Разработка логико-динамической модели с целью повышения эффективности выплавки чугуна в доменной печи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Истомин, Александр Сергеевич

• Истомин, Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Истомин, Александр Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1 Особенности управления доменной плавкой в современных условиях

1.2 Применение модельных и экспертных систем для управления доменной плавкой

1.3 Особенности переходных процессов в доменной печи

1.4 Постановка задач диссертационного исследования

ГЛАВА 2. СТРУКТУРА ЛОГИКО-ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

2.1 Структура модели

2.2 Функциональная модель автоматизированной логической подсистемы поддержки принятия решений

2.3 Разработка структуры логико-аналитической модели диагностики отклонения доменной плавки от нормального режима

2.4 Разработка структуры динамической модели прогнозирования хода доменной плавки

2.5 Выводы

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ, АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ХОДА ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

3.1 Математическое обеспечение подсистемы распознавания нормального режима работы доменной печи

3.2 Математическое обеспечение подсистемы распознавания видов отклонения от нормального режима работы доменной печи

3.3 Выводы

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ, АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХОДА ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

4.1 Математическое моделирование и исследование особенностей переходных процессов в нижней ступени теплообмена

4.2 Структура модели исследования переходных процессов доменной плавки

4.3 Расчет переходных процессов газодинамического сопротивления слоя шихты, теплового состояния доменной печи при изменении свойств и состава загружаемых железорудных материалов и параметров комбинированного дутья

4.4 Выводы

ГЛАВА 5. РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОГИКО-ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

5.1 Принципы разработки системы поддержки принятия решений

5.2 Реализация и описание логической модели диагностики хода доменной плавки

5.3 Реализация и описание модели прогнозирования хода доменной плавки в режиме реального времени

5.4 Использование логико-динамической системы поддержки принятия решений для анализа и прогнозирования работы доменных печей

5.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Технологические основы распознавания вида отклонения доменной плавки от нормального режима

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Фрагменты DFD-диаграмм расчетов динамических характеристик газодинамического сопротивления слоя шихты при изменении свойств и состава загружаемых железорудных материалов

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Примеры расчетов распознавания видов отклонения от нормального режима работы доменной печи

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Акт испытаний пакета программ «Распознавание вида отклонений доменной плавки от нормального режима»

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Акт испытаний пакета программ «Моделирование динамики доменного процесса при изменении состава и свойств железорудного сырья и кокса, дутьевых параметров»

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Акт внедрения результатов работы в учебных процесс

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка логико-динамической модели с целью повышения эффективности выплавки чугуна в доменной печи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Для совершенствования технологии выплавки чугуна и решения задач управления такими сложными и энергоёмкими технологическими агрегатами как доменные печи должны использоваться интеллектуальные системы управления, включая блок прогнозирования. Анализ состояния вопроса по реально используемым математическим моделям в практике управления доменной плавкой в режиме реального времени позволяет констатировать, что в настоящее время такие методы и соответствующее программное обеспечение практически не разработаны, что определяет актуальность работы.

Степень разработанности темы исследования

Степень разработанности темы исследований недостаточна. Практически отсутствуют математические модели, позволяющие в режиме реального времени с учетом динамики процесса, прогнозировать тепловой, газодинамический и шлаковый режимы доменной плавки.

Анализ современного состояния управления доменной плавкой позволяет сделать вывод о том, что в первую очередь следует сосредоточиться на решении следующих научных проблем:

- разработке и исследованию динамической математической модели доменного процесса в целом и по отдельным каналам контроля и управления;

- поиску, исследованию, идентификации параметров состояния и прогнозу показателей доменного процесса.

Цель работы

Повышение эффективности выплавки чугуна на основе разработки логико-динамической модели доменной плавки.

Задачи исследования:

1. Разработка структуры и функциональной модели логико-динамической подсистемы поддержки принятия решений для анализа и прогноза доменной плавки с учетом требований технологического персонала.

2. Усовершенствование математической модели доменного процесса УрФУ-ММК за счет учета динамики процесса и введения логической подсистемы диагностики хода доменной плавки.

3. Разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения модели логико-динамической подсистемы поддержки принятия решений доменной плавки.

4. Интеграция логико-динамической подсистемы в информационно-моделирующую систему поддержки принятия решений доменного процесса УрФУ-ММК и решение технологических задач оценки и прогнозирования хода доменной плавки.

Научная новизна:

1. Разработана функциональная модель логико-динамической подсистемы поддержки принятия решений для управления доменной плавкой.

2. Усовершенствована математическая модель диагностики состояния и прогнозирования хода доменной плавки УрФУ-ММК за счет разработки логической подсистемы, использующей комплекс контролируемых параметров расчетных по модели показателей.

3. Усовершенствована математическая модель доменного процесса УрФУ-ММК, позволяющая рассчитывать переходные процессы по различным каналам воздействий и прогнозировать параметры доменной плавки в реальном времени в количественном выражении.

4. Создана совокупность алгоритмов модельной системы поддержки принятия решений, позволяющих количественно оценивать ход доменной плавки и распознавать виды и вероятность отклонения плавки от нормального режима.

5. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение логико-динамической подсистемы диагностики и прогноза хода доменной плавки.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость:

- Разработаны принципы создания логико-динамической модели подсистемы поддержки принятия решений для стабилизации параметров доменной плавки в режиме реального времени.

- При создании математического, алгоритмического и программного обеспечения учтены значительные запаздывания в объекте, существенная инерционность в развитии процессов тепло- и массообмена и многовариантность возможных решений.

Практическая значимость

Разработанные математическое, алгоритмическое и программное обеспечения найдут практическое применение:

- при решении комплекса технологических задач по управлению доменной плавки в режиме реального времени;

- при совершенствовании режимов работы и систем управления технологическими, в частности металлургическими, объектами;

- при разработке автоматизированных рабочих мест инженерно-технологического персонала сложных технологических объектов в металлургии;

- в преподавании дисциплин для студентов вузов соответствующих специальностей.

Использование результатов работы

Пакеты прикладных программ «Распознавание вида отклонений доменной плавки от нормального режима», «Моделирование динамики доменного процесса при изменении состава и свойств железорудного сырья и кокса, дутьевых параметров» переданы управлению информационных технологий ОАО «ММК» для испытаний.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в ФГАОУ ВО УрФУ

- для подготовки магистров по направлениям:

- 22.04.02 - Металлургия. Образовательная программа «Металлургия черных, цветных и редких металлов».

- 09.04.02 - Информационные системы и технологии. Образовательная программ «Информационные системы и технологии в металлургии»;

- для подготовки бакалавров по направлениям:

- 22.03.02 - Металлургия. Образовательная программ «Металлургия».

- 09.03.02 - Информационные системы и технологии. Образовательная программа «Информационные системы и технологии в металлургии».

Методология и методы исследования базируются на закономерностях физико-химических, гидро-газодинамичских процессов, протекающих в доменной печи; положений теории тепло- и массообмена; на обобщении опыта инженерно-технологического персонала по управлению доменной плавкой; на использовании методов математического моделирования; на современных принципах разработки алгоритмического и программного обеспечения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Функциональная модель и структура логико-динамической подсистемы поддержки принятия решений доменной плавки.

2. Усовершенствованная динамическая математическая модель доменного процесса, позволяющая прогнозировать параметры доменной плавки в реальном времени.

3. Совокупность алгоритмов модельной системы поддержки принятия решений, позволяющих по реально доступной информации количественно оценивать ход доменной плавки и распознавать виды и вероятность отклонения плавки от нормального режима.

4. Алгоритмическое и программное обеспечения логико-динамической подсистемы диагностики и прогноза хода доменной плавки.

Степень достоверности полученных результатов доказана соответствием полученных результатов современным закономерностям доменного процесса, сопоставлением результатов моделирования с производственными данными, соответствием общепринятой системе оценки явлений доменной плавки, а также использованием современных методов, технологии и средств разработки

программного обеспечения, предназначенного для решения технологических задач.

