Разработка автоматизированной системы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Гурин Иван Александрович

• Гурин Иван Александрович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Гурин Иван Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННЫМИ ПЕЧАМИ И ИХ КОМПЛЕКСАМИ, МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЫРЬЕВЫХ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Сырьевые и теплоэнергетические аспекты современной доменной плавки

1.2 Применение математических моделей в системах управления доменными печами и их комплексами

1.3 Состояние вопроса оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей

1.4 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЫРЬЕВЫХ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В ДОМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

2.1 Содержательная постановка задачи оптимального распределения сырьевых и энергетических ресурсов в доменном цехе

2.2 Разработка схемы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей

2.3 Функциональная модель автоматизированной системы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов доменного

цеха

2.4 Выводы

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЫРЬЕВЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В КОМПЛЕКСЕ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

3.1 Математическая постановка задачи

3.2 Математическое обеспечение расчёта показателей, характеризующих тепловой, шлаковый и газодинамический режимы доменной плавки

3.3 Математическое обеспечение задачи выбора оптимального состава доменной шихты

3.4 Математическое обеспечение задачи оптимального распределения топливно-энергетических ресурсов

3.5 Выводы

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЫРЬЕВЫМИ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ КОМПЛЕКСА ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

4.1 Методы проектирования и реализации программного обеспечения по управлению топливно-энергетическими ресурсами в доменном производстве

4.2 Программное обеспечение системы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов

4.3 Примеры решения задач оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в комплексе доменных печей

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Пофакторный анализ показателей доменной плавки

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акты испытаний пакетов прикладных программ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акты приёмки в опытную эксплуатацию программного обеспечения

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт внедрения результатов работы в учебный процесс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка автоматизированной системы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Металлургическая промышленность является базовой для других отраслей - машиностроения, строительства, электротехники и других. При этом более 90 % получаемой в металлургии продукции приходится на сталь, в технологиях производства которой особое место занимает доменный процесс. Доменное производство является самым сложным в цепочке производства стали, наиболее ресурсоёмким и энергоёмким процессом.

Доменный процесс имеет высокий уровень автоматизации. Об этом свидетельствуют современные устройства и технические системы, например, засыпные аппараты с контролем уровня засыпи, системы контроля температуры колошникового газа по радиусу и окружности печи, системы контроля температуры тела холодильников и определения прогара воздушных фурм и другие средства контроля технологии доменной плавки. Для управления доменной плавкой применяются разнообразные системы управления и контроля, к которым относятся автоматизированные рабочие места, системы поддержки принятия решений, информационно-моделирующие системы, экспертные системы и др. Научной базой технических и программных средств автоматизации являются соответствующие математические модели.

Анализ используемых в настоящее время математических моделей при распределении сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в комплексе доменных печей показал, что распределение ресурсов при планировании работы построено на экспертной оценке технологического персонала, а методы их оптимального распределения практически не используются. Это определило актуальность работы и необходимость разработки соответствующей автоматизированной системы.

Степень разработанности темы исследования. Решение задач оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса агрегатов осуществляется с применением методов математического моделирования и математического программирования, широко используемых в

разных отраслях промышленности - металлургической, химической, энергетике и других. Над созданием систем автоматизации и разработкой математических моделей оптимизации доменного процесса работали в разное время известные отечественные и зарубежные учёные Боковиков Б.А., Большаков В.И., Бородулин А.В., Гизатуллин Х.Н., Дмитриев А.Н., Загайнов С.А., Китаев Б.И., Курунов И.Ф., Лисиенко В.Г., Овчинников Ю.Н., Онорин О.П., Сибагатуллин С.К., Товаровский И.Г., Ченцов А.В., Шаврин С.В., Ярошенко Ю.Г. и другие.

Применяемые до настоящего времени алгоритмы оптимального распределения железорудного сырья, природного газа и технологического кислорода в доменном цехе позволяют оценивать эффективность их использования только при известном комплексе как контролируемых входных, так и выходных переменных каждой из печей и цеха в целом. Поэтому такие алгоритмы не позволяют решать задачи оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в комплексе доменных печей для проектных периодов при изменении характеристик дутья, состава и свойств загружаемых шихтовых материалов, что ограничивает область их применения.

Цель работы. Снижение затрат на доменный передел и повышение его энергоэффективности на основе разработки и применения новых методов и алгоритмов оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном производстве, прогнозирования работы комплекса доменных печей в условиях изменения конъюнктуры рынка сырья и топлива, нестабильности состава и свойств проплавляемого железорудного сырья.

Задачи исследования: 1. Анализ подходов и методов оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в комплексе доменных печей. Развитие метода оптимального распределения ресурсов на основе натурно-математического моделирования, использования физико-химических закономерностей процессов и принципа малых отклонений выходных переменных и переменных состояния в окрестностях базового режима с целью прогнозирования работы отдельных печей и цеха в целом.

2. Разработка алгоритма оптимального распределения сырья и топлива с учётом требований технологического персонала на основе созданного метода и функциональной модели применительно к комплексу доменных печей при изменении характеристик дутья, состава и свойств проплавляемого железорудного сырья и топлива в виде блок-схем и программного модуля библиотеки классов.

3. Разработка автоматизированной системы оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в комплексе доменных печей с учётом требований, предъявляемых к современным информационным системам.

4. Интеграция системы в автоматизированную систему анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха. Модельные испытания разработанной автоматизированной системы.

Научная новизна:

1. Метод оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в организационно-технологической системе доменного цеха, отличающийся интеграцией физико-химических закономерностей основных процессов объекта управления и пересчётных моделей. Метод включает формирование базовых режимов системы управления, определение коэффициентов модели путём линеаризации модели в окрестностях базовых режимов, возможность прогнозирования работы отдельных печей и цеха в целом при изменяющихся условиях их функционирования и проверку выполнения технологических и сырьевых ограничений.

2. Структура алгоритма оптимального распределения сырья и топлива в комплексе доменных печей, отличающаяся декомпозицией задачи оптимизации, формированием базовых режимов функционирования доменных печей на интервале не менее одного месяца с последующей возможностью их коррекции путём выбора периодов, аналогичных прогнозному по режимным параметрам и свойствам шихтовых материалов.

3. Метод решения сложных математических задач при разработке ПО автоматизированных систем, отличающийся синтезом пакетов прикладных программ со специализированным ПО, предназначенным для моделирования процессов в отдельных технологических агрегатах, и с внешними математическими пакетами с целью использования имеющихся в них алгоритмов решения математических задач.

4. Результаты модельных испытаний и опытной эксплуатации разработанных алгоритмов и автоматизированной системы, показывающие возможность повышения технико-экономических показателей работы цеха без улучшения показателей на всех без исключения доменных печах.

Теоретическая значимость заключается в возможности использования

разработанных методов:

- распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей при планировании работы цеха в условиях нестабильности состава и свойств проплавляемого железорудного сырья и топлива с учётом технологических ограничений и конструктивных особенностей работы отдельных печей, ограничений на топливно-энергетические и сырьевые ресурсы доменного цеха.

- решения математических задач на основе синтеза со специализированными пакетами прикладных программ при разработке ПО автоматизированных систем.

Практическая значимость заключается в возможности использования

научных и практических результатов исследования:

- при решении задач оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном производстве;

- при разработке математического и программного обеспечения автоматизированных систем для управления сложными технологическими объектами и их комплексами в металлургии;

- в преподавании дисциплин для студентов вузов соответствующих специальностей.

Реализация результатов работы. Программное обеспечение «Оптимизация распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей» передано для промышленных испытаний управлению информационных технологий ПАО «ММК». Программные блоки «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфурирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне», «Расчёт оптимального состава доменной шихты при заданных свойствах конечного шлака» и «Расчёт показателей хода тепловых, восстановительных процессов и коэффициентов влияния свойств железорудного сырья, кокса, дутьевых параметров на показатели плавки» приняты доменным цехом ПАО «ММК» в опытную эксплуатацию.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» для подготовки магистров по направлениям 09.04.02 «Информационные системы и технологии», 22.04.02 «Металлургия»; бакалавров по направлению 09.03.02 «Информационные системы и технологии».

Методология и методы исследования базируются на: структурном анализе; физико-химических закономерностях основных процессов, протекающих в доменной печи; использовании методов математического моделирования доменного процесса и математического программирования; современных принципах разработки алгоритмического и программного обеспечения автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами и комплексами агрегатов в металлургии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном цехе, отличающийся интеграцией физико-химических закономерностей основных процессов объекта управления и пересчётных моделей, включающий возможность прогнозирования работы отдельных печей и цеха в целом при изменяющихся условиях их функционирования.

2. Алгоритм оптимального распределения сырья и топлива в комплексе доменных печей, отличающийся декомпозицией задачи оптимизации, формированием

базовых режимов функционирования доменных печей и их коррекцией путём выбора периодов, аналогичных прогнозному.

3. Метод решения сложных математических задач при разработке ПО автоматизированных систем, отличающийся синтезом пакетов прикладных программ со специализированным ПО, предназначенным для моделирования процессов.

4. Результаты исследования методов управления распределением сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном производстве в изменяющихся сырьевых условиях, обеспечивающие повышение технико-экономических показателей доменной плавки.

