На третьем  этапе рассчитывается количество шлака с учетом расхода каждого материала. На четвертом этапе рассчитывается количество получаемого  металла. На конечном этапе составляется материальный и тепловой баланс (сколько пришло тепла, сколько выделилось в процессе окисления элементов и сколько ушло с нагретым до температуры металла и шлака газом). Тепловой баланс считается относительно комнатной  температуры, что позволяет для химических реакций учитывать стандартные тепловые эффекты. Материальный и тепловой балансы  настраивались по температуре металла в конце продувки.

 кислородно-конвертерный процесс,  выплавка стали,  программа,  математическая модель,  моделирование,  параметры плавки,   шихтовые материалы,  сидеритовая руда

1. Бигеев В.А., Колесников Ю.А. Прогнозирование технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием сидерита // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ, 2011. Вып. 11. С. 30 – 36.

2. Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Сергеев Д.С. Состояние и перспективы использования сидиритовых руд бакальского месторождения в черной металлургии // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ , 2013. Вып. 1(13). С. 6 – 8.

3. Колесников Ю.А., Бигеев В.А., Сергеев Д.С. Расчет технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием различных охладителей // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ , 2014. Вып. 2(15). С. 45 – 47.

4. Явойский В.И., Рубенчик Ю.И., Окенко А.П. Неметаллические включения и свойства стали. – М.: Металлургия, 1980. – 162 с.

5. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. – М.: Мир, ООО «Издательство АСТ», 2003. – 528 с.

6. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Внепечная металлургия стали. Т. 3. – М.: Теплотехник, 2010. – 424 с.

7. Моделирование современных процессов внепечной обработки и непрерывной разливки / О.Б. Исаев, Е.А. Чичкарев, В.В. Кислица и др. – М.: Металлургиздат, 2008. – 243 с.

8. Казаков А.А., Ковалев П.В., Рябошук С.В. Исследование термовременной природы неметаллических включений с целью повышения металлургического качества высокопрочных трубных сталей // Черные металлы. 2009. № 12. С. 4 – 11.

9. Столяров А.М., Селиванов В.Н. Технологические расчеты по непрерывной разливке стали: Учебное пособие. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. – 64 с.

10. Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Сергеев Д.С. Модель управления конвертерной плавкой стали // Приложение математики в экономических и технических исследованиях: Сб. науч. тр. / Под. ред. В.С. Мхитаряна. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ , 2016. С. 283 – 294.

11. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 1. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки. – М.: Теплотехник, 2008. – 487 с.

12. Угрюмов С.А., Боровский А.Б. Реализация программного управления на базе персонального компьютера // Изв. Южного федерального университета. Технические науки. 2005. Т. 45. № 1. С. 131 – 147.

13. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. – М.: Наука, 1981. – 614 с.

14. Dyubanov V.G., Leontiev L.I About the problem of recycling of zinc-containing metallurgical slimes // Rare Metals. 2009. Vol. 28. Spec. Issue. Oct. P. 752 – 770.

15. Окороков Б.Н., Явойский В.И. Некоторые закономерности кислородно-конвертерного процесса // Теория и технология новых процессов производства стали. Сб. № 48. – М.: Металлургия (МИСиС), 1983. С. 166 – 175.

16. Окороков Б.Н., Коминов С.В., Ронков Л.В. и др. Динамическая модель конвертерного процесса, отражающая его физико-химические потоки и их взаимодействие. – В кн.: Исследование процессов производства стали и их влияния на конечные свойства продукции. – М.: Металлургия (МИСиС), 1990. C. 5 – 23.

17. Нам В.В., Ронков Л.В., Окороков Б.Н. и др. Система динамического контроля и управления конвертерным процессом шлакообразования // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». 1988. № 9. С. 41 – 42.

18. Горкуша Д.В., Комолова О.А., Григорович К.В. Анализ причин повышенного содержания углерода и азота в стали класса IF для условий ОАО «ММК» // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. В.А. Бигеева. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ , 2015. Вып. 1 (16). С. 60 – 64.

19. Горкуша Д.В., Комолова О.А., Григорович К.В.Анализ технологии выплавки и внепечной обработки стали класса IF для условий ОАО «ММК» // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ , 2015. Т. 1. № 1. С. 67 – 70.

20. Комолова О.А., Горкуша Д.В., Григорович К.В. Физико-химические модели технологии рафинирования стали в вакууматоре // V Междунар. конф.-школа по химической технологии: Сб. тез. докл. сателлитной конф. ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии: В 3-х томах. – Волгоград: Изд-во Волгоградский гос. техн. ун-та, 2016. С. 240 – 242.

21. Колокольцев В.М., Клочковский С.П., Смирнов А.Н., Савченко И.А. Разработка принципиальных основ технологии комплексной переработки высокомагнезиальных сидеритов // Физикохимическая геотехнология. Матер. науч. конф. – М.: 2013. Т. 2. С. 41 – 44.