Личный вклад автора состоит в разработке функциональной модели и структуры логико-динамической подсистемы поддержки принятия решений доменной плавки; в усовершенствовании математической модели диагностики состояния и прогнозирования хода доменной плавки УрФУ-ММК; в разработке алгоритмического и программного обеспечения логико-динамической подсистемы диагностики и прогноза хода доменной плавки; анализе технологических показателей доменной плавки.

Апробация работы

Материалы исследований обсуждены и доложены на конференциях международного уровня: «Многоконцептуальность в науке» (Екатеринбург, 2011); «Творческое наследие В. Е. Грум-Гржимайло: история, современное состояние, будущее» (Екатеринбург, 2014); «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР» (Екатеринбург, 2015); «Современные научные достижения металлургической теплотехники и их реализация в промышленности» (Екатеринбург, 2015); всероссийского уровня: III и IV научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве TIM'2014, TIM'2015» (Екатеринбург, 2014, 2015); IX и X научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве AS'2013, AS'2015» (Новокузнецк, 2013, 2015); III и IV «Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах» (Новокузнецк, 2011, 2016).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 5 статей в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК, из них 2 статьи представлены в изданиях, индексируемых в Scopus (WOS); получено 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 181 странице машинописного текста, включая 41 рисунок, 18 таблиц, и состоит из общей характеристики работы, 5 глав, заключения, библиографического списка из 133 источников отечественных и зарубежных авторов, 6 приложений.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ОСНОВНЫХ ЗАДАЧ

ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1 Особенности управления доменной плавкой в современных условиях

Доменная технология является одним из наиболее энергонасыщенных процессов в современной металлургии. Современная доменная печь объемом 5000 м3, имеет производительность ~12000 т чугуна/сутки, ежесуточно потребляет около 4,8 тыс. т кокса, 1,5 тыс. т угольной пыли, 1,2 млн. м3 природного газа и кислорода и более 5 тыс. кВт электроэнергии. В этих условиях отклонение технологии от оптимального режима сопровождается значительными потерями.

Анализ себестоимости чугуна, выплавляемого на предприятиях России, показывает, что более 50% затрат приходится на железорудную (агломерат, окатыши) часть шихты и металлодобавки и около 40% на топливо (кокс и природный газ). При этом затраты на кокс составляют более 90% общих затрат на топливо. Таким образом, генеральным направлением в политике энерго- и ресурсосбережения в технологиях выплавки чугуна является борьба за экономию кокса - наиболее дорогой и дефицитной составляющей доменной шихты. Эта политика отражает применение дополнительных видов топлива, как заменителей части кокса, и обогащение дутья кислородом. Результаты работы доменных печей на протяжении последних десятилетий подтверждают перспективность такой технологии [1-5].

Доменный процесс среди других переделов металлургии наиболее подготовлен для автоматического управления ввиду его непрерывности, высокой степени механизации, оснащенности контрольно-измерительной аппаратурой [2-11].

Сложные, энергоемкие, высокотемпературные, зачастую

быстропротекающие физико-химические процессы получения чугуна,

повышенные требования к экологической безопасности технологий и агрегатов, требуют проведения детального как предпроектного математического моделирования этих процессов, так и создания математических моделей реального времени для автоматизированных систем управления [6-11].

Конечные его результаты определяются с опозданием, а промежуточные стадии практически не контролируются.

Из изложенного можно заключить, что условиями, которые определяют необходимость и создают предпосылки математического моделирования доменного процесса, являются:

- противоречие между возрастающей мощностью доменных печей и несовершенством существующих систем управления доменным процессом;

- высокий уровень механизации всех участков доменного производства;

- значительная оснащенность современной доменной печи контрольно-измерительной аппаратурой;

- развитие локальных систем стабилизации целого ряда параметров;

- значительное развитие современных средств автоматизации;

- необходимость оптимизации теплового, газодинамического, дутьевого и шлакового режимов доменной плавки.

Наибольшее воздействие на состав чугуна оказывает расход кокса, расход железорудных материалов и их состав, параметры комбинированного дутья, свойства шлака и др. параметры, от которых зависит ход процесса восстановления железа, кремния и других элементов. Колебания теплового состояния горна являются одной из основных причин изменения состава чугуна. Поэтому контроль и регулирование нагрева горна являются одной из основных задач автоматического управления доменным процессом.

Для управления таким сложным технологическим агрегатом как доменная печь должны использоваться подсистемы измерений, оценивания, хранения, обработки, представления информации, а также интеллектуальные системы управления, включая блок прогнозирования. Отличительная особенность этих систем состоит в том, что для выработки управляющих воздействий в них должен

использоваться комплекс математических моделей технологических процессов, методы многофакторного анализа данных, различные формы и способы извлечения, хранения, обработки и представления знаний.

Анализ современного состояния автоматизации доменного производства позволяет сделать вывод о том, что в первую очередь следует сосредоточиться на решении следующих проблем [11-26]:

- разработке и исследовании с помощью ЭВМ динамических математических моделей доменного процесса в целом по отдельным каналам контроля и управления;

- поиске, исследовании и идентификации новых параметров состояния доменного процесса;

- разработке алгоритмов взаимосвязанного управления отдельными параметрами процесса;

- разработке локальных систем контроля и управления;

- разработке и совершенствовании датчиков и устройств первичной информации о ходе доменного процесса.

1.2 Применение модельных и экспертных систем для управления доменной плавкой

Современный этап развития металлургического производства характеризуется разработкой, внедрением и широким использованием компьютерных систем поддержки принятия решения, выполненных на основе методов математического моделирования и экспертных систем [6-11, 23-29]. Их применение в сочетании с комплексом прочих программно-аппаратных средств позволяет строить мощные и эффективные системы управления технологическими операциями. Однако при разработке сложных систем часто возникают проблемы, связанные со сложностью и недостаточной изученностью протекания некоторых процессов [29-35]. Это значительно затрудняет создание

аналитических моделей и экспертных подсистем в рамках разрабатываемой системы управления.

Так в настоящее время не существует надежных методов контроля и прогнозирования теплового состояния доменной плавки. Это связано с высокой сложностью доменного процесса и отсутствием его полного математического описания. Диагностика состояний процесса с использованием реально имеющейся информации за ограниченный интервал времени на основе математических моделей не всегда возможна и представляется одной из основных проблем математического моделирования доменного процесса. Таким образом, актуальной является задача поиска новых подходов к решению проблемы диагностики теплового состояния доменной печи.

Вместе с тем современные средства автоматизации не стоят на месте, и в настоящее время наблюдается разрыв между потенциальными возможностями современных методов математического моделирования и реальными возможностями используемых моделей [20-29].

Но главная проблема лежит не в области современных технологий автоматизации, а в создании математической модели способной с достаточной точностью дать ответ на вопрос: что именно происходит в конкретном месте печи в конкретный момент времени. В условиях сложности доменного процесса и быстроразвивающегося технического прогресса в области автоматизации необходимо найти способ, который, благодаря последним достижениям в области математического и компьютерного моделирования и современной практики доменной плавки, позволит создать интеллектуальную систему, способную как минимум оказать существенную поддержку лицу, принимающему решения, и как максимум управлять доменной печью или даже всем цехом [23-29].

Несмотря на информатизацию, развитие вычислительной математики и алгоритмов идентификации, банки сертифицированных (верифицированных) математических моделей остаются слабо заполненными. Это связано с большими интеллектуальными и временными затратами для создания адекватных математических моделей сложных процессов и систем. Для новых процессов и

систем высокой сложности это создает большие трудности, так как эти процессы и системы, как правило, не могут функционировать без управления, а математическая модель часто не может быть идентифицирована и сертифицирована без реально функционирующей системы.

К решению задачи математического моделирования сложных систем, как правило, подходят с одной из двух сторон. В первом случае применяется принцип черного ящика, в другом - используется аналитический подход.