Соответствие паспорту специальности. В диссертации представлены математическое, информационное и программное обеспечение автоматизированный системы управления производством (АСУП) доменного цеха, методология исследования и проектирования, формализованное описание и алгоритмы, оптимизация и имитационное моделирование функционирования систем. Разработанная система оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов комплекса доменных печей предназначена для интеллектуальной поддержки процессов управления доменным производством. Диссертация соответствует областям исследования 4, 9 и 10 паспорта научной специальности 05.13.06.

Личный вклад соискателя состоит в разработке математического обеспечения для оптимального распределения сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном производстве; разработке функциональной модели автоматизированной системы оптимального распределения ресурсов в комплексе доменных печей; разработке соответствующего программного обеспечения; в исследовании методов управления распределением сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в доменном производстве при изменяющихся сырьевых условиях, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей доменной плавки; обобщении и научном обосновании полученных результатов, формулировке выводов и рекомендаций.

Достоверность научных результатов. Обоснованность научных положений обеспечивается соответствием полученных результатов современным знаниям о закономерностях доменного процесса, сопоставлением результатов моделирования с производственными данными, использованием современных методов и средств разработки программного обеспечения. Подтверждается положительной оценкой теоретических и практических исследований на научных семинарах и конференциях.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследования представлены на следующих конференциях: VII Международная научно-практическая конференция «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология» (Москва, 2014); научно-практическая конференция с международным участием «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР» (Екатеринбург, 2015); VIII Международная научно-практическая конференция «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности. 100 лет отечественного проектирования металлургических печей» (Москва, 2016); IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах» (Новокузнецк, 2016); II Международная научно-практическая конференция «Современные научные достижения металлургической теплотехники и их реализация в промышленности» (Екатеринбург, 2017); X и XI Всероссийские научно-практические конференции с международным участием «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2015, 2017); V, VI и VII Всероссийские научно-практические конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (Екатеринбург, 2016, 2017, 2018).

По теме диссертации опубликовано 19 статей, из них семь статей в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, из которых четыре представлены в реферативной базе данных Scopus. Три научных доклада

конференций проиндексированы в базах данных Scopus и Web Of Science. Также получено два свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах основного машинописного текста, включает 30 рисунков, 6 таблиц и 4 приложения. Состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 124 источников.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННЫМИ ПЕЧАМИ И ИХ КОМПЛЕКСАМИ, МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЫРЬЕВЫХ И ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Сырьевые и теплоэнергетические аспекты современной доменной плавки

Металлургия Российской Федерации, являясь базовой отраслью, должна обеспечить развитие экономики страны, ее важнейших составляющих -машиностроения, химии, энергетики, транспорта, строительства и др. По производству чугуна, стали, Россия входит в первую пятерку стран мира. Для сохранения лидирующих позиций России на мировом рынке металлов и удовлетворения потребностей в металлопродукции на внутреннем рынке в стране принята «Стратегия развития черной металлургии России на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года» [1]. Этот документ определяет сценарии улучшения структуры, технологий, экологической обстановки на металлургических предприятиях России и ориентирует предприятия на повышение энергоэффективности технологий получения металлопродукции высокого качества.

Решение этих главных задач обеспечивается целенаправленной, деятельностью на всех стадиях металлургического производства от подготовки рудного сырья до получения готовой продукции.

Для чёрной металлургии важными стадиями производства является доменный передел. Эта технология достаточно энергоёмка, она потребляет 48,6 % различных видов топлива из теплового баланса интегрированного металлургического комбината, что предписывает необходимость снижения энерго-и ресурсоёмкости получаемой продукции.

При этом прогнозируется, что к 2020 году спрос на основные виды металлоизделий возрастет с достижением уровня 390 кг стали/человека. Ожидается, что за счет использования энергоэффективных технологий произойдет снижение общего расхода топлива с уровня 2007 г. до 2020 г. на 14 %, а электроэнергии на 28 % при достижении удельных расходов энергопотребления до 20-25 ГДж/т продукции за счет применения энергосберегающей техники и технологий.

К сожалению, удельный расход топлива на одну тонну проката в нашей стране выше на 25 %, чем в Японии и на 37,5 %, чем в странах Европейского союза [2].

Причиной отставания является как использование физически изношенного оборудования и морально устаревших технологий, так и низкий уровень внедрения научных достижений в области энерго- и ресурсосбережения. Такая ситуация сложилась во многих отраслях народного хозяйства, поэтому главная цель развития как чёрной металлургии, так и многих других отраслей промышленности в России - их преобразование в динамично развивающиеся, высокотехнологичные и конкурентоспособные отрасли, интегрированные в мировую металлургию в рамках международного разделения труда [1].

На новом витке развития науки и техники формирование отечественной металлургии происходит в новых условиях [3]:

1. Практически сформировались рынки сырья и топлива. При этом исчезновение экономических границ между государствами привело к тому, что импорт сырья и экспорт готовой продукции стали обычным явлением отечественной металлургии.

2. В мире происходит сокращение, а в некоторых регионах и исчезновение месторождений железных руд. Это привело к тому, что наиболее крупные металлургические комбинаты страны, построенные вблизи месторождений железной руды, вынуждены работать на привозном сырье.

3. В России и мире изменяются требования к экологической чистоте металлургического производства. Производительность, как важный принцип плановой экономики, уступила своё место энерго- и ресурсосбережению.

4. В ближайшее время производство чёрных металлов альтернативными способами не изменится. Об этом свидетельствует тот факт, что в течение последних 20 лет доля чёрных металлов, производимых во всем мире внедоменным путем, не превышала 5-6 %.

Факторами, которые ограничивают развитие чёрной металлургии в России и большинстве других стран, являются в настоящее время дефицит сырьевых и топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и техногенное загрязнение окружающей среды [4-5].

Высокий уровень конкуренции на мировом рынке привёл к тому, что снижение себестоимости продукции за счёт повышения энергетической эффективности и снижения тепловых потерь при использовании ТЭР на предприятиях чёрной металлургии стало одним из направлений выживания. Это связано с тем, что доля затрат на ТЭР (электроэнергия, природный газ, технологический кислород, коксующийся уголь, мазут и др.) в общей смете затрат на производство продукции составляет более 30 %. При этом энергетические затраты на предприятиях чёрной металлургии в европейских странах составляют 18-22 %. Наиболее крупными потребителями ТЭР на металлургических комбинатах являются доменные и прокатные производства. К электроёмким производствам относятся электросталеплавильные цеха, кислородные станции. Объём потребляемых ТЭР на производство единицы продукции называется энергоёмкостью, в чёрной металлургии это объём ТЭР на производство одной тонны стали (Гкал/т). Например, энергоёмкость на ПАО «ММК» - 7 Гкал/т, а величина энергоёмкости на ведущих металлургических комбинатах за рубежом составляет 5 Гкал/т.

Энергоёмкость металлопродукции определяется качеством поставок материальных и энергетических ресурсов, техническим состоянием агрегатов и их

соответствием мировому уровню развития науки и техники, конъюнктурными факторами, экологическими ограничениями и др.

Для выработки стратегии уменьшения энергоёмкости производимой продукции в переменных условиях используется принцип доминирующего звена. В чёрной металлургии таким звеном является производство чугуна. Доменное производство является самым энергоёмким среди переделов чёрной металлургии, на его долю приходится 50-75 % энергетических затрат предприятий полного цикла. Поэтому экономия энергетических ресурсов при производстве чугуна на 1 % снижает энергоёмкость производства стали на 0,5-0,75 % [6].

Крупнейшие доменные цеха России имеют в своем составе несколько печей. В таблице 1.1 приведены сведения о показателях работы за 2016 и 2017 годы трёх крупнейших в России доменных цехов - Магнитогорского металлургического комбината (ММК, ПАО «ММК»), Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК, ПАО «НЛМК») и Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК, ПАО «Северсталь»)1. Сведения, приведённые в таблице, показывают масштабность и объём материальных и энергетических затрат доменного передела, а доменное производство России по уровню применяемой технологии находится на мировом уровне [7].

Доменный цех ММК имеет в своем составе 8 работающих печей, имеющих полезный объём от 1370 до 2014 м3, а доменный цех НЛМК включает 6 печей объёмом от 1000 до 4291 м3. Годовое производство чугуна в доменном цехе ММК достигает 10,2 млн., при этом выпускается 3,5 млн т/год побочной продукции -шлака и около 36,7 млн м3/сут. доменного газа. Для снабжения цеха рудными материалами, потребность цеха агломератом составляет 10,56 млн т/год, привозных окатышей - 6,47 млн т/год, кокса - 6,51 млн т/год. В доменные печи нужно подать доменного дутья - 38,5 млн м3/сут, природного газа - 3,46 млн м3/сут., технологического кислорода для обогащения дутья - 3,82 млн м3/сут. Потребность доменного цеха в электроэнергии составляет 85,5 млн кВтч/сут.

1 Третьяк, А.А. Развитие производства чугуна в России / А.А. Третяк, Н.Н. Гугис, Д.Н. Тихонов // IX Международный

конгресс доменщиков «Металлургия чугуна. Перспективы развития до 2025 г.», г. Нижний Тагил, 2018.

