Метод и инструментальная система для моделирования и оптимизации технологических режимов процессов прямого восстановления металлов в агрегате струйно-эмульсионного типа

Представлены метод и инструментальная система моделирования и оптимизации технологических режимов процессов прямого восстановления металлов в агрегате струйно-эмульсионного типа. Рассмотрены этапы метода: постановка задачи (формирование целевых условий, выбор типа процесса, вида задачи и системы критериев оптимизации); выделение объекта исследования (задание параметров входных-выходных потоков, процесса, стадий и подпроцессов); термодинамическое моделирование для оценки конечного равновесного состояния (решается задача оптимизации по определению наилучших условий реализации процессов восстановления металлов из оксидов в модельных системах и разработка металлургической технологии путем нахождения оптимальных режимов и определения путей достижения этих режимов для заданных параметров выходного потока и процесса при оптимизации технико-экономических показателей). В рамках четвертого этапа разработан комплекс математических моделей, отражающих взаимосвязь потоков и процессов в металлургическом агрегате. Представлена структура инструментальной системы, в которой реализованы математические модели и алгоритм определения оптимальных технологических режимов металлургической технологии. Разработан комплекс критериев оптимизации. Приведена схема решения двухконтурной задачи оптимизации для решения оптимизационных задач: нахождение оптимальных условий протекания восстановительных процессов в термодинамических системах; определение оптимальных режимов технологий прямого восстановления металлов. Показано применение метода для разработки оптимальных технологических режимов процессов прямого получения металла в агрегате типа СЭР: получение металла из чугуна и прокатной окалины, прямое восстановление металла из пылевидных руд и железосодержащих техногенных материалов, получение марганцевых сплавов из карбонатных и оксидных руд, переработка титано-магнетитовых концентратов с практически полным разделением железо- и титансодержащей составляющих, прямое восстановления железа с попутным получением высококалорийного синтез-газа в агрегате струйно-эмульсионного типа.

метод, инструментальная система, математическое моделирование, прямое восстановление металлов, технологический режим

1. Юсфин Ю.С., Гиммельфарб А.А., Пашков Н.Ф. Новые процессы получения металла. – М.: Металлургия, 1994. – 320 с.

2. Лисиенко В.Г., Соловьева Н.В., Трофимова О.Г. Альтернативная металлургия: проблема легирования, модельные оценки эффективности. – М.: Теплотехник, 2007. – 440 с.

3. Процессы преимущественно жидкофазного восстановления железа // Технические науки. Металлургия и обработка металлов. [Электронный ресурс]. URL: http://knigi.link/obrabotka-metallov-metallurgiya/protsessyi-preimuschestvennojidkofaznogo-12575.html. (дата обращения: 09.04.2020).

4. Князев В.Ф., Гиммельфарб А.И., Неменов А.М. Бескоксовая металлургия железа. – М.: Металлургия, 1972. – 272 с.

5. Роменец В.А. Процесс Ромелт. – М.: ИД «Руда и Металлы», 2005. – 400 с.

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

7. Сhemical WorkBench. URL: http://www.kintech.ru/. (дата обращения: 09.04.2020).

8. NIST-JANAF URL: http://webbook.nist.gov. (дата обращения: 09.04.2020).

9. NASA CEA URL: http://www.lerc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/. (дата обращения: 09.04.2020).

10. MTDATA URL: http://www.npl.co.uk/npl/cmmt/mtdata/mtdata.htm. (дата обращения: 09.04.2020).

11. Thermo-Calc. URL: http://www.thermocalc.se. (дата обращения: 09.04.2020).

12. MALT2 URL: http://www.kagaku.com/malt. (дата обращения: 09.04.2020).

13. HSC Chemistry. URL: (http://www.outokumpu.fi/hsc/. (дата обращения: 09.04.2020).

14. EQS4WIN. URL: http://www.mathtrek.com/. (дата обращения: 09.04.2020).

15. ThermoChemical Calculator. URL: http://blue.caltech.edu/tcc/ index.html. (дата обращения: 09.04.2020).

16. F*A*C*T. URL: http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm. (дата обращения: 09.04.2020).

17. Рыбенко И.А. Развитие теоретических основ и разработка ресурсосберегающих технологий прямого восстановления металлов с использованием метода и инструментальной системы моделирования и оптимизации. Автореф. дис. ... докт. техн. наук: 05.16.02. – Новокузнецк, 2018. – 40 с.

18. Рыбенко И.А. Инструментальная система «Инжиниринг – Металлургия» для широкого круга оптимизационных задач. В кн.: Металлургия: технологии, инновации, качество: тр. XX междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. – Новокузнецк: ИЦ СибГИУ, 2017. С. 75 – 81.

19. Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. – В кн.: III межд. симпозиум «Горение и плазмохимия». 24 – 26 августа 2005. Алматы, Казахстан. – Алматы: изд. Казак университетi, 2005. С. 52 – 58.

20. Рыбенко И.А. Разработка оптимальных технологических режимов получения металлов с использованием методов математического моделирования и инструментальных систем // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2018. № 2. С. 57 – 61.