Принцип черного ящика подразумевает, что рассматриваемая система обладает очень сложным внутренним устройством, либо механизм ее работы неизвестен. При этом остается возможность воздействовать на систему и пользоваться результатами ее работы. В таком случае имеется возможность экспериментальным путем установить некоторую математическую зависимость связывающую вход и выход рассматриваемой системы [30-35, 104-105, 107].

Главным достоинством такого подхода является его простота. Но у такого подхода есть и ряд недостатков. Прежде всего, такой подход по определению не дает понимания того, как устроен черный ящик, и как следствие результаты, полученные при моделировании в рамках данного подхода ограничены областью конкретного экспериментального исследования, а значит, полученные соотношения могут применяться только к исследуемому объекту и только в тех же самых условиях.

Существует множество методов математического моделирования, использующего данный подход. Среди них факторный и множественный регрессионный анализ. Позже стали применять методы, основанные на технологиях распознавания образов и машинного обучения, в частности в последние несколько лет наблюдается всплеск исследований в области нейронных сетей [36-46, 97-101].

Известны случаи попыток прогнозирования состояния доменной плавки на основе метода распознавания образов, но эти попытки характеризовались малой результативностью ввиду недостаточного научного прогресса в этой сфере и сложности процессов.

Все вышесказанное указывает на то, что моделировать такой сложный агрегат как доменная печь целиком, ввиду большого количества постоянно изменяющихся параметров, не представляется возможным, однако если удается выделить некоторое явление, протекающее в сравнительно однородных условиях, принцип черного ящика может оказаться чрезвычайно полезным ввиду простоты его использования.

Аналитический подход подразумевает рассмотрение событий и явлений, протекающих внутри агрегата. Входные и выходные параметры связываются между собой на основе физических закономерностей [47-59]. В идеале такой подход может дать относительно точное представление о внутренних явлениях и их взаимосвязях, и как следствие появляется возможность спрогнозировать результаты работы доменной печи на основе входных параметров.

Применительно к доменному процессу в рамках аналитического подхода различают в зависимости от уровня детализации кинетические и балансовые модели. Балансовые модели рассматривают доменный процесс в виде закономерностей тепломассобмена, причем в достаточно общем виде [52, 60-67]. Такие модели устанавливают зависимости между показателями работы печи, показателями ее теплового состояния и режимными параметрами процесса на основе материальных и тепловых балансов.

В случае с кинетическими моделями рассматриваются закономерности тепло- и массообмена с учетом кинетики протекающих реакций. Для рассмотрения таких зависимостей составляются и решаются дифференциальные уравнения, описывающие эти зависимости [51, 68-80].

Аналитический подход мог бы быть идеальным для решения рассматриваемых задач, однако, как уже упоминалось выше, такой сложный агрегат как доменная печь обладает огромнейшим количеством контролируемых параметром и как следствие еще большим количеством зависимостей не только между входными и выходными параметрами, а также и в разрезе отдельных явлений, протекающих внутри печи. Все это делает данный подход труднореализуемым на практике.

За последние десятилетия было совершено множество попыток моделирования доменного процесса, однако в рамках проводимых исследований удавалось решать только достаточно узкие и специфичные для конкретных агрегатов задачи. Кроме того, большинство таких моделей являются статическими, а потому предстоит еще много работы пока не станет возможным всесторонний анализ доменного процесса в режиме реального времени [69-73]. И хотя вопрос создания системы, наиболее полно описывающей все взаимосвязи протекающих внутри печи процессов все еще остается открытым, крайне важно учитывать уже достигнутые результаты при решении как все еще неразрешенных задач, так и тех задач, которые еще только формулируются. В связи с этим следует рассмотреть ряд исследований, чтобы составить общую картину и подойти к решению задач, рассматриваемых в данной работе.

Одной из самых успешных моделей является кинетико-динамическая модель, предложенная ВНИИМТ [74-78]. Эта модель отражает физико-химические процессы доменного процесса, содержит уравнения теплового и материального баланса, а также уравнения динамики.

Другой подход использовали в МИСиС, создав набор математических моделей с целью проектирования новых режимов плавки и исследования работы доменной печи. Этот комплекс моделей содержит модель теплообмена, восстановления и газодинамики. Все модели описываются с использованием дифференциальных уравнений. Так модель восстановления рассматривается на основе модели А. Риста, в модели газодинамики используется уравнение С. Эргана, а модель теплообмена описывается с помощью метода конечных элементов [72, 73, 81, 82].

Похожий подход используется в комплексе моделей, предложенных институтом металлургии УрО РАН. В ней рассматриваются четыре модели -балансовая, газодинамики, теплообмена и зоны когезии. Комплекс моделей описывает движение газа и шихты в противотоке, с заданными начальными температурами. В ней рассматривается взаимосвязь суммарных коэффициентов теплоотдачи и массообмена и скорости газа в определенной точке, также описана

связь степени восстановления металла и минералогического и химического состава [64, 68-71, 79-80].

Одним из перспективных является подход, разрабатываемая в УрФУ-ММК модель доменного процесса [61, 86-94, 101-103]. Эта модель рассматривает тепловые, газодинамические и восстановительный процессы, процессы шлакообразования в доменной печи. Она позволяет решать задачи как статического, так и динамического характера, причем используемый математический аппарат выглядит относительно простым, но вместе с тем базируется на физической сущности процессов. Главной особенностью этого подхода является рассмотрение исследуемого процесса в двух состояниях -базовом и прогнозном. Сначала процесс рассматривается в базовом состоянии, при котором используется большая часть доступной информации о параметрах плавки. Затем процесс рассматривается в прогнозном состоянии, что позволяет на основе результатов базового периода, проанализировать показатели доменного процесса в новых условиях плавки с учетом реальной плавки.

Среди зарубежных исследований стоит отметить математическую модель фирмы «Broken Hill Proprietary». В ней отдельно рассчитываются потоки газа, кокса и руды. Векторы скорости газа и потери давления рассчитываются с применением уравнения С. Эргана. Другим примером зарубежных исследований является математическая модель японской фирмы «Nippon Steel», состоящая из шести элементов: потока материала, газа и расплава, химических реакций, теплообмена и распределения шихты. Эта модель управляет тепловым режимом печи и проводит диагностику аномальных состояний [83-85].

В результате проведенного анализа, становится понятно, что наиболее полно и точно доменный процесс описывают кинетические модели, однако такие модели обладают большим количеством сложных систем уравнений, что негативно сказывается на их производительности, в противовес им модели, построенные по принципу черного ящика, оказываются относительно быстрыми, но их использование будет довольно ограниченным. Очевидно, что использовать в чистом виде один из подходов не имеет смысла, необходимо использовать

комбинацию этих подходов. Поэтому при создании системы поддержки принятия решений целесообразно основывать свою работу на аналитическом подходе и лишь в отдельных ситуациях применять принцип «черного ящика».

1.3 Особенности переходных процессов в доменной печи

В реальных условиях работы доменной печи любое изменение параметров плавки - изменение рудной нагрузки, состава дутья, его температуры, влажности и пр., является нарушением (возмущением) стационарного состояния, в результате чего возникает переходный процесс к новому стационарному состоянию. Переходные процессы в доменных печах, связанные с перестройкой температурных и концентрационных полей, полей давления и скоростей газа, носят нестационарный характер.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Истомин, Александр Сергеевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курунов И.Ф. Доменное производство Китая, Японии, Северной Америки, Западной Европы и России. - Металлург № 2, 2010. - С. 69-77.

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

3. Курунов И.Ф. Состояние и развитие доменного производства в Китае, Японии, Северной Америке, Западной Европе и России // Сталь, 2010, № 4. - С. 11.

4. Остроухов М.Я. Справочник мастера-доменщика / М.Я. Остроухов, Л.Я. Шпарбер // М.: Металлургия, 1976. - 304 с.

5. Савчук Н.А., Курунов И.Ф. Доменное производство на рубеже XXI века. АО «Черметинформация», «Новости черной металлургии за рубежом», 2000. - 42 с.