Таблица 1.1 - Показатели работы доменных цехов ММК, НЛМК и ЧерМК

Показатель, ед. измерения Годы ММК НЛМК ЧерМК

Производительность, тыс. т чугуна в год 2016 9652 12689 9317

2017 10163 12839 9158

Производительность, т/м2 сутки 2016 60 73 71

2017 63 70 71

Удельный расход кокса (в том числе коксовая мелочь), кг/т чугуна 2016 440,8 (26,6) 373,5 (47,8) 402,6 (17,0)

2017 437,9 (28,2) 358,4 (40,5) 400,1 (14,3)

Удельный расход природного газа, кг/т чугуна 1 2016 76,2 70,5 84,2

2017 88,3 57,2 82,4

Удельный расход пылеугольного топлива (ПУТ), кг/т чугуна 2016 — 48 —

2017 — 74,4 —

Удельный расход ТЭР (кокс, природный газ, ПУТ), кг/т чугуна 2 2016 517 491,5 486,8

2017 526,2 490,0 482,5

Температура горячего дутья, оС 2016 1109 1153 1194

2017 1105 1135 1188

Содержание кислорода в дутье, % 2016 26,95 29,1 29,57

2017 27,0 28,47 29,66

Давление колошникового газа, ати 2016 1,34 1,91 1,94

2017 1,43 1,90 1,99

Содержание железа в железорудной части шихты, % 2016 58,32 57,99 62,6

2017 57,8 57,85 62,3

Удельный расход железорудных материалов, кг/т чугуна 2016 1625,8 1656,0 1529,6

2017 1642,8 1646,3 1532,3

Доли окатышей/агломерата/железной руды, % 3 2016 33/67/- 31/68/1 33/65/2

2017 38/62/- 33/66/1 32/67/1

Содержание кремния в чугуне % 2016 0,83 0,45 0,51

2017 0,76 0,47 0,51

Основность шлака CaO/SiO2, ед. 2016 0,99 1,02 0,99

2017 0,99 1,03 1,00

1 Значения пересчитаны из расчета: 1 м3 природного газа - 0,714 кг (ОД4 - «12+4*1/22,4=0,714»).

2 Сумма удельных расходов топлив.

3 Передельный чугун, доля руды меньше 0,5 % не показана.

Отмеченные огромные потоки материальных и энергетических мощностей в доменном цехе требуют научно обоснованных и безошибочных методов управления доменным процессом, поскольку неверные действия технологического персонала при принятии решений могут приводить к существенным экономическим потерям.

Металлургический кокс является основным энергоносителем и наиболее дорогим компонентом доменной шихты, поэтому важной задачей совершенствования технологии производства чугуна является уменьшение расхода кокса. В себестоимости чугуна более 50 % затрат приходится на железорудную часть шихты (агломерат, окатыши) и около 40 % на ТЭР, при этом затраты на кокс составляют более 90 % от общих затрат на топливо.

Таким образом, основным направлением политики энерго- и ресурсосбережения в доменном производстве является снижение расхода кокса. Это может быть обеспечено за счёт применения других видов топлива (природный газ, пылеугольное топливо), как заменителей кокса, обогащения дутья кислородом и оптимизации режимных параметров печей. Результаты работы доменных печей в XXI веке подтверждают перспективность такой технологии [8].

Не стоит исключать из внимания и железорудную часть шихты. Однако вопросы снижения удельного расхода железорудных компонентов шихты находятся за пределами доменного производства. Удельный расход железорудной части шихты определяется содержанием в ней железа, которое, в свою очередь, зависит от химического состава руд, условий их добычи и обогащения.

Пути совершенствования доменного производства и результаты этой работы хорошо известны. В последнее время достигнуты рекордные показатели работы печей по производительности, удельному расходу кокса и углеводородных добавок, по расходу технологического кислорода и температуре дутья. Достижение высоких показателей определили следующие технические и технологические мероприятия [6]:

- применение окускованных и офлюсованных железорудных материалов с высоким содержанием железа до 65 %;

- применение природного газа и пылеугольного топлива в сочетании с обогащением воздушного дутья кислородом;

- установка современных воздухонагревателей с возможностью нагрева дутья до 1300 °С;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гурин Иван Александрович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Приказ Минпромторга России от 05.05.2014 .№ 839 «Об утверждении Стратегии развития чёрной металлургии России на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года», 2014. - 240 с.

2. Ярошенко, Ю.Г. Основные направления ресурсо- и энергосбережения в доменном производстве / Ю.Г. Ярошенко, Н.А. Спирин, В.В. Лавров, А.Н. Дмитриев, Я.М. Гордон // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. - 2016. - № 5. - С. 76-81.

3. Лисин, В.С. Стратегические ориентиры экономического развития черной металлургии в современных условиях / В.С. Лисин. - М.: Экономика, 2005. - 404 с.

4. Юсфин, Ю.С. Основные направления ресурсосбережения в доменном производстве и его влияние на окружающую среду / Ю.С. Юсфин // Сталь. - 2010. - № 4. - С. 12-13.

5. Юзов, О.В. Тенденции изменения экономических показателей развития черной металлургии России / О.В. Юзов, А.М. Седых, С.З. Афонин // Экономика в промышленности. - 2009. - № 1. - С. 2-13.

6. Ярошенко, Ю.Г. Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии черной металлургии / Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон, И.Ю. Ходоровская. - Екатеринбург: ОАО УИПЦ, 2012. - 670 с.

7. Катунин, В.В. Основные показатели работы черной металлургии России в 2015 г. / В.В. Катунин, Т.М. Петракова, И.М. Иванова // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. -2016. - № 3. - С. 3-24.

8. Геердес, М. Современный доменный процесс / М. Геердес, Р. Ченьо, И. Курунов [и др.]. - М.: Металлургиздат, 2016. - 280 с.

9. Большаков, В.И. Технология высокоэффективной энергосберегающей доменной плавки / В.И. Большаков. - Киев: Наукова думка, 2007. - 411 с.

10. Спирин, Н.А. Научные проблемы совершенствования информационно-моделирующих систем в металлургии / Н.А. Спирин, А.Н. Дмитриев // Черная металлургия. - 2015. - № 12. - С. 60-63.

11. Lida, O. Application of a technique to blast furnace operation / O. Lida, S. Taniyochi, T. Hetani // Kawasaki Steel Techn Dept. - 1992. - № 26. - C. 30-37.

12. Power, D.J. Web-based and model-driven decision support systems: concepts and issues / D.J. Power // Americas Conference on Information Systems, Long Beach, California, 2000.

13. Edwards, J.S. Expert Systems in Management and Administration - Are they really different from Decision Support Systems? / J.S. Edwards // European Journal of Operational Research. - 1992. - Vol. 61. - Pp. 114-121.

14. Вегман, Е.Ф. Металлургия чугуна: учебник для вузов / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев [и др.]. - М.: Металлургия, 1989. - 512 с.

15. Warren, P. Development and implementation of a generic blast-furnace expert system / P. Warren, S. Harvey // Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 2001. - Pp. 43-49. DOI: 10.1179/mpm.2001.110.1.43.

16. Saarela, A. Expert System for Taphole Plugging in a Blast Furnace / A. Saarela, K. Leiviska, J. Ruuska // IFAC Proceedings Volumes, 2003. - Vol. 36, I. 24. - Pp. 65-70.

17. Изюмский, Н.Н. Автоматизация доменных печей / Н.Н. Изюмский, А.П. Пухов, В.Л. Сафрис [и др.] // Черная металлургия. - 1991. - № 4. -С. 31-36.

18. Изюмский, Н.Н. Современные промышленные системы автоматизации доменных печей мира / Н.Н. Изюмский, А.П. Васильев // Теория и практика производства чугуна: сборник трудов международной научно-технической конференции. - Кривой Рог: КГГМК «Криворожсталь», 2004. -С. 48-68.

19. Котухов, В.И. Разработка АСУТП нового поколения для доменной печи №5 КМК / В.И. Котухов, С.В. Коршиков, Г.Я. Анисимов [и др.] // Сталь. -1993. - № 4. - С. 22-25.

20. Краснобаев, В.А. Современная автоматизированная информационная система доменной плавки / В.А. Краснобаев, В.Ю. Рыболовлев, Н.А. Спирин [и др.] // Сталь. - 2000. - № 9. - С. 7-10.

21. Садовый, А.В. Концепция построения интегрированной АСУ ТП доменного производства / А.В. Садовый, В.И. Романенко, Н.Г. Тищенко [и др.] // Сталь. - 2009. - № 9. - С. 107-110.

22. Тараканов, А.К. Совершенствование средств контроля и управления доменной плавкой / А.К. Тараканов // Производство чугуна на рубеже столетий: труды международного конгресса доменщиков. - Днепропетровск; Кривой Рог: ПОРОГИ, 1999. - С. 37-42.

23. Терентьев, В.Л. Интегрированная модельная система поддержки принятия решений для управления доменной плавкой / В.Л. Терентьев, В.Ю. Рыболовлев, Н.А. Спирин [и др.] // Сталь. - 2004. - № 9. - С. 9-11.

24. Тогобицкая, Д.Н. Информационно-аналитическая система для оперативного анализа работы доменных печей в среде локальной вычислительной сети МК «Днепровский» / Д.Н. Тогобицкая, Г.Л. Цымбал,

A.Ф. Лоза [и др.] // Труды V Международного конгресса доменщиков. -Днепропетровск: ПОРОГИ, 1999. - С. 402-403.

25. Серов, Ю.В. Автоматизация доменных печей. Итоги XX века / Ю.В. Серов // Сталь. - 2001. - № 8. - С. 45-51.

26. Суковатин, И.В. Информационные технологии в практике металлургического комбината / И.В. Суковатин // Сталь. - 2010. - № 5. - С. 133135.

