Оценка неравномерности распределения шихтовых материалов в доменной печи

В различных отраслях производства неравномерность распределения материальных и энергетических ресурсов существенно влияет на стабильность технологического процесса и снижает качество выпускаемой продукции. В частности в доменном производстве неравномерность распределения материалов шихты и температуры газов существенно влияет на технико-экономические показатели работы печи. Анализ библиографических источников показал, что для оценки неравномерности обычно использовались различные коэффициенты, учитывающие изменчивость материальных и энергетических ресурсов в процессе производства продукции. Наибольшее распространение получил коэффициент вариации, введенный К. Пирсоном еще в 1895 г. Установлена связь квадрата коэффициента вариации V² величины Х²_k = (n(N-1))/N V²,  согласно которой случайная величина V² имеет Х²_k распределение с k степенями свободы, k = N - 1, где n = n₁ + n₂ + ... + n_N, n_i - значение i-го измерения, i = 1,N, N - число измерений. Предлагаемая методика оценки неравномерности основана на статистиках  X ²_kи X², так же введенных К. Пирсоном соответственно в 1901 и 1904 гг. Последняя из них предназначалась для проверки гипотезы H₀-соответсвия эмпирического и статистического распределений. Методика определения окружной неравномерности распределения материалов и газов в доменной печи основана на согласованности X ²_k и X² статистик Пирсона с помощью так называемого квантильного множителя q, если в расчетах X² используется по аналогии не частоты измеряемых величин, а значения самих физических величин. В данной методике X²-статистику после коррекции применили для определения меры отклонения (р) от равномерного распределения, т. е. вычислили коэффициент неравномерности р = р(Х²_k ), Р є (0; 1 - а),  X ²_k = X²_кор = qX². Для согласования статистик X² и  X ²_k при измерениях физических величин (температура, давление) или материалов (сыпучих, газообразных) X²-статистику необходимо корректировать так, чтобы qX²_max ≈ X ²_k (α), X²_max сX(²_k ,..., Х²_k , где M - число экспериментов, для которых определялись значения X²-статистики; Х ²_k (α) - верхняя а-квантиль х* статистики; q - квантильный множитель, вводимый для коррекции значений X²-статистик; X²_max- предельное значение X²-статистики, допустимое для определения меры неравномерности. Методика апробирована для оценки относительной неравномерности компонентов загружаемой шихты и распределения окружной температуры на доменных печах ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» объемом 2014 и 1370 м³. Выявлено влияние последовательности набора компонентов шихты в бункер бесконусного загрузочного устройства печей на коэффициент окружной неравномерности материалов и технико-экономические показатели плавки.

1. Тонких Д.А., Кариков С.А., Тараканов А.К. и др. Совершенствование режимов загрузки и дутья на доменных печах ПАО МК «АЗОВСТАЛЬ» // Металлург. 2013. № 9. С. 42 – 48.

2. Большаков В.И., Шулико С.Т., Лебедь В.В. и др. Распределение дутья по окружности доменной печи объемом 5000 м3 при ее работе и выдувке // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. № 2 С. 10 – 13.

3. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А. Технологические решения для оптимальной реализации доменного процесса // Металлург. 2014. № 4. С. 64 – 70.

4. Андронов В.Н., Белов Ю.А. Оценка эффективности распределения дутья и природного газа по фурмам // Сталь. 2002. № 9. С. 15 – 17.

5. Листопадов В.С., Дмитриенко К.А., Параносенков А.А. и др. Исследование влияния распределения потока на ровность схода материалов по окружности доменной печи // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2008. № 6. С. 11 – 15.

6. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Полинов А.А. и др. Стабилизация соотношения расходов природного газа и дутья по фурмам доменной печи // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1 (14). С. 23 – 25.

7. Большаков В.И. Научное обоснование стратегии управления распределением шихты при использовании БЗУ // Сталь. 2002. № 4. С. 37 – 42.

8. Сторожик Д.А., Гребенюк В.М., Тылкин М.А. Изготовление и эксплуатация загрузочных устройств доменных печей. – М.: Металлургия, 1973. – 319 с.

9. Большаков В.B., Рослик Н.А., Шутылев Ф.М., Котов А.П. Оценка окружного распределения шихты на доменной печи с лотковым БЗУ // Сталь. 1993. № 2. С. 11 – 14.

10. Большаков В.B., Рослик Н.А., Шутылев Ф.М. и др. Управление газораспределением в доменной печи, оборудованной бесконусным загрузочным устройством // Сталь. 1995. № 7. С. 15 – 19.

11. Сибагатуллин С.К., Харченко А.C. Выявление рациональной последовательности набора компонентов сырья в бункер БЗУ лоткового типа физическим моделированием // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 3. С. 28 – 34.

12. Большаков В.И., Лебедь В.В., Жеребецкий А.А. Совершенствование управления окружным распределением шихты на доменной печи, оснащенной БЗУ // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИЧМ НАН Украины, 2010. Вып. 22. С. 18 – 26.

13. Большаков В.И., Муравьева И.Г., Семенов Ю.С., Шулико С.Т. Оценка окружного распределения шихты в доменной печи радиолокационным профилемером // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. – Днепропетровск: ИЧМ НАН Украины, 2008. Вып. 17. С. 74 – 85.

14. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. – М.: Машиностроение, 1973. – 216 с.

15. Sibagatullin S.K., Kharchenko A.S., Logachev G.N. The rational mode of nut coke charging into the blast furnace by compact trough-type charging device // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 86. Р. 531 – 537.

16. Воронин В.В., Адигамов К.А., Петренко С.С., Сизякин Р.А. Критерии и способы оценки качества смешивания сыпучих материалов // Инженерный вестник Дона. 2012. Т. 23. № 4 – 2 (23). С. 36.

17. Seber G. A. Multivariate Observations. – New York: Wiley, 1984. – 686 p.

18. Spath H. Cluster Dissection and Analysis: Theory, FORTRAN Programs, Examples. Translated by J. Goldschmidt. – New York: Halsted Press, 1985.

19. Gorban A.N., Zinovyev A.Y. Principal Graphs and Manifolds. Part. 2 // Handbook of Research on Machine Learning Applications and Trends: Algorithms, Methods, and Techniques. Emilio Soria Olivas et al. (eds), IGI Global, Hershey, PA, USA, 2009. Р. 28 – 59.

20. А.с. 1651172 РФ. Твердохлебова С.В., Спиридонова И.М. // Способ определения равномерности распре деления легирующих элементов в сплавах; заявл. 23.05.1989; опубл. 23.05.1991. Бюл. № 19.

21. Математика: Энциклопедия / Под. ред. Ю.В. Прохорова. – М.: Большая Российская энциклопедия. 2003. – 845 с.

22. Девятченко Л.Д. Таблицы сопряженности. Введение в анализ соответствий. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2008. – 127 с.

23. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. – М.: Наука, 1976. – 736 с.

24. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. – М.: Наука, 1983. – 416 с.

25. Математическая энциклопедия / Под ред. И.М. Виноградова. Т. 5. – М.: Советская энциклопедия, 1985. – 623 с.