6. Садовый А.В. Концепция построения интегрированной АСУТП доменного производства / А.В. Садовый, В.И. Романенко, Н.Г. Тищенко, Р.С. Велянский. - Сталь, 2009, №9. - С.107-110.

7. Совершенная технология управления и систем контроля для доменной печи / Otsuka R., [e.a.] // Сумитомо киндзоку=Sumitomo Metals. 1992. 44. №1. - С. 161-172.

8. Тараканов А.К. Совершенствование средств контроля и управления доменной плавкой / А.К. Тараканов // Международный конгресс доменщиков «Производство чугуна на рубеже столетий», 7-12 июня 1999 г.: Труды. Днепропетровск; Кривой Рог: Пороги, 1999. - С. 37-42.

9. Терентьев В.Л. Интегрированная модельная система поддержки принятия решений для управления доменной плавкой / В.Л. Терентьев, В.Ю. Рыболовлев, Н.А. Спирин, Л.Ю. Гилева, С.А. Загайнов, И.Е. Косаченко // Сталь, 2004, №9. - С. 9-11.

10. 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, А.Ф. Лоза, А.И. Белькова // V Международный конгресс доменщиков: труды. Днепропетровск: Пороги, 1999. - С. 402-403.

11. Lida O. Применение управляющей системы и искусственным интеллектом в доменном производстве. Application of a techniques to blast furnace operation / O. Lida, S. Taniyochi, T. Hetani // Kawasaki Steel Techn Dept, 1992, №26. - C. 30-37.

12. Novikoff A. On convergence proofs for perseptrons. Proceedings of Symposium on Mathematical Theory of Automata / A. Novikoff // Polytechnic Institute of Brooklyn, v. XII, 1963. - P. 18-36.

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

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

15. Little J.D.C. Models and Managers: The Concept of a Decision Calculus // Management Science, 1970. — v. 16. — N 8.

16. Rosenblatt F. The perseptron, a probability model for information storage and organization in the brain / F. Rosenblatt Psychol // Rev., 65, 1958. - P. 94-106.

17. Большаков В.И. Технология высокоэффективной энергосберегающей доменной плавки. - К.: Наукова думка, 2007. - 411 с.

18. Вегман Е.Ф Доменное производство: Справочное издание. Т.1 Подготовка руд и доменный процесс / Под ред. Е.Ф. Вегмана // М.: Металлургия, 1989. - 496 с.

19. Вегман Е.Ф. Металлургия чугуна: учебник для вузов / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин, В.М. Клемперт. М.: Металлургия, 1989. - 512 с.

20. Внедрение централизованной АСУ ТП доменной печи №3 увеличивает производство на заводе Ланверн фирмы British Steel. Central control boosts iron output at BritishSteel Lanwern // Steel Times. 220. 1992. №6. -C.268.

21. Геердес М. Современный доменный процесс / М. Геердес, Р. Ченьо, И. Курунов, О. Лингарди, Д. Риккете. М.: Металлургиздат, 2016. -280 с.

22. Гиммельфарб А.А. Автоматическое управление доменным процессом / А.А. Гиммельфарб, Г.Г. Ефименко // М.: Металлургия, 1969. -309 с.

23. Изюмский Н.Н. Автоматизация доменных печей / Н.Н. Изюмский, А.П. Пухов, В.Л. Сафрис, М.А. Цейтлон // Черная металлургия, 1991, № 4. - С. 31-36.

24. Изюмский Н.Н. Современные промышленные системы автоматизации доменных печей мира / Н.Н. Изюмский, А.П. Васильев // Международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства чугуна», 24-27 мая 2004г.: труды. Украина. Кривой Рог, 2004. -С. 48-68.

25. Котухов В.И. Разработка АСУТП нового поколения для доменной печи №5 КМК / В.И. Котухов, С.В. Коршиков, Г.Я. Анисимов,

A.Е. Кошелев, В.А. Шанин // Сталь, 1993, №4. - С.22-25.

26. Краснобаев В.А. Современная автоматизированная информационная система доменной плавки / В.А. Краснобаев,

B.Ю. Рыболовлев, Н.А. Спирин и др. // Сталь. 2000. № 9. С.7-10.

27. Лавров В.В. Создание программного комплекса «АРМ технолога доменного цеха» на основе современных информационных технологий / В.В. Лавров, Н.А. Спирин, А.А. Бурыкин, А.В. Краснобаев. - Сталь, 2010, №1. - С. 17-21.

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

29. Суковатин И.В. Информационные технологии в практике металлургического комбината // Сталь, 2010, № 5. - С.133-135.

30. Авдеев В.П. Натурно-математическое моделирование в системах управления / В.П. Авдеев, С.Р. Зельцер, В.Я. Карташов, С.Ф. Киселев. -Кемерово: КемГУ, 1987. - 85 с.

31. 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.

32. Краснощеков П.С. Принципы построения моделей / П.С. Краснощеков, А.А. Петров // М.: МГУ, 1983. - 264 с.

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

34. Рыков А.С. Модели и методы системного анализа: принятие решений и оптимизация. - М.: МИСИС; Изд. Дом «Руда и металлы», 2005. -352 с.

35. Емельянов С.В. Теория и практика прогнозирования в системах управления / С.В. Емельянов, С.К. Коровин, Л.П. Мышляев, А.С. Рыков, В.Ф. Евтушенко, С.М. Кулаков, Н.Ф. Бондарь - Кемерово; М.: Издат. объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат - АСТШ, 2008. -487 с.

36. Лисиенко В.Г., Суханов Е.Л, Морозова В.А., Овчинников Ю.Н. Структура трехуровневой АСУТП доменной печи с использованием логико-количественной экспертной системы. Учебное пособие. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. - 82 с.

37. Лисиенко В.Г., Суханов Е.Л., Морозова В.А., Дмитриев А.Н., Загайнов С.А., Пареньков А.Е. Развитие трехуровневых АСУТП в металлургии (коксовые и бескоксовые процессы): учебное пособие / Под ред. В.Г. Лисиенко. - М.: Теплотехник, 2006. - 328 с.

38. Макаров И.М. Концептуальные основы организации интеллектуального управления сложными динамическими объектами / И.М. Макаров // Новые методы управления сложными системами: Сб. науч. тр. - М.: Наука, 2004. - С. 19-31.

39. Лохин В.М. Интеллектуальные системы управления: понятия, определения, принципы построения / В.М. Лохин. В.Н. Захаров // Интеллектуальные системы автоматического управления: Сб. науч. тр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - С. 25-38.

40. Макаров И.М. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов - М.: Наука, 2006. - 333 с.

41. Пупков К.А. Интеллектуальные системы / К.А. Пупком, В.Г. Коньков - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. -348 с.

42. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т.З: Методы современной теории автоматического управления / Под ред. Н.Д. Егупова. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 748 с.

43. Ерофеев А.А. Интеллектуальные системы управления /

A.А. Ерофеев, А.О. Поляков - СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. -264 с.

44. Lu Y.-Z. Industrial intelligent control: fundamentals and applications / Y.-Z. Lu - New York: Wiley, 1996. - 346 p.

45. Hangos K.M. Intelligent control systems: an introduction with examples / K.M. Hangos, R. Lakner, M. Gerzson - New York: Kluwer academic publishers, 2001. - 301 p.

46. Соловьев В.И. Интеллектуальная автоматизированная система управления металлургическими агрегатами / В.И. Соловьев, Е.А. Павлова,

B.А. Краснобаев // Черные металлы. - 2004. - №7 - 8. - С. 26 - 29.

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

48. Бабарыкин Н.Н. Теория и технология доменного процесса: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2009. - 257 с.

49. Балон И.Д. Фазовые превращения материалов при доменной плавке / И.Д. Балон, И.З. Буклан, В.Н. Муравьев, Ю.Ф. Никулин // М.: Металлургия, 1984. - 152 с.