27. Кулаков, С.М. Интеллектуальные системы управления технологическими объектами: теория и практика: монография / С.М. Кулаков,

B.Б. Трофимов. - Новокузнецк: СибГИУ, 2009. - 223 с.

28. Соловьев, В.И. Интеллектуальная автоматизированная система управления металлургическими агрегатами / В.И. Соловьев, Е.А. Павлова, В.А. Краснобаев // Черные металлы. - 2004. - № 7-8. - С. 26-29.

29. Соловьев В.И. Экспертная система для диагностики и регулирования хода доменной печи / В.И. Соловьев, В.А. Краснобаев, Ю.А. Сарапулов [и др.] // Теория и практика производства чугуна: сборник трудов международной научно-технической конференции. - Кривой Рог: КГГМК «Криворожсталь», 2004. - С. 484-487.

30. Онорин, О.П. Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев [и др.]; под ред. Н.А. Спирина. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - 301 с.

31. Спирин, Н.А. Модельные системы поддержки принятия решений в АСУ ТП доменной плавки металлургии / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев [и др.]; под ред. Н.А. Спирина. - Екатеринбург: УрФУ, 2011. - 462 с.

32. Френкель, М.М. Экспертная система управления ходом доменной плавки / М.М. Френкель, Ю.В. Федулов, О.А. Белова [и др.] // Сталь. - 1992. -№ 7. - С. 15-18.

33. Лисиенко, В.Г. Принципы построения экспертных систем в металлургии на примере экспертной системы «Советчик мастера доменной печи» / В.Г. Лисиенко, В.П. Чистов, А.Е. Пареньков [и др.]. - Екатеринбург: УГТУ, 1996. - 45 с.

34. Спирин, Н.А. Информационные системы в металлургии / Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов, В.И. Лобанов [и др.]. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. - 617 с.

35. Лисиенко, В.Г. Развитие трехуровневых АСУ ТП в металлургии (коксовые и бескоксовые процессы): учебное пособие / В.Г. Лисиенко, Е.Л. Суханов, В.А. Морозова [и др.]; под ред. В.Г. Лисиенко. - М.: Теплотехник, 2006. - 328 с.

36. Товаровский, И.Г. Доменная плавка / И.Г. Товаровский. -Днепропетровск: Пороги, 2009. - 765 с.

37. Дмитриев, А.Н. Математическое моделирование доменного процесса / А.Н. Дмитриев. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. - 162 с.

38. Дмитриев, А.Н. Исследование температурных и скоростных полей с помощью двумерной математической модели при использовании новых технических решений / А.Н. Дмитриев, С.В. Шаврин // Сталь. - 1998. - № 5. -С. 5-8.

39. Дмитриев, А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки /

A.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев [и др.]. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 547 с.

40. Загайнов, С.А. Разработка и внедрение математического и программного обеспечения для гибких технологических режимов работы доменных печей / С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Л.Ю. Гилева [и др.] // Сталь. -2000. - № 9. - С. 12-15.

41. Загайнов, С.А. Современные принципы построения математической модели доменного процесса для решения технологических задач / С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Н.А. Спирин [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. -2003. - № 12. - С. 3-7.

42. Курунов, И.Ф. Новые средства контроля и управления доменным процессом / И.Ф. Курунов // Сталь. - 2001. - № 8. - С. 58-62.

43. Гилева, Л.Ю. Разработка и внедрение методов анализа и прогноза показателей работы доменной печи с целью совершенствования технологии выплавки чугуна: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Гилева Лариса Юрьевна. -Екатеринбург, 1996. - 170 с.

44. Гилева, Л.Ю. Разработка математической модели с переменной структурой для анализа и прогноза показателей работы доменной печи на основе отчетных данных / Л.Ю. Гилева, Ю.Г. Ярошенко, С.А. Загайнов [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. - 1993. - № 4. - С. 51-55.

45. Гилева, Л.Ю. Пакет прикладных программ «Автоматизированное рабочее место мастера доменной печи» / Л.Ю. Гилева, Н.А. Спирин,

B.Ю. Рыболовлев [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. - 2009. -№ 12. - С. 52-56.

46. Лавров, В.В. Автоматизированная система анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха: дис. ... д-ра техн. наук: 05.13.06 / Лавров Владислав Васильевич. - Екатеринбург, 2013. - 480 с.

47. Щипанов, К.А. Разработка и исследование математических моделей, создание программного обеспечения для управления объектами в металлургии (на примере пуска доменной печи): дис. ... канд. техн. наук: 05.13.18 / Щипанов Кирилл Александрович. - Екатеринбург, 2007. - 161 с.

48. Казанцев, С.В. Разработка и применение алгоритмов и комплекса программ распознавания образов для прогноза теплового состояния технологических процессов (на примере доменной плавки): дис. ... канд. техн. наук: 05.13.18 / Казанцев Сергей Владимирович. - Екатеринбург, 2007. - 154 с.

49. Перминов, А.И. Повышение эффективности доменной плавки на основе рационального выбора состава шихты: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Перминов Алексей Игоревич. - Екатеринбург, 2008. - 158 с.

50. Бурыкин, А.А. Разработка и внедрение автоматизированной системы анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Бурыкин Андрей Александрович. - Екатеринбург, 2011. - 250 с.

51. Краснобаев, А.В. Развитие модельных систем поддержки принятия решений в АСУ ТП доменной плавки: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Краснобаев Алексей Викторович. - Екатеринбург, 2013. - 174 с.

52. Павлов, А.В. Совершенствование технологии доменной плавки с использованием модельных систем поддержки принятия решений: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Павлов Александр Владимирович. - Магнитогорск, 2016. -147 с.

53. Истомин, А.С. Разработка логико-динамической модели с целью повышения эффективности выплавки чугуна в доменной печи: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Истомин Александр Сергеевич. - Екатеринбург, 2017. - 181 с.

54. Михин, Р.А. Разработка теоретических основ поведения шихтовых материалов доменной плавки для информационного обеспечения

математической модели загрузки доменной печи: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02 / Михин Роман Александрович. - Москва, 2010. - 176 с.

55. Сучков, А.В. Анализ и совершенствование управления многомерным технологическим объектом на примере доменной печи: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01 / Сучков Андрей Владимирович. - Екатеринбург, 2010. - 183 с.

56. Чесноков, Ю.А. Совершенствование балансовой логико-статистической модели доменного процесса: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01 / Чесноков Юрий Анатольевич. - Екатеринбург, 2007. - 122 с.

57. Рамм, А.Н. Современный доменный процесс / А.Н. Рамм. -М.: Металлургия, 1980. - 304 с.

58. Юсфин, Ю.С. Металлургия железа / Ю.С. Юсфин, Н.Ф. Пашков. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 464 с.

59. Юсфин, Ю.С. Металлургия чугуна / Ю.С. Юсфин; под ред. Ю.С. Юсфина. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 774 с.

60. Рист, А. Совмещённая графическая интерпретация материального и теплового балансов доменной печи / А. Рист, М. Миссон // Черная металлургия: экспресс-информация ВИНИТИ. - 1968. - № 13, реф. 79. - С.14-41.

61. Курунов, И.Ф. Методика расчёта технико-экономических показателей доменной плавки / И.Ф. Курунов, С.Б. Ященко // Научные труды Московского института стали и сплавов. - 1983. - № 152. - С.57-64.

62. Писи Дж.Г. Доменный процесс. Теория и практика: пер. с англ. / Дж.Г. Писи, В.Г. Давенпорт; под ред. Ю.С. Карабасова. - М.: Металлургия, 1984. - 142 с.

63. Ченцов, А.В. Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса / А.В. Ченцов, Ю.А. Чесноков, С.В. Шаврин. - М.: Наука, 1991. - 92 с.

64. Мойкин, В.И. Динамические характеристики доменных печей по результатам математического моделирования / В.И. Мойкин, Н.М. Бабушкин, Б.А. Боковиков // Вопросы производства чугуна в доменных печах: сборник научных трудов. - М.: Металлургия, 1984. - С. 46-52.

65. Мойкин, В.И. Определение динамических характеристик доменного процесса с помощью математической модели / В.И. Мойкин, Б.А. Боковиков, Н.М. Бабушкин [и др.] // Повышение производительности и экономичности работы тепловых металлургических агрегатов: сборник научных трудов. -М.: Металлургия, 1982. - С. 42-46.

66. Мойкин, В.И. Анализ работы доменной печи на комбинированном дутье с применением метода математического моделирования / В.И. Мойкин, Н.М. Бабушкин, Б.А. Боковиков // Сталь. - 1984. - № 4. - С. 9-14.

67. Мойкин, В.И. Теплотехнический анализ работы доменной печи на металлизованной шихте методом математического моделирования /

B.И. Мойкин, Б.А. Боковиков, Н.М. Бабушкин // Сталь. - 1978. - № 11. -

C. 982-986.

68. Овчинников, Ю.Н. Нестационарные процессы и повышение эффективности доменной плавки / Ю.Н. Овчинников, В.И. Мойкин, Н.А. Спирин [и др.]. - Челябинск: Металлургия, 1989. - 120 с.

69. Шаврин, С.В. Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе / С.В. Шаврин; под ред. С.В. Шаврина // Труды института металлургии УФАН СССР. Часть 2, 1972. - 140 с.

70. Шаврин, С.В. Математическое моделирование доменного процесса / С.В. Шаврин; под ред. С.В. Шаврина. Екатеринбург: Институт металлургии УрО РАН, 1994. - 72 с.

