Математическое моделирование в учебном процессе, исследованиях и малоэнергоемких металлургических технологиях

Представлена ретроспектива научной и учебной деятельности творческого коллектива кафедры прикладных информационных технологий и программирования. В момент организации (в 1980 г.) коллективом кафедры была поставлена задача: создать специалистов нового плана (проблемных программистов), одновременно владеющих методами исследования и математического описания конкретных объектов (в том числе металлургических) и программирования для ЭВМ. По специальному приказу Министерства высшего образования РСФСР была создана в опытном порядке новая специализация: «Математическое обеспечение и ЭВМ в металлургии», которая после 20-летнего педагогического эксперимента переросла в специальность «Информационные системы и технологии (по отраслям)». Кафедра начала первой выпускать таких специалистов не только в регионе, но и в стране, этот опыт затем был воспринят другими вузами. Коллектив вновь созданной кафедры одним из первых в стране начал создавать математические модели металлургических процессов, а затем тренажеры и обучающие системы на их основе. В качестве педагогической концепции был принят деятельностный подход к обучению на основе математической модели конкретной предметной области, многолетний опыт применения такого подхода показал его высокую эффективность. Впервые в мировой металлургии создана концепция и комплекс моделей принципиально нового металлургического процесса и агрегата с элементами самоорганизации, отличающегося на порядок меньшим удельным объемом и в полтора раза меньшими энергозатратами. Совместно с проектировщиками и специалистами Запсибметкомбината создана крупномасштабная опытная установка процесса и агрегата СЭР, на которой подтверждена правильность выдвинутой концепции, отработаны основные конструктивные моменты, показана практическая реализуемость ряда новых разработанных технологий. В процессе создания нового процесса разработаны программно-инструментальные системы: алгоритм расчета взаимосвязанных параметров процесса и агрегата, система «Инжиниринг – Металлургия», система моделирования сложных процессов теплообмена, система имитационного моделирования от уровня частиц с использованием метода Монте-Карло.

научная деятельность, учебная деятельность, математические модели, тренажеры, обучающие системы, теория самоорганизации, новый металлургический процесс

1. Цымбал В.П. Управление окислительной способностью мартеновской печи на основе статической модели с использованием саморегулирования кипящей ванны // Изв. вуз. Черная металлургия. 1975. № 4. С. 162 – 165.

2. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика – теория самоорганизации. – М.: Знание, 1983. – 64 с.

3. Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Non-Equilibrium Systems. – New York: Wiley, 1977. – 504 p.

4. Haken H. Synergetics. – Berlin: Springer, 1978. – 351 p.

5. Prigogine I., Stengers I. Order out of Chaos. Man’s New Dialogue with Nature. – New York: Bantam Books, 1984. – 349 p.

6. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса. Новый подход к статистической теории открытых систем. – М.: Наука, 1990. – 320 с.

7. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики: Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры. – СПб.: Алетейя, 2002. – 414 с.

8. Процесс СЭР – металлургический струйно-эмульсионный реактор / В.П. Цымбал, С. П. Мочалов, И.А. Рыбенко и др. – М.: Металлургиздат, 2014. – 488 с.

9. Цымбал В.П., Мочалов С.П., Шакиров К.М. Управление составом получаемого металла при прямом восстановлении пылевидных материалов и отходов в агрегате СЭР // Металлург. 2015. №. 2. С. 24 – 28.

10. Nakoryakov V.E., Pokusaev B.G., Shreiber I.R. Wave Propagation in Gas-Liquid Media. – Boca Raton: CRC Press, 1993. – 222 p.

11. Гордон Я.М., Спирин Н.А., Швыдкий В.С. и др. Металлический лом – важный вторичный ресурс улучшения энергоэффективности и сбережения ресурсов в черной металлургии. – В кн.: Металлургия: технологии, инновации, качество. Ч. 1. – Новокузнецк, 2017. С. 390 – 400.

12. Korostelev A.A., S’emshchikov N.S., Semin A.E., etc. Increase in EAF lining life with use of hot-briquetted iron in a charge // Refractories and Industrial Ceramics. 2018. Vol. 59. No. 2. P. 107 – 114.

13. Люкхоф Я., Апфель Й., Буттлер Й. Использование различных видов металлошихты в электросталеплавильном производстве // Черные металлы. 2017. № 10. С. 28 – 33.

14. Abd Elkader M., Fathy A., Eissa M., Sayed Sh. Effect of direct reduced iron proportion in metallic charge on technological parameters of EAF steelmaking process // ISIJ International. 2016. Vol. 5. No. 2. Р. 2016 – 2024.

15. Sulimova M.A., Litvinova T.E. Metallurgical production waste treatment efficiency increase // Ecology, Economics, Education and Legislation Conference Proceedings, SGEM 2016. Vol. II. P. 569 – 575.

16. Дуарте П., Бесерра Х. Производство высокоуглеродистого железа прямого восстановления (DRI) по технологии Energiron DR // Черные металлы. 2016. № 6. С. 24 – 30.

17. Дорофеев Г.А., Янтовский П.Р., Смирнов К.Г., Степанов Я.М. Процесс ORIEN для выплавки высококачественных сталей из рудного и энергетического сырья на принципе самоэнергообеспечения // Черные металлы. 2017. № 5. С. 17 – 23.

18. Kinaci M.E., Lichtenegger T., Schneiderbauer S. Direct reduction of iron-ore in fluidized beds // 28 th European Symposium on Computer Aided Process Engineering. Graz, AUSTRIA, 2018. Vol. 43. P. 217 – 222.

19. Шенк Й., Люнген Х.Б. Потенциал эффективного применения процессов прямого восстановления и восстановительной плавки в Европе // Черные металлы. 2017. № 2. С. 25 – 31.

20. Meijer K, van der Stel J., Zeilstra C. etc. The HIsarna ironmaking process // Proc. METEC and 2 nd ESTAD, 15–19 June 2015, Düsseldorf, Germany. Р. 15 – 19.

21. Basdag A., Arol A.I. Coating of iron oxide pellets for direct reduction // Scandinavian Journal of Metallurgy. 2002. Vol. 31. No. 3. P. 229 – 233.

22. Рыбенко И.А., Оленников А.А. Инжиниринг-Металлургия // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017617445; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 04.07.2017.

23. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. – М.: Металлургия, 1994. – 353 с.

24. Kroese D.P., Brereton T., Taimre T., Botev Z.I. Why the Monte Carlo method is so important today // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics. 2014. Vol. 6. No. 6. Р. 386 – 392.

25. Tsymbal V., Olennikov A., Rybenko I. etc. 2017. Mathematical Modeling of SER Jet-Emulsion Process. In: F. Kongoli, A. Conejo, M.C. Gomez-Marroquin, editors. Sustainable Industrial Processing Summit & Exhibition SIPS 2017. Vol. 9: Iron and Steel, Metals and Alloys. Vol. 9. Montreal (Canada): FLOGEN Star Outreach. Р. 104 – 115.