50. Бардин И.П. Доменное производство. Справочник. Т.1. / Под редакцией И.П. Бардина // М.: Металлургиздат, 1963. - 648 с.

51. Богданди Л.Ф., Кинетическая и динамическая модель доменного процесса / Л. Богданди, Е. Ферсбер, Х. Реллермайер и др. // Экспресс-информация ВИНИТИ. Черная металлургия. 1972. вып 89. с. 22-27.

52. Готлиб А.Д. Доменный процесс / А.Д. Готлиб // М.: Металлургия, 1966. - 503 с.

53. Ефименко Г.Г. Металлургия чугуна / Г.Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко // Киев: Вища школа, 1981. - 495 с.

54. Павлов М.А. Металлургия чугуна. Ч.2. Доменный процесс / М.А. Павлов // М.: Металлургия, 1949. - 628 с.

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

56. Похвиснев А.Н. Влияние условий работы доменной печи на оценку динамических характеристик канала «рудная нагрузка - содержание кремния в чугугне» / А.Н. Похвиснев, И.Ф. Купунов, Ю.В.Серов и др. Обзор. информ. (Черная металлургия) / ин-т «Черметинформация», 1980.

57. Самарский А.А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А.А. Самарский, А.П. Михайлов // М.: Наука, Физматлит, 1997. -320 с.

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

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

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

61. Онорин О.П. Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев, Л.Ю. Гилева, В.Ю. Рыболовлев, И.Е. Косаченко, В.В. Лавров, А.В. Терентьев; под ред. Н.А. Спирина. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - 301 с.

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

63. Товаровский И.Г. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом / И.Г. Товаровский, Е.И. Райх, К.К. Шкодин, В.А. Улахович // М.: Металлургия, 1978. - 204 с.

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

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

66. Юсфина Ю.С. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С. Юсфина. М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. - 774 с.

67. Blast furnace Phenomena and modelling / Ed. By Yasuo Omori. Elsevier applied science. - London and New York, 1987. - 631 р.

68. Абрамов С.Д. Макрокинетика восстановления железорудных материалов газами. Математическое описание / С.Д. Абрамов, Л.Ф. Алексеев, Д.З. Кудинов, А.В. Ченцов, С.В. Шаврин. - М.: Наука, 1982. - 104 с.

69. Дмитриев А.Н. Двумерная математическая модель доменного процесса / А.Н. Дмитриев, С.В. Шаврин // Сталь, 1996, № 12. - С. 7-13.

70. 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.

71. Дмитриев А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки /

A.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 547 с.

72. Доброскок В.А. Использование математических моделей с целью разработки высокоэкономичных ресурсосберегающих и утилизационных технологий выплавки чугуна / В.А. Доброскок, А.Г. Чижиков, Й. Мернитц, Е.Ю. Губская // Международная научно-практическая конференция «Автоматизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века»: труды. М.: Московский государственный институт стали и сплавов, 2000. - С. 278-280.

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

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

74. 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: Темат. сб. науч.тр. / МЧМ СССР- М.: Металлургия, 1984. С.46-52.

75. Мойкин В.И. Определение динамических характеристик доменного процесса с помощью математической модели / В.И. Мойкин, Б.А. Боковиков, Н.М. Бабушкин, Ю.М. Репин // Повышение производительности и экономичности работы тепловых металлургических агрегатов: Темат. сб. науч. тр. / МЧМ СССР (ВНИИМТ) М.: Металлургия, 1982. С.42-46.

76. 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.

77. 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.

78. Овчинников Ю.Н. Нестационарные процессы и повышение эффективности доменной плавки / Ю.Н. Овчинников, В.И. Мойкин, Н.А. Спирин, Б.А. Боковиков // Челябинск: Металлургия, 1989. - 120 с.

79. Шаврин С.В. Восстановление, теплообмен и гидродинамика в доменном процессе / Под ред. С.В. Шаврина // Труды института металлургии УФАН СССР. Часть 1, вып. 24, 1970. 130 с. Часть 2, вып. 26, 1972. - 140 с.

80. Шаврин С.В. Математическое моделирование доменного процесса / Под ред. проф. С.В. Шаврина // Институт металлургии УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 1994. - 72 с.

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

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

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

84. 5th European Congress on Coke and Ironmaking Held. Proceedings. Stockholm. Sweden. June 12-15. 2005.

85. 6th European Coke and Ironmaking Congress. Dusseldorf. Germany. 27 June - 1 July. 2011.

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

87. Китаев Б.И. Тепло- и массобмен в плотном слое / Б.И. Китаев, В.Н.Тимофеев, Б.А. Боковиков и [др.]. М.: Металлургия, 1972. 432 с.

88. Китаев Б.И. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов, Ю.Н. Овчинников, В.С. Швыдкий // М.: Металлургия, 1978. - 248 с.

89. Китаев Б.И. Управление доменным процессом / Б.И. Китаев // Свердловск: УПИ, 1984. - 94 с.

90. Гилева Л.Ю. Разработка и внедрение методов анализа и прогноза показателей работы доменной печи с целью совершенствования технологии выплавки чугуна. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Екатеринбург, УПИ, 1996 г, 170 с.

91. 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, Е.Л. Суханов // Изв. вузов. Черная металлургия, 1993, №4. - С.51-55.

92. Гилева Л.Ю. Пакет прикладных программ «Автоматизированное рабочее место мастера доменной печи» / Л.Ю. Гилева, Н.А. Спирин, В.Ю. Рыболовлев, А.В. Краснобаев, И.Е. Косаченко. - Известия вузов. Черная металлургия, 2009, №12. - С.52-56.

93. 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.

94. Загайнов С.А. Современные принципы построения математической модели доменного процесса для решения технологических задач / С.А. Загайнов, О.П. Онорин, Н.А. Спирин, Ю.Г. Ярошенко // Изв. вузов. Черная металлургия, 2003, № 12. - С. 3-7.

95. Леонтьев Л.И. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л.И. Леонтьев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н.С. Шумаков // М.: Металлургия, 1997. - 432 с.

96. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса / В.П. Тарасов // М.: Металлургия, 1982. - 222 с.

97. Кулаков С.М. Интеллектуальные системы управления технологическими объектами: теория и практика: монография / С.М. Кулаков, В.Б. Трофимов; СибГИУ. - Новокузнецк, 2009. - 223 с.: ил.

98. Соловьев В.И. Экспертная система для диагностики и регулирования хода доменной печи / В.И. Соловьев, В.А. Краснобаев, Ю.А. Сарапулов, Е.А. Павлов // Международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства чугуна», 24-27 мая 2004 г.: труды. Украина; Кривой Рог, 2004. С. 484-487.

99. Френкель М.М. Экспертная система управления ходом доменной плавки / М.М. Френкель, Ю.В. Федулов, О.А. Белова, В.А. Краснобаев // Сталь. 1992. №7. С. 15-18.

100. 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.

101. Спирин Н.А Информационные системы в металлургии / Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов, В.И. Лобанов, В.А. Краснобаев, В.В. Лавров,

B.Ю. Рыболовлев, В.С. Швыдкий, С.А. Загайнов, О.П. Онорин. // Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. - 617 с.

102. Спирин Н.А. Оптимизация и идентификация технологических процессов в металлургии / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, С.И. Паршаков,

C.Г. Денисенко // Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2006. - 307 с.

103. 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.

104. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учебник для студентов вузов / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 343 с.

105. Дворецкий С.И. Моделирование систем: учебник для студентов высших учебных заведений. / С.И. Дворецкий, Ю.Л. Муромцев, В.А. Погонин, А.Г. Схиртладзе. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 320 с.

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

107. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978. - 399 с.

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

109. Кантор М. Управление программными проектами. Практическое руководство по разработке успешного программного обеспечения.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом Вильямс, 2002. - 176 с.

110. Карл И. Разработка требований к программному обеспечению / Карл И. Вигерс - М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2004. -576 с.