71. Доброскок, В.А. Использование математических моделей с целью разработки высокоэкономичных ресурсосберегающих и утилизационных технологий выплавки чугуна / В.А. Доброскок, А.Г. Чижиков, Й. Мернитц [и др.] // Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века: труды международной научно-практической конференции. - М.: МИСиС, 2000. - С. 278-280.

72. Доброскок, В.А. Метод разработки новых технологических режимов доменной плавки на основе комплекса математических моделей /

В.А. Доброскок, А.И. Туманов, А.В. Ганчев // Известия вузов. Черная металлургия. - 1987. - № 5. - С. 146-147.

73. Авдеев, В.П. Натурно-математическое моделирование в системах управления / В.П. Авдеев, С.Р. Зельцер, В.Я. Карташов [и др.]. - Кемерово: КемГУ, 1987. - 85 с.

74. Авдеев, В.П. Идентификация промышленных объектов с учетом нестационарностей и обратных связей / В.П. Авдеев, Т.М. Даниелян, П.Г. Белоусов. - Новокузнецк: изд-во Сибирского металлургического института, 1984. - 88 с.

75. Мышляев, Л.П. Прогнозирование в системах управления / Л.П. Мышляев, В.Ф. Евтушенко. - Новокузнецк: СибГИУ, 2002. - 358 с.

76. Емельянов, С.В. Теория и практика прогнозирования в системах управления / С.В. Емельянов, С.К. Коровин, Л.П. Мышляев [и др.]. - М.: Издат. объединение «Российские университеты», 2008. - 487 с.

77. Спирин, Н.А. Математическое моделирование металлургических процессов в АСУ ТП / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев [и др.]; под ред. Н.А. Спирина. - Екатеринбург: УрФУ, 2014. - 558 с.

78. Салихов З.Г. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами: монография / З.Г. Салихов, Г.Г. Арунянц, Л.А. Рутковский. - М.: Теплоэнергетик, 2004. - 496 с.

79. Ишметьев, Е.Н. Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали: монография / Е.Н. Ишметьев, С.М. Андреев, Б.Н. Парсункин [и др.]. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2008. - 311 с.

80. Бородулин, А.В. Математические модели оптимального использования ресурсов в доменном производстве / А.В. Бородулин, Х.Н. Гизатуллин, А.Д. Обухов [и др.]; под ред. В.Д. Мазурова и Ю.Г. Ярошенко. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. - 148 с.

81. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии: учебник для вузов / В.В. Кафаров. - М.: Химия, 1985. - 448 с.

82. Лисиенко, В.Г. Математическое моделирование теплообмена в печах и агрегатах / В.Г. Лисиенко, В.В. Волков, А.Л. Гончаров. - Киев: Наукова думка, 1984. - 232 с.

83. Лисиенко, В.Г. Улучшение топливоиспользования и управление теплообменом в металлургических печах / В.Г. Лисиенко, В.В. Волков, Ю.К. Маликов. - М.: Металлургия, 1988. - 231 с.

84. Рей, У. Методы управления технологическими процессами: пер. с англ. / У. Рей. - М.: Мир, 1983. - 368 с.

85. Цирлин, A.M. Оптимальное управление технологическими процессами: учеб. пособие для вузов / A.M. Цирлин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 400 с.

86. Таха, Х.А. Введение в исследование операций: в 2 т. / Х.А. Таха. -М.: Мир, 1985. - 479 с.

87. Цымбал, В.П. Математическое моделирование металлургических процессов / В.П. Цымбал. - М.: Металлургия, 1986. - 240 с.

88. Цымбал, В.П. Математическое моделирование сложных систем в металлургии / В.П. Цымбал. - М.: Издательское объединение «Российские университеты», 2006. - 431 с.

89. Спирин, Н.А. Оптимизация и идентификация технологических процессов в металлургии / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, С.И. Паршаков [и др.]. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. - 307 с.

90. Рейклейтис, Г. Оптимизация в технике / Г. Рейклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. - М.: Мир, 1986. - 350 с.

91. Китаев, Б.И. Теплообмен в доменной печи / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Б.Д. Лазарев. - М.: Металлургия, 1966. - 355 с.

92. Китаев, Б.И. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов [и др.]. - М.: Металлургия, 1978. - 248 с.

93. Бабарыкин, Н.Н. Теория и технология доменной плавки / Н.Н. Бабарыкин. - Магнитогорск: МГТУ, 2009. - 257 с.

94. Андронов, В.Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс / В.Н. Андронов. - Донецк: Норд-Пресс, 2009. - 377 с.

95. Довгалюк, Б.П. Методы контроля эффективности использования топливных добавок и технологического кислорода и их оптимального распределения между доменными печами / Б.П. Довгалюк // Сталь. - 1987. -№ 8. - С. 9-14.

96. Сламчинская Т.И. Методика построения оптимального плана снабжения железорудным сырьем группы металлургических заводов / Т.И. Сламчинская, А.А. Гиммельфарб, П.О. Коростик [и др.] // Экспресс-информация. Черная металлургия. - 1971. - № 6. - С. 1-8.

97. Ведение доменной плавки. Технологическая инструкция ТИ 101 -Д-22-2002. ОАО ММК, 2008 г.

98. Брауде, Э. Технология разработки программного обеспечения: пер. с англ. / Э. Брауде. - СПб.: Питер, 2004. - 655 с.

99. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++ / Г. Буч. - М.: Бином, 2001. - 560 с.

100. Новоженов, Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем / Ю.В. Новоженов. - М.: «Аргуссофт компании», 1998. - 342 с.

101. Одинцов, И.О. Профессиональное программирование. Системный подход: 2-е изд. / И.О. Одинцов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 624 с.

102. Маклаков, С.В. Моделирование бизнес-процессов с BPWin 4.0 / С.В Маклаков. - М.: Диалог-МИФИ, 2002. - 224 с.

103. Spirin, N.A. Information modeling system for blast furnace control / N.A. Spirin, L.Y. Gileva, V.V. Lavrov // Proc. 19th International Scientific Conference on Metallurgy: Technologies, Innovation, Quality. - Novokuznetsk, 2016. - V. 150, I. l. DOI: 10.1088/1757-899X/150/1/012011.

104. Spirin, N.A. Software for the raw-materials management system in blastfurnace smelting / N.A. Spirin, V.V. Lavrov, I.E. Kosachenko [etc.] // Metallurgist. -2015. - Vol. 59, I. 1. - Pp. 104-112. DOI: 10.1007/s11015-015-0068-7.

105. Lavrov, V.V. Automatic control software for the blast-furnace shop / V.V. Lavrov, N.A. Spirin, A.A. Burykin [etc.] // Steel in Translation. - 2015. - Vol. 45, I. 9. - Pp. 669-673. DOI: 10.3103/S0967091215090090.

106. Lavrov, V.V. Automated information system for analysis and prediction of production situations in blast furnace plant / V.V. Lavrov, N.A. Spirin // Proc. 19th International Scientific Conference on Metallurgy: Technologies, Innovation, Quality. - Novokuznetsk, 2016. - V. 150, I. l. DOI: 10.1088/1757-899X/150/1/012010.

107. Фримен, А. ASP.NET Core MVC с примерами на C# для профессионалов / А. Фримен. - М.: Вильямс, 2017. - 992 с.

108. Фримен, А. ASP.NET MVC 5 с примерами на C# 5.0 для профессионалов / А. Фримен. - М.: Вильямс, 2018. - 736 с.

109. Чамберс, Д. ASP.NET Core. Разработка приложений / Д. Чамберс, Д. Пэкетт, С. Тиммс. - СПб.: Питер, 2018. - 464 с.

110. Кетков, Ю.Л. MATLAB 7: программирование, численные методы / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков, М.М. Шульц. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 752 с.

111. Смоленцев, Н.К. MATLAB. Программирование на С++, С#, Java и VBA / Н.К. Смоленцев. - М.: ДМК Пресс, 2015. - 498 с.

112. Смоленцев, Н.К. Создание Windows-приложений с использованием математических процедур MATLAB / Н.К. Смоленцев. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 456 с.

113. Гурин, И.А. Решение математических задач на языке Visual C# с использованием пакета MATLAB / И.А. Гурин, Н.А. Спирин, В.В. Лавров // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: сборник докладов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием. - Екатеринбург: УрФУ, 2016. - С. 190-194.

114. Гурин, И.А. Инфраструктура web-ориентированных автоматизированных информационно-моделирующих систем / И.А. Гурин,

B.В. Лавров, Н.А. Спирин // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: труды XI Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). - Новокузнецк: изд. центр СибГИУ, 2017. -

C. 51-55.

115. Айвалиотис, Д. Администрирование сервера NGINX / Д. Айвалиотис. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 288 с.

116. Гурин, И.А. Веб-технологии построения автоматизированных информационно-моделирующих систем технологических процессов в металлургии / И.А. Гурин, В.В. Лавров, Н.А. Спирин [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. - 2017. - Т. 60. - № 7. - С. 573-579.

117. Лавров, В.В. Современная методология и компьютерные технологии создания программного обеспечения модельных систем поддержки принятия решений в металлургии (на примере доменного производства) / В.В. Лавров, Н.А. Спирин, И.А. Гурин [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. - 2017. - Т. 60. - № 8. - С. 679-685.