111. Кармайкл Э. Быстрая и качественная разработка программного обеспечения / Э. Кармайкл, Д. Хейвуд // Пер. с англ. - М.: Вильямс, 2003. -400 с.

112. Шилдт Герберт. С# 4.0: полное руководство.: Пер. с англ. — М. : ООО "И.Д. Вильяме", 2011. — 1056 с.

113. Девятов Д.Х., Каплан Д.С. Корпоративная информационная система металлургического предприятия. - Магнитогорск, МГТУ, 2008. -306 с.

114. Коберн А. Быстрая разработка программного обеспечения / А. Коберн // Пер. с англ. - М.: ЛОРИ, 2002. - 314 с.

115. Макконнел С. Совершенный код. Мастер-класс / С. Макконнел // СПб.: Питер, 2005. - 896 с.

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

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

118. Розенберг Д. Применение объектно-ориентированного моделирования с использованием ЦМЬ и анализ прецедентов / Д. Розенберг, К. Скотт / Пер. с англ. - М.: ДМК, 2002. - 160 с.

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

120. Онорин О.П. Логические основы распознавания вида отклонения доменной плавки от нормального режима / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, А.В. Павлов, В.В. Лавров, А.С. Истомин, И.А. Гурин // Известия вузов. Черная металлургия. - 2014. - № 8. - С.42-47.

121. Истомин А.С. Разработка информационно-логической системы распознавания вида отклонения доменной плавки от нормального режима / А.С. Истомин, Н.А. Спирин, О.П. Онорин, А.В. Павлов, И.А. Гурин // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2015. -№ 8 (58). - С. 607-611.

122. Истомин А.С. Разработка программного обеспечения для диагностики вида отклонения доменной плавки от нормального режима / А.С. Истомин, Н.А. Спирин, В.В. Лавров, М.А. Бякова // Вестник Томского государственного университета, Секция «Управление, вычислительная техника и информатика». 2016. Т. 36, №3. С.97-102.

123. Спирин Н.А. Программное обеспечение системы управления сырьевыми ресурсами в доменном производстве. / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, И.Е. Косаченко, О.П. Онорин, А.С. Истомин, А.А. Бурыкин, К.А. Щипанов // Металлург. 2015, № 2. С.12-18.

124. Истомин А.С. Распознавание вида отклонений доменной плавки от нормального режима / Истомин А.С., Спирин Н.А. Лавров В.В.

Савчук С.А. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015617657 от 16.07.2015 г.

125. Истомин А.С. Моделирование динамики доменного процесса при изменении состава и свойств железорудного сырья и кокса, дутьевых параметров / Истомин А.С., Спирин Н.А., Лавров В.В., Гурин И.А., Бякова М.А. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016661688. Заявл. 14.06.2016; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 18.11.2016

126. Истомин А.С. Создание программного обеспечения для расчета вероятности возникновения отклонения доменной плавки от нормального режима / А.С. Истомин, Н.А. Спирин // Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: Труды научно-практической конференции c международным участием и элементами школы молодых ученых. -Екатеринбург: Уральский рабочий. 2015. С. 434-438.

127. Спирин Н.А. Программное обеспечение системы распознавания вида отклонения доменной плавки от нормального режима / Н.А. Спирин, А.С. Истомин, О.П. Онорин, В.В. Лавров // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды X Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: изд. центр СибГИУ, 2015. С. 201-207.

128. Онорин О.П. Особенности переходных процессов доменной плавки / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.В. Лавров, А.С. Истомин, И.А. Гурин // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды X Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: изд. центр СибГИУ, 2015. С. 85-90.

129. Онорин О.П. Применение в системах управления исследований переходных процессов доменной плавки / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, А.С. Истомин, И.А. Гурин // Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды

работе IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). - Новокузнецк: изд. Центр СибГИУ, 2016. С. 250-256.

130. Спирин Н.А. Разработка компьютерной системы для диагностики отклонения доменной плавки от нормального режима / Н.А. Спирин, А.С. Истомин, О.П. Онорин, В.В. Лавров // Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды работе IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). - Новокузнецк: изд. Центр СибГИУ, 2016. С. 256-261.

131. Fielden C.I., Wood B.I. A dinavic digital simulation of the blast furnace \\ J.Iron and Steel Ins. - 1968, 206- №7. -Р 6350-658.

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

133. Коротич В.И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. / В.И. Коротич. - М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ВИДА ОТКЛОНЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ОТ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА

Признаки нормальной работы доменной печи

Хорошие технико-экономические показатели доменной плавки -высокую производительность и низкий удельный расход кокса можно получить только при "нормальной работе" печи. Понятие о нормальной работе связывается с так называемым "ровным ходом" печи.

Признаки нормальной работы доменной печи хорошо известны и отражены в технологических инструкциях по ведения доменной плавки. Согласно технологической инструкции доменного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» [119] они характеризуются следующим.

- Плавным и устойчивым сходом шихтовых материалов с постоянной скоростью опускания кусков шихты в поперечном сечении печи. Здесь важно отметить, что скорость опускания материалов в отдельных точках сечения печи может быть различной, но при ровном ходе плавки эта скорость должна быть постоянной.

- Постоянством количества продуктов плавки выпускаемых из печи на каждом выпуске.

- Устойчивым характером распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению доменной печи, при котором достигается максимальная степень использования химической и тепловой энергии газа с минимальным для данных условий удельным расходом кокса.

- Постоянными параметрами дутьевого режима, т.е. при условии стабильности расхода дутья, его температуры и влажности, а также

постоянства расходов природного газа (пылеугольного топлива или мазута) и технологического кислорода.

- Устойчивым тепловым состоянием плавки, когда имеет место получение чугуна и шлака заданного состава с соответствующими физико-химическими свойствами.

- Наличием устойчивого гарниссажа, что обеспечивает постоянство рабочего профиля доменной печи и его сохранность в процессе эксплуатации.

При ведении плавки, несмотря на сравнительно большую тепловую инерцию современных доменных печей, возможно значительное отклонение режимных параметров плавки от установленных. Причины таких отклонений от ровного хода плавки могут быть разнообразными: изменение химического и гранулометрического состава шихтовых материалов и несвоевременная реакция технологического персонала на произошедшие изменения, выход из строя основного и вспомогательного технологического оборудования, а также ошибки персонала, ведущего доменную плавку. Задача технологов, ведущих плавку, заключается в постоянном наблюдении за ее ходом, каким хорошим он бы не был в текущий момент.

Отклонения от нормального режима доменной плавки

Подавляющее большинство расстройств хода печи является результатом значительных колебаний показателей качества шихтовых материалов и кокса, вследствие чего установленный ранее режим работы не в полной мере соответствует нормальным условиям плавки и требует изменения технологических параметров. Регулярный контроль качества загружаемых материалов, состоянием фурм, работой газа в печи, нагревом и составом продуктов плавки, за работой технологического оборудования и состоянием системы охлаждения, позволяют установить характер и причину отклонений в ходе печи и своевременно принять необходимые меры к восстановлению

нормальной ее работы. Несвоевременное выявление причин нарушения нормальной работы печи приводит к расстройству хода.

Для того, чтобы меры по предотвращению нарушений хода печи оказались наиболее действенными, необходимо проанализировать не отдельные показатели плавки, а работу печи в целом, увязывая показания приборов с данными о химическом составе газа, качестве материалов, тепловым состоянием печи и другими сведениями об условиях плавки. При этом необходимо выявить основные факторы и увязывать их с изменениями технологических параметров.

Регулирование хода печи имеет своей целью своевременное принятие мер для установления причин расстройства и восстановления нормального хода, поэтому приемы регулирования хода печи должны быть направлены на предупреждение нарушений, а если они произошли, на наиболее быстрое восстановление нормальной работы.

Далее рассматриваются основные виды отклонений, а также причины их возникновения, признаки, указывающие на появление этих отклонений и меры воздействия на ход плавки, с целью ликвидации нарушений.

Нарушение устойчивости газового потока [98, 99, 101, 119, 120]

Радиальные нарушения нормального распределения газового потока (периферийный или центральный ход) характеризуются соответственно чрезмерным развитием потока газов в периферийной или центральной зоне печи. Развитый периферийный ход печи, как правило, приводит или вызывается ослаблением центрального потока газов и, наоборот, чрезмерно развитый центральный ход приводит или вызывает ослабление периферийного потока газов.

Периферийный газовый поток

Развитый периферийный ход печи является затяжным видом расстройства хода печи, поэтому очень важно уловить его симптомы в начальный период и определить основную причину, вызвавшую развитие периферийного хода.

Причинами возникновения периферийного хода могут быть:

- повышенная газопроницаемость периферийной зоны по отношению к центральной;

- использование параметров дутья, создающих преимущественные условия движения газов вблизи стен печи.

Повышенная газопроницаемость периферийной зоны является следствием недостаточной загруженности ее железосодержащими материалами при перегруженном центре, что может быть вызвано длительным применением систем загрузки, разгружающих периферию. Повышенная газопроницаемость периферии может быть вызвана ухудшением газопроницаемости центра, что вызывается, как правило, увеличением содержания мелочи в рудной части шихты или использованием кокса низкой прочности.

Преимущественные условия движения газов вблизи стен печи создаются в случаях:

- недостаточного расхода дутья при поддержании общего перепада ниже оптимального;

- неправильного выбора размеров (диаметр, высов воздушных фурм);

- при переходе, без соответствующего изменения дутьевого режима и режима загрузки с пониженного давления на колошнике, на повышенное.

Центральный газовый поток

При чрезмерно развитом осевом распределении газового потока ухудшается использование его тепловой и восстановительной работы, дестабилизируется окружное распределение газа, что приводит к большим колебаниям температурных полей в нижней части печи, похолоданию в отдельных ее секторах, создающему предпосылки для заливки фурм шлаком и образованию настылей.

Причиной возникновения центрального хода является повышенная газопроницаемость в центральной зоне печи, создающая преимущественное движение газов в этой области. Повышенная газопроницаемость осевой зоны создается в случаях:

- применения режима загрузки, при котором в осевую часть печи попадает мало железорудных материалов, что может иметь место при длительном применении систем загрузки, загружающих периферию, при сниженной рудной калоше, низком, или часто опускаемом уровне засыпи;

- увеличения неравномерности гранулометрического состава железорудных материалов, при котором в осевую зону за счет сегрегации загружаются преимущественно крупные фракции.

Преимущественные условия движения газов в центральной части доменной печи создаются в случаях:

- работы доменной печи с воздушными фурмами недостаточного диаметра или излишней длины, при которых усиливается проникающая способность потока дутья;

- работы доменной печи при соотношении параметров комбинированного дутья, дающем теоретическую температуру горения ниже оптимальной.

Нарушение теплового режима плавки [98, 99, 101, 119, 120]

Нормальное тепловое состояние печи необходимо поддерживать постоянным, так как это обеспечивает выплавку чугуна при наименьших колебаниях его химического состава по выпускам. Поэтому при контроле за работой печи и регулировании ее хода следует учитывать изменения величины рудной нагрузки, качества сырых материалов, характера распределения потока газов и материалов, состава шлака и других факторов.

Горячий ход плавки

Разогрев печи приводит к выплавке чугуна, не соответствующего техническим условиям, а также мотет привести к другим нарушениям хода печи (подвисаниям, неравномерности газового потока, продувам шихты и т.д.).

Причиной повышения нагрева является значительное сокращение расхода тепла по сравнению с его приходом. Оно обычно вызывается повышением использования восстановительной способности газового потока, изменением состава физических и химических свойств компонентов шихты (при замене руды или окатышей агломератом, понижении содержания железа, повышении восстановимости), а также пониженной рудной нагрузкой для данных условий, подходом в горн холостых подач, резким сокращением по каким-либо причинам интенсивности процесса и др.

Признаками горячего хода являются:

- замедление движения шихты при неизменном дутье (количество подач за один час уменьшается);

- повышение давления горячего дутья, преимущественно за счет повышения нижнего перепада, верхний перепад остается прежним или несколько увеличивается, расход дутья по прибору снижается;

- шомпольные диаграммы показывают замедление срабатывания подач по времени, появляются отдельные провалы шомполов и подстои шихты;

- разброс точек на диаграмме температуры колошниковых газов по газоотводам увеличивается с периодическим появлением ветвей в сторону повышения температуры, характеризующих продувы шихты;

- фурмы начинают светиться ярко;

- температура периферийных газов растет и увеличивается неравномерность их значений по окружности;

- на диаграмме давления колошникового газа появляются пики в сторону повышения давления;

- физический нагрев чугуна и шлака повышается, содержание кремния в чугуне увеличивается и повышается основность шлака.

Холодный ход плавки

Холодный ход является самым опасным нарушением хода доменной плавки, поскольку может привести к технологическому расстройству доменной печи, связанному с затруднением отработки продуктов плавки, опасностью заливки фурменных приборов и холодных подвисаний.

Причиной похолодания является значительное повышение расхода тепла по сравнению с его приходом или снижение степени его использования. Похолодание может быть вызвано снижением использования восстановительной способности газового потока, неровным ходом печи, развитием периферийного потока газов или канального хода, оползанием гарнисажа или настыли, изменением состава, физических и химических свойств компонентов шихты (замена агломерата рудой или окатышами, повышения содержания железа, понижения восстановимости, увеличения количества мелочи), а также снижением основности шлака против оптимального, применением неэкономичной системы загрузки, длительной

работой печи с упущенным уровнем засыпи, попаданием в печь воды из сгоревших элементов охлаждения, ошибками и нарушениями при наборе и взвешивании материалов и т. д.

Холодный ход печи характеризуется следующими признаками:

- давление дутья становится неровным, резко уменьшается после выпуска чугуна и увеличивается перед выпуском;

- неравномерный сход шихты по времени - перед выпуском сход шихты замедляется, на выпуске и некоторое время после выпуска ускоряется;

- шихта опускается с провалами, подстоями, возможны подвисания;

- на диаграмме температур газа в газоотводах появляются пики в сторону увеличения, диаграмма приобретает зигзагообразный характер;

- на диаграмме температур периферийных газов наблюдается значительное расхождение температурных линий и пересечение их;

- на диаграмме давления колошникового газа появляются пики в сторону мгновенного повышения, после которых следует повышение давления горячего дутья, часто сопровождающееся переходом к подвисанию шихты;

- фурмы постоянно работают с кусками неподготовленных материалов и со шлаком;

- нагрев продуктов плавки резко снижается, шлаки плохо выходят из печи, цвет остывшего шлака черный, вследствие повышения содержания в нем закиси железа, в чугуне резко повышается содержание серы.

Нарушение ровного схода шихты в печи [98, 99, 101, 119, 120]

Подвисание шихты

Подвисание доменной шихты это прекращение схода шихты, или временная задержка с его возобновлением движения после самопроизвольного обрыва или принудительной осадки. Подвисание шихты является следствием нарушения нормального распределения материалов и потока газов. Основными причинами подвисаний являются снижение качества шихтовых материалов и кокса, перегруз периферии или центральной зоны железорудными материалами, нарушения шлакового режима, нарушение режима первичного шлакообразования, переполнения горна продуктами плавки, нарушение теплового состояния и др. расстройства хода доменной печи (тугой ход, загромождения горна, потеря объёма печи).

По своему характеру подвисания шихты делятся на верхние и нижние.

Верхние подвисания вызываются полным уравновешиванием веса отдельных слоев шихты, удаленных от поверхности засыпи на 2 - 6 метров, подъемной силой газового потока и силами трения материалов о стены шахты. Они могут возникать при любом нагреве и являются, как правило, следствием роста сопротивления шихты проходу газа в результате снижения качества проплавляемых материалов и разрушения их при восстановлении, увеличения объема газов, несоответствия качества материалов избранному режиму работы печи, а также следствием искажения профиля печи.