118. Лавров, В.В. Создание программного комплекса «АРМ технолога доменного цеха» на основе современных информационных технологий /

B.В. Лавров, Н.А. Спирин, А.А. Бурыкин [и др.] // Сталь. - 2010. - № 1. -

C. 17-21.

119. Маклаков, С.В. Создание информационных систем с AllFusion Modeling Suite / С.В. Маклаков. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 432 с.

120. Дейт, К.Дж. Введение в системы баз данных: пер. с англ., 8-е изд. / К.Дж. Дейт. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. - 1328 с.

121. Маклаков, С.В. Проектирование реляционных хранилищ данных / С.В. Маклаков, В.Е. Туманов. - М.: Диалог-МИФИ, 2007. - 336 с.

122. Троелсен, Э. Язык программирования C# 5.0 и платформа .NET 4.5: 6-е изд. / Э. Троелсен. - М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2015. - 1312 с.

123. Флёнов, М.Е. Библия С#: 2-е изд. / М.Е. Флёнов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2011. - 560 с.

124. Ишметьев, Е.Н. Интеграция как катализатор развития систем класса MES / Е.Н. Ишметьев, А.В. Романенко, Ю.Н. Волщуков [и др.] // Автоматизация в промышленности. - 2013. - № 8. - С. 47-50.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Пофакторный анализ показателей доменной плавки

Таблица П.А.1 - Таблица пофакторного счёта ТИ 101-Д-22-2009

№ Мероприятия Изменение, %

Расход Производи-

кокса тельность

1 Увеличение массовой доли железа в рудной сыпи на 1 % - 1,0 + 1,7

2 Снижение доли сырой руды в шихте на 1 % - 0,2 + 0,2

3 Повышение температуры дутья на 100 ° в пределах:

800 - 900 °С - 3,3 + 2,0

901 - 1000°С - 3,0 + 1,5

1001 - 1100°С - 2,3 + 1,2

1101 - 1200°С - 2,0 + 1,0

4 Повышение давления газа под колошником на 0,1 кг/см2 (0,01 Мпа) - 0,2 + 1,0

5 Снижение массовой доли кремния в чугуне на 0,1 % - 1,2 + 1,2

6 Снижение массовой доли серы в чугуне на 0,01 % + 1,0 - 1,0

7 Увеличение массовой доли фосфора в чугуне на 0,1 % + 1,2 - 1,2

8 Увеличение массовой доли марганца в чугуне на 0,1 % + 0,2 - 0,2

9 Увеличение массовой доли титана в чугуне на 0,1 % + 1,3 - 1,3

10 Увеличение влажности дутья на 1 г/м3 (без увеличения температуры дутья) + 0,15 - 0,07

11 Увеличение расхода природного газа на 1 м3/т - 0,7

12 Вывод из шихты 10 кг/т известняка - 0,5 + 0,5

13 Увеличение объемной доли кислорода в дутье на 1 % + 0,3 + 2,1

14 Снижение массовой доли мелочи (фракции 0-5 мм) в рудной сыпи на 1 % - 0,5 + 1,0

15 Уменьшение массовой доли золы в коксе в пределах:

11 - 12 % - 1,5 + 1,5

12 - 13 % - 2,0 + 1,8

16 Уменьшение массовой доли серы в коксе на 0,1 % - 0,3 + 0,3

17 Снижение времени простоев на 1 % - 0,5 + 1,5

18 Снижение времени тихого хода на 1 % - 0,5 + 1,0

19 Снижение времени низкого давления на 1 % - 0,5 + 0,8

20 Повышение прочности кокса по М 25 на 1 % - 0,6 + 0,6

21 Уменьшение истираемости кокса по М 10 на 1 % - 2,8 + 2,8

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Акты испытаний пакетов прикладных программ

УТВЕРЖДАЮ Начальник проектного офиса ООО «ММК-Информсервис», кандя^Гг технических наук

: _В.Ю. Рыболовлсв

« Д?» О^ТЯбРЯ 2015 г.

АКТ ИСПЫТАНИЙ пакета вычислительных программ «Оптимизация распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей»

В 2015 году в управление информационных технологий ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») для промышленных испытаний передан пакет прикладных программ «Оптимизация распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей».

Разработчик: кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии» Института материаловедения и металлургии Уратьского федерального университета (УрФУ), г. Екатеринбург. Руководитель - профессор, доктор технических наук Спирин H.A., исполнитель - аспирант Гурии И. А.

Пакет прикладных программ, реашзованный в среде Microsoft Visual Studio на языке С#, позволяет инженерно-технологическому персоналу доменного цеха проводить оценку эффективности использования топливно-энергетических ресурсов с учетом индивидуатьных технологических 01раничений на каждую печь и параметров работы доменного цеха в базовом и проектном периоде.

Используемый подход основан на следующих положениях: при относительно небольших колебаниях параметров относительно базовых значений целесообразно использовать принцип малых отклонений и свести задачу оптимизации к линейному математическому программированию. Оценка параметров доменной плавки и расчет коэффициентов линеаризованной модели выполнены с использованием разработанной в Уральском федеральном университете в рамках концепции возмущенно-невозмущенного движения балансовой модели доменного процесса (модель УрФУ), которую условно можно разделить на две части - базового состояния и прогнозирующую модель. Модель базового (эталонного) состояния позволяет оценить состояние каждой доменной печи и влияние входных параметров на тепловой, газодинамический и шлаковый режимы доменной плавки с использованием всей фактически доступной информации о параметрах шихты, комбинированного дутья, колошникового газа и продуктов плавки. Прогнозирующая модель на основании результатов, полученных с помощью модели базового (эталонного) состояния, позволяет оценить показатели доменного процесса в случае изменения условий плавки.

Пакет вычислительных программ включает в себя следующие основные блоки:

Базовый период. Определяются расчегные показатели теплового, газодинамического и шлакового режимов доменной плавки по модели УрФУ:

- теоретическая температура горения;

- обобщенный показатель теплового состояния низа доменной печи;

- отношение теплоемкостей потоков шихты и газа в шахте доменной печи;

- степень уравновешивания шихты газовым потоком;

- свойства шлака (вязкость шлака при различных температурах, градиенты вязкости шлака).

Прогнозный период. Корректировка параметров в проектном периоде:

- дутьевых (температуры г орячего дутья, влажности, содержания кислорода в дутье);

- химического состава и свойств железорудных материалов:

- расходов и составов флюсов;

- состава и свойств кокса.

Ограничения на значения параметров отдельных печей и в целом по цеху. Задание минимальных и максимальных величин следующих параметров:

- теоретическая температура горения;

- обобщенный показатель теплового состояния низа доменной печи:

- отношение теплоемкостей потоков шихты и газа в тахте доменной печи:

- степень уравновешивания шихты газовым потоком;

- свойства шлака (вязкость шлака при различных температурах, градиенты вязкости шлака);

- содержание серы и кремния в чугуне;

- расход природного газа по печам и в целом по цеху;

- суммарный расход кокса в целом по цеху;

- общая производительность по чугуну на цех.

Расчет оптимизации. Предусматривает задание целевой функции и решение задачи оптимизации. Целевая функция в общем случае сводит к максимуму эффективность использования природною газа в цехе. С помощью встроенного весового коэффициента возможна настройка целевой функции: получить экономию в денежном выражении или за счет изменения производительности работы доменного цеха.

Анализ полученного решения. Предусматривает следующие функции:

- расчет оптимальных значений расхода природного газа на печах и параметров работы отдельных печей и цеха в целом в проектном периоде;

- определение видов и значений лимитирующих параметров;

- выполнение анализа причин отсутствия решения (при отсутствии сходимости решения задачи).

Программное обеспечение «Оптимизация распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей» разработано в соответствии с современными принципами построения прикладных программ (функциональность, расширяемость, интеграция с базами данных, интуитивно-понятный пользовательский интерфейс, безопасность, оценивание информации на основе представления количественных данных и графических зависимостей). Программный пакет является частью системы оптимизации технологического процесса доменной плавки, входит в состав автоматизированной информационной системы анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха ОАО «ММК» и предназначен для инженерно-технологического персонала.

Испытание пикета прикладных программ свидетельствует о корректности получаемых данных для решения вышеизложенных задач. Полное внедрение пакета возможно только с использованием распределенной базы данных ОАО «ММК». Использование разработанного пакета после его адаптации к условиям работы ОАО «ММК» позволит решать оперативные заточи управления технологией доменной плавки, обеспечит повышение эффективности принятия решений инженерно-технологического персонала доменного цеха в условиях изменений объема топливно-энергетических ресурсов, нестабильности состава и качества проплавляемого железорудного сырья и коньюнктуры рынка.

кандидат технических наук

Менеджер ООО «ММК-Информсервис

А.В.Краснобаев

Публичное акционерное общество «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ» (ПАО «ММК»)

455000, Россия, г. Магнитогорск, Челябинской области, ул. Кирова, 93,

УТВЕРЖДАЮ:

Начальни

ного цеха

.А. Полинов

АКТ испытаний

Объекты испытаний: программные блоки «Расчёт конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов, определения ее параметров при изменении параметров

плавки», «Расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам воздействий», «Расчет в темпе с процессом

фактического и заданного теплового состояния низа печи» и «Расчет распознавания вероятности отклонения доменной плавки

от нормального режима»

Составлен комиссией в составе: Председатель: Зам. начальника ДЦ Члены

комиссии: 1. Ведущий специалист ДЦ

2. Менеджер ООО «ММК-Информсервис»

3. Профессор, д.т.н. УрФУ (руководитель работ)

4. Профессор, д.т.н. УрФУ (отв. исполнитель)

5. Ассистент УрФУ (исполнитель)

Селезнев Д.И.

Бегинюк В.А. Бурнев С.Д. Спирин H.A.

Лавров В.В.

Гурин И.А.

Разработчик программы ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Институт новых материалов и технологий, кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии» Заказчик программы Доменный цех ПАО «ММК»

Основанием для выполнения работы послужили:

Договор №232576 / Н977.210.028/17 от «19» 07.»2017 г.

Предъявляемые к испытаниям программные блоки «Расчёт конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов, определения ее параметров при изменении параметров плавки»,

1

«Расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам воздействий», «Расчет в темпе с процессом фактического и заданного теплового состояния низа печи» и «Расчет распознавания вероятности отклонения доменной плавки от нормального режима» являются частью интегрированного программного комплекса «АРМ мастера доменной печи» и предназначены для решения следующих технологических задач:

1. Расчет и оценка конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния (зоны когезии) в доменной печи за отчетные периоды работы.

2. Расчет прогнозного содержания кремния в чугуне при изменении следующих параметров: рудная нагрузка, температура и влажность дутья, содержание кислорода в дутье и расход природного газа.

3. Расчет в режиме реального времени вероятности отклонения доменного процесса от нормального режима. Позволяет определять следующие виды отклонений:

- периферийный ход; холодный ход; горячий ход;

- тугой ход;

- верхнее подвисание шихты;

- нижнее подвисание шихты.

Программные блоки позволяют пользователю количественно оценить степень развития основных процессов доменной плавки (теплообмена, восстановления, шлакообразования) для различных периодов работы печи по среднесменным и среднесуточным показателям ее работы. В основе методики расчета используется модель доменного процесса «УрФУ-ММК».

В программных блоках предусмотрено определение показателей доменной плавки для двух периодов работы доменных печей - базового и проектного, с использованием современных достижений теории и технологии доменной плавки, методов математического моделирования доменного процесса, разработанных в УрФУ.

Созданные программные блоки являются веб-приложениями, разработанным на языке программирования с использованием технологии ASP.NET MVC (Model - View - Controller) в среде Visual Studio 2017, что не требует предварительной установки (инсталляции) программ на компьютер пользователя. Для работы пользователя с программным обеспечением требуется веб-браузер с поддержкой технологий HTML 5, CSS 3, Javascript, приема и передачи Cookie. Программный продукт интегрирован в корпоративную сеть ПАО «ММК», осуществляет взаимодействие с базой данных Центра АСУ доменного цеха, обладает интуитивно понятным пользовательским интерфейсом, имеет широкий выбор интерактивных настроек для удобства восприятия и минимизации рутинных действий пользователя по подготовке исходных данных и анализу расчетных показателей.

Результаты модельных отчетов представляются пользователю в табличной и графической формах. В комплекте имеется инструкция по использованию программного продукта.

Период испытаний начат с 1 мая 2018 г., режим испытаний - круглосуточный.

В процессе создания программного обеспечения выполнено следующее:

1) анализ технических требований;

2) обследование объекта информатизации;

3) разработка математического обеспечения системы;

4) разработка структуры массивов данных;

5) разработка программного обеспечения;

6) интеграция программного обеспечения в информационную структуру комбината;

7) тестовые испытания программного обеспечения;

8) разработка технической документации;

9) обучение персонала.

Тестовые испытания применительно к условиям доменного цеха ПАО «ММК» показали пригодность разработанного программного обеспечения для решения указанных задач. Программное обеспечение позволяет в режиме «советчика» оценивать конфигурацию и размеры зоны вязкопла-стичного состояния железорудных материалов доменной печи, определять ее характеристики при изменении параметров плавки, рассчитывать динамические характеристики доменной печи по различным каналам воздействий, рассчитывать в темпе с процессом фактическое и заданное тепловое состояние низа печи и определять вероятность отклонения доменной плавки от нормального режима.

Внедрение системы приведет к повышению оперативности реагирования технологическим персоналом на производственные ситуации за счет своевременности получения всей необходимой информации в условиях нестабильности состава и качества проплавляемого железорудного сырья и конъюнктуры рынка.

Перечень функций программного обеспечения, предъявленных к испытаниям, приведен в Приложении №1 к настоящему Акту.

Перечень программных средств, предъявленных к испытаниям, приведен в Приложении №2 к настоящему Акту.

Решение комиссии:

1. Принять программное обеспечение блоков «Расчёт конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов, определения ее параметров при изменении параметров плавки», «Расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам

воздействий», «Расчет в темпе с процессом фактического и заданного теплового состояния низа печи» и «Расчет распознавания вероятности отклонения доменной плавки от нормального режима» в опытную эксплуатацию;

2. Доменному цеху:

- проводить анализ работы доменных печей с учетом расчетных показателей вводимого программного обеспечения;

- контролировать работу программного обеспечения, фиксировать и передавать исполнителю замечания о работе и предложения по его модернизации;

- назначить ответственного от технологического персонала цеха за проведение опытной эксплуатации программного обеспечения; определить круг лиц, имеющих доступ к информации, выдаваемой программой.

3. ООО «ММК-Информсервис»:

- обеспечить оперативное информационное сопровождение программного обеспечения «АРМ мастера доменной печи» (предоставление полной и достоверной информации по среднесменным и среднесуточным показателям работы доменных печей для всех печей цеха);

- обеспечить бесперебойную работу и доступ уполномоченных пользователей к вводимому программному обеспечению;

4. УрФУ, разработчику программного комплекса «АРМ мастера доменной печи»:

- обеспечить технологическое сопровождение программы;

- обеспечить оперативное устранение замечаний по функционированию программы;

принимать предложения по усовершенствованию и развитию программы;

- обеспечить внесение в программное обеспечение корректировок, связанных с изменением алгоритмов расчета показателей, и при необходимости, проведение дополнительного обучения технологического персонала цеха.

Приложения:

Приложение №1. Перечень функций программы, предъявленных к испытаниям.

Приложение №2. Перечень программных средств, предъявленных к испытаниям.

Перечень функций программы, предъявленных к испытаниям

Программные блоки «Расчёт конфигурации и размеров зоны вязко-пластичного состояния железорудных материалов, определения ее параметров при изменении параметров плавки», «Расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам воздействий», «Расчет в темпе с процессом фактического и заданного теплового состояния низа печи» и «Расчет распознавания вероятности отклонения доменной плавки от нормального режима» являются частью интегрированного программного комплекса «АРМ мастера доменной печи» и выполняют следующие функции:

- осуществляет автоматическое извлечение среднесменных и среднесуточных отчетных показателей о работе доменных печей за указанный пользователем период работы. В качестве источника отчетных данных выступает централизованная база данных АСУ доменного цеха;

- выполняет автоматический расчёт и отображение на компьютере пользователя в численном виде технологических показателей работы доменных печей ПАО «ММК»;

- позволяет решать следующие технологические задачи:

о производить расчет и оценку конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния (зоны когезии) в доменной печи за отчетные периоды работы; о рассчитывать прогнозное содержание кремния в чугуне при изменении следующих параметров: рудная нагрузка, температура и влажность дутья, содержание кислорода в дутье и расход природного газа; о производить расчет и распознавание в режиме реального времени вероятности отклонения доменного процесса от нормального режима, в частности, распознавать следующие виды отклонений: периферийный ход; холодный ход; горячий ход; тугой ход; верхнее подвисание шихты; нижнее подвисание шихты.

Перечень программных средств, предъявленных к испытаниям

№ п/ п Наименование ПС Назначение Кол Место установки

1 Структура базы данных Report Сервер базы данных. Сбор, 1 хранение и представление по запросу фактических данных о работе доменных печей ДЦ

2 Программный блок «Расчёт конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов, определения ее параметров при изменении параметров плавки» Автоматический расчет и отображение конфигурации и размеров зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов, определение ее параметров при изменении параметров плавки на основе среднесменных и среднесуточных отчетных данных о работе доменных печей цеха за указанный пользователем период 1 дц

3 Программный блок «Расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам воздействий» Автоматический расчет динамических характеристик доменной печи по различным каналам воздействий на основе среднесменных и среднесуточных отчетных данных о работе доменных печей цеха 1 дм

4 Программный блок «Расчет в темпе с процессом фактического и заданного теплового состояния низа печи» Автоматический расчет в темпе с процессом фактического и заданного теплового состояния низа печи на основе среднесменных л среднесуточных отчетных данных о работе доменных печей цеха 1 дц

5 Программный блок «Расчет распознавания вероятности отклонения доменной плавки от нормального режима» Автоматический расчет и распознавание вероятности отклонения доменной плавки от нормального режима на основе среднесменных и среднесрочных отчетных данных о работе доменных печей цеха 1 дц

б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Акты приёмки в опытную эксплуатацию программного обеспечения

Публичное акционерное общество «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ» (ПАО «ММК»)

УТВЕРЖДАЮ:

Начальник доменного цеха ПАО «ММК»

455000, Россия, г. Магнитогорск, бинской области, ул. Кирова,.

А.А. Полинов

ная подпись) (Дата)

АКТ

приемки в опытную эксплуатацию

Программные блоки: «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфурирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне». «Расчет оптимального состава доменной шихты при заданных свойствах конечного шлака»

Составлен комиссией в составе: Председатель: Зам. начальника ДЦ Члены

комиссии: 1. Ведущий специалист ДЦ

2. Менеджер ООО «ММК-Информсервис»

3. Профессор, д.т.н. УрФУ (руководитель работ)

4. Профессор, д.т.н. УрФУ (отв. исполнитель)

5. Ассистент УрФУ (исполнитель)

Селезнев Д.И.

Бегинюк В.А. Краснобаев A.B. Спирин H.A.

Лавров В.В.

Гурин И.А.

Разработчик программы ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельци-

на»,

Заказчик программы

г

Институт новых материалов и технологий, кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии» Доменный цех ПАО «ММК»

Основанием для выполнения работы послужили:

Договор №232576 / Н977.210.028/17 от «19» 07.»2017 г.

Предъявляемые к сдаче в опытную эксплуатацию программные блоки «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфурирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне» и «Расчет оптимального состава доменной шихты при за-

данных свойствах конечного шлака» являются частью интегрированного программного комплекса АРМ «Технолог доменного цеха» и предназначены для решения следующих технологических задач:

1. Оценка свойств шлака при заданных расходах, составах железорудных компонентов доменной шихты, флюсующих материалов и параметров процесса.

2. Расчет требуемого расхода одного из флюсующих материалов при изменении сырьевых условий и параметров процесса для получения шлака с заданными свойствами.

3. Расчет требуемого соотношения компонентов железорудной части шихты при изменении сырьевых условий и параметров процесса для получения шлака с заданными свойствами.

В программных блоках предусмотрено определение показателей шлакового режима, а также оптимального состава и расходов компонентов доменной шихты для двух периодов работы доменных печей - базового и проектного, с использованием современных достижений теории и технологии доменной плавки, методов математического моделирования доменного процесса, разработанных в УрФУ. В основу решения задачи положены математические модели:

- сквозного расчета доменной шихты;

- расчета технико-экономических показателей доменной плавки (расхода кокса, производительности);

- моделирования свойств шлака, его обессеривающей способности и прогнозирования содержания серы в чугуне;

- диагностики хода доменной плавки.

При выполнении расчетов выбирается базовый период, для которого имеется фактическая информация о составе проплавляемого сырья и параметрах плавки; в результате выполненных расчетов определяются состав продуктов плавки, свойства шлака - его вязкости, температуры плавления, серопоглотительная способность, пригодность шлака для реализации нормального хода плавки, а также осуществляется диагностика шлакового режима.

Для проектного режима в режиме диалога пользователь может рассчитывать комплекс параметров, характеризующих шлаковый режим, прогнозировать состав шлака, содержание серы в чугуне, выполнять диагностику шлакового режима при изменении состава шихты, качества кокса, дутьевых параметров. Для анализа изменения технико-экономических показателей плавки и шлакового режима в проектный период относительно базового осуществляется сопоставление параметров.

Реализация программного обеспечения блоков выполнена в виде web-приложения с использованием технологии ASP.NET MVC (Model -View - Controller), что не требует предварительной установки (инсталля-

ции) на компьютер пользователя. Программное обеспечение имеет широкий выбор интерактивных настроек для удобства восприятия и минимизации рутинных действий пользователя. Исходными данными для работы являются среднемесячные отчетные данные о работе доменного цеха, при этом программа осуществляет автоматическое извлечение среднемесячных отчетных показателей о работе доменных печей и цеха за указанный пользователем период работы. В качестве источника отчетных данных выступает централизованная база данных АСУ доменного цеха.

Период испытаний начат с 1 сентября 2017 г., режим испытаний -круглосуточный.

В процессе создания программного обеспечения выполнено следующее:

1) анализ технических требований;

2) обследование объекта информатизации;

3) разработка математического обеспечения системы;

4) разработка структуры массивов данных;

5) разработка программного обеспечения;

6) интеграция программного обеспечения в информационную структуру комбината;

7) тестовые испытания программного обеспечения;

8) разработка технической документации;

9) обучение персонала.

Тестовые испытания применительно к условиям доменного цеха ПАО «ММК» показали пригодность разработанного программного обеспечения для решения указанных задач. Программное обеспечение позволяет в режиме «советчика» оценивать шлаковый режим, расход кокса и производительность доменной плавки при изменении характеристик загружаемых материалов и дутьевых параметров. Внедрение системы приведет к повышению оперативности реагирования технологическим персоналом на производственные ситуации за счет своевременности получения всей необходимой информации в условиях нестабильности состава и качества проплавляемого железорудного сырья и конъюнктуры рынка.

Перечень функций программного обеспечения, предъявленных к сдаче в опытную эксплуатацию, приведен в Приложении №1 к настоящему акту.

Перечень программных средств, предъявленных к сдаче в опытную эксплуатацию, приведен в Приложении №2 к настоящему акту.

Решение комиссии:

1. Принять программное обеспечение блоков «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфурирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне» и

«Расчет оптимального состава доменной шихты при заданных свойствах конечного шлака» в опытную эксплуатацию;

2. Доменному цеху:

- проводить анализ шлакового режима доменных печей с помощью вводимого программного обеспечения;

- контролировать работу программного обеспечения, фиксировать и передавать исполнителю замечания о работе и предложения по модернизации;

- назначить ответственного от технологического персонала цеха за проведение опытной эксплуатации программного обеспечения;

- определить круг лиц, имеющих доступ к информации, выдаваемой программой.

3. ООО «ММК-Информсервис»:

- обеспечить оперативное информационное сопровождение программного обеспечения «АРМ технолога доменного цеха» (предоставление полной и достоверной информации о параметрах работы доменных печей для всех печей доменного цеха);

- обеспечить бесперебойную работу и доступ уполномоченных пользователей к вводимому программному обеспечению;

4. УрФУ, разработчику программного комплекса «АРМ технолога доменного цеха»:

- обеспечить технологическое сопровождение программы;

- обеспечить оперативное устранение замечаний по функционированию программы;

- принимать предложения по усовершенствованию и развитию программы;

- обеспечить внесение в программное обеспечение корректировок, связанных с изменением алгоритмов расчета показателей, и при необходимости, проведение дополнительного обучения технологического персонала цеха.

Приложения:

Приложение №1. Перечень функций программы, предъявленных к сдаче в опытную эксплуатацию.

Приложение №2. Перечень программных средств, предъявленных к

сдаче в опытную эксплуатацию.

Перечень функций программы, предъявленных к сдаче в опытную эксплуатацию

Программные блоки «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфурирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне» и «Расчет оптимального состава доменной шихты при заданных свойствах конечного шлака» являются частью интегрированного программного комплекса АРМ «Технолог доменного цеха» и выполняют следующие функции:

- осуществляет автоматическое извлечение среднемесячных отчетных показателей о работе доменных печей за указанный пользователем период работы. В качестве источника отчетных данных выступает централизованная база данных АСУ доменного цеха;

- выполняет автоматический расчёт и отображение на компьютере пользователя в численном виде технологических показателей работы доменных печей ПАО «ММК»;

- позволяет решать следующие технологические задачи:

о оценивать свойства шлака при заданных расходах, составах железорудных компонентов доменной шихты, флюсующих материалов и параметров процесса; о рассчитывать требуемый расход одного из флюсующих материалов при изменении сырьевых условий и параметров процесса для получения шлака с заданными свойствами; о рассчитывать требуемое соотношение компонентов железорудной части шихты при изменении сырьевых условий и параметров процесса для получения шлака с заданными свойствами.

Перечень программных средств, предъявленных к сдаче в опытную эксплуатацию

№ п/ п Наименование ПС Назначение Кол Место установки

1 Структура базы данных Report Сервер базы данных. Сбор, хранение и представление по запросу фактических данных о работе доменных печей 1 ДЦ

2 Программный блок «Расчёт выхода конечного шлака, диагностики шлакового режима, оценки десульфу-рирующей способности шлака, расчет прогнозного содержания серы в чугуне» Автоматический расчет и отображение показателей шлакового режима доменной плавки на основе среднемесячных отчетных данных о работе доменного на основе среднемесячных отчетных данных о работе доменного цеха за указанный пользователем период 1 дц

3 Программный блок «Расчет оптимального состава доменной шихты при заданных свойствах конечного шлака» Решение технологических задач выбора оптимального состава доменной шихты на основе среднемесячных отчетных данных о работе доменного цеха за указанный пользователем период 1 ДЦ

Публичное акционерное общество «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ» (ПАО «ММК»)

455000, Россия, г. Магнитогорск, Челябинской области, ул. Кирова, 93

УТВЕРЖДАЮ:

зчальник доменного цеха !К»

А.А. Полинов

АКТ

приемки в опытную эксплуатацию

Программные блоки: «Расчёт текущих параметров газодинамического режима доменной печи и прогнозных параметров при изменении

параметров плавки». «Расчет показателей хода тепловых, восстановительных процессов и коэффициентов влияния свойств железорудного сырья, кокса, дутьевых параметров на показатели плавки»

Составлен комиссией в составе: Председатель: Зам. начальника ДЦ Члены

комиссии: 1. Ведущий специалист ДЦ

2. Менеджер ООО «ММК-Информсервис»

3. Профессор, д.т.н. УрФУ (руководитель работ)

4. Профессор, д.т.н. УрФУ (отв. исполнитель)

5. Доцент, к.т.н. УрФУ (исполнитель)