Верхние подвисания характеризуются следующими признаками:

- возрастает верхний перепад, общий перепад растет за счет роста верхнего перепада, нижний перепад, при этом, может даже понижаться; в момент подвисания происходит резкое увеличение верхнего перепада;

- диаграмма уровня засыпи свидетельствует о прекращении опускания материалов после нескольких обрывов;

- давление дутья перед подвисанием может возрастать, а может и понижаться, с соответствующим уменьшением или увеличением расхода дутья. В момент подвисания давление дутья возрастает на 0,01 - 0,03 МПа (0,1 - 0,3 кгс/см2) против нормального;

- увеличивается объемная доля CO2 в колошниковом газе;

- фурмы работают интенсивно и, как правило, равномерно;

- температура газа в газоотводах первоначально понижается, а потом медленно возрастает. Обычно шихта садится при снижении давления до 0,05 - 0,09 МПа (0,5 - 0,9 кгс/см2).

Нижние подвисания - следствие значительного ухудшения газопроницаемости в области размягчения и плавления пустой породы шихты. Они вызываются преимущественно нарушениями теплового и шлакового режимов, в результате чего происходит перераспределение газового потока и охлаждение полурасплавленных масс, теряющих свою подвижность и цементирующих куски кокса с образованием сводов. Чаще всего это происходит при значительном повышении основности шлака, похолоданиях печи и нарушением теплообмена, связанного с повышением теоретической температуры ваше критической. В последнем случае это происходит внезапно, через 6-8 часов работы на повышенной теоретической температуре без каких-либо предшествующих признаков. Причиной нижних подвисаний может также быть и переполнение горна жидкими продуктами плавки.

Признаки нижних подвисаний:

- повышается перепад давления газа в нижней части печи (нижний перепад); при этом, общий перепад может остаться неизменным или увеличиться;

- приборы, контролирующие уровень засыпи, регистрируют многочисленные провалы и подстои шихты, сход подач становится неравномерным;

- увеличивается число обрывов, фиксируемых на диаграмме давления колошникового газа;

- кривая температуры газа в газоотводах имеет вид узкой зигзагообразной ленты;

- движение шихты прекращается после одного или нескольких обрывов, при этом давление дутья быстро возрастает, превышая нормальный уровень;

- фурмы во время подвисания работают вяло и неравномерно со слабой интенсивностью циркуляции кусков кокса, либо с ее отсутствием.

Тугой ход печи

Тугой ход печи - это значительное снижение (против обычного) скорости опускания материалов. Тугой ход возникает при несоответствии газопроницаемости сформированного столба шихтовых материалов в доменной печи установленной интенсивности газового потока.

Тугой ход печи вызывается перегрузом периферийной зоны при недостаточной газопроницаемости центральной зоны, что может быть следствием работы печи с пониженным уровнем засыпи, на излишне увеличенной калоше, нерациональной системе загрузки, при увеличении мелких фракций в шихте, неудовлетворительной отработкой продуктов плавки и при резком повышении их нагрева, ухудшении работы горна, а также при недостаточно подвижных первичных шлаках.

Признаки тугого хода:

- значительное понижение интенсивности по коксу с повышением нагрева продуктов плавки;

- давление дутья повышается и становится неустойчивым, а расход его сокращается;

- на диаграмме давления колошникового газа появляются пики повышения давления как во время работы большого конуса, так и в промежутках между его опусканиями;

- общий перепад растет (как правило за счет нижнего перепада), а диапазон его колебаний увеличивается;

- кривые температуры газа по газоотводам сходятся в узкую ленту;

- температура периферийных газов понижается;

- сход шихты замедленный и не ровный, с подстоями и провалами;

- содержание С02 на периферии выше оптимального на 2-3 %;

- становится неустойчивым общий выход колошникового газа;

- наблюдается повышенный вынос пыли, воздушные фурмы работают вяло.

ФРАГМЕНТЫ DFD-ДИАГРАММ РАСЧЕТОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЛОЯ ШИХТЫ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СВОЙСТВ И СОСТАВА ЗАГРУЖАЕМЫХ

ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Расчет доменной шихты

Рисунок П.2.1 - Схема расчета характеристик доменной шихты

Рисунок П.2.2

- Схема расчетов по определению удельного выхода шлака и его состава и вязко-пластичных

характеристик железорудных материалов

Рисунок П.2.3 - Схема расчетов по определению коэффициентов факторного анализа

Рисунок П.2.4 - Схема расчета времени одного оборота шихты

Рисунок П.2.5 - Схема расчетов по определению теоретической температуры горения, размеров фурменного очага и

газодинамического сопротивления шихты при изменении доли окатышей

Рисунок П.2.6 - Схема расчета влияния содержания мелочи в агломерате (фр. 0-5 мм) на газодинамическое

сопротивление слоя шихты в печи

Рисунок П.2.7 - Схема расчета предельных дутьевых параметров доменной плавки

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ РАСПОЗНАВАНИЯ ВИДОВ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Таблица П.3.1. - Расчет вероятности периферийного хода

№ п/п Наименование параметра база проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Повышение неравномерности распределения температуры колошникового газа в отдельных газоотводах, °С 95 95 0 150 0,7 0,076 0

2 Увеличение отклонения усреднённой температуры колошникового газа, °С 184 161 -23 150 0,6 0,065 0

3 Повышение средней окружной неравномерности температуры газа на периферии, °С 193 332 139 200 0,8 0,087 0

4 Снижение давления дутья, кПа 280 281 -1 15 0,7 0,076 0

5 Повышение расхода дутья, м3/мин. 3422 4019 597 150 0,8 0,087 1

6 Снижение содержания С02 колошникового газа, % 20,26 19,21 1,05 2 0,8 0,087 0

7 Снижение температуры чугуна, 0С 1416 1475 -59 20 0,8 0,087 0

8 Повышение температуры газа по радиусу колошника (периферия), °С 620 650 30 100 1,0 0,109 0

9 Снижение температуры газа по радиусу колошника (ось печи), °С 695 720 -25 100 0,6 0,065 0

10 Отношение температуры периферийных газов к температуре колошникового газа 2,6 2,7 0,1 0,3 0,9 0,098 0

11 Индекс теплового состояния низа, доли 1 1,1 0,1 0,05 0,7 0,076 1

12 Общая степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,1 0,8 0,087 0

Вероятность периферийного хода, доли 0,163

Таблица П.3.2 - Расчет вероятности осевого хода

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг весов коэф., доля ранга Р,

1 Снижение неравномерности распределения температуры колошникового газа по газоотводам, °С 95 95 0 20 0,8 0,107 0

2 Снижение средней температуры газа на периферии, °С 636 650 -14 20 0,8 0,107 0

3 Повышение окружной неравномерности температуры газа, °С 193 332 139 250 0,8 0,107 0

4 Повышение давления дутья, кПа 280 281 1 10 0,6 0,080 0

5 Увеличение общего перепада давления, кПа 131 140 9 10 0,7 0,093 0

6 Снижение расхода дутья, м3/мин. 3422 4019 -597 100 0,5 0,067 0

7 Снижение температуры колошникового газа около стенки печи, °С 620 650 -30 100 0,9 0,120 0

8 Увеличение температуры колошникового газа в центральной части печи, °С 695 720 25 100 0,9 0,120 0

9 Индекс теплового состояния низа, доли 1 1,1 0,1 0,05 0,7 0,093 1

10 Общая степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,1 0,8 0,107 0

Вероятность осевого хода, доли 0,093

Таблица П.3.3 - Расчет вероятности горячего хода печи

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Повышение давления дутья, кПа 280 281 1 12 0,9 0,095 0

2 Увеличение отклонения усреднённой температуры колошникового газа, °С 184 161 -23 100 0,7 0,074 0

3 Снижение неравномерности распределения температуры колошникового газа по газоотводам, °С 95 95 0 50 0,7 0,074 0

4 Увеличение средней температуры газа на периферии, °С 636 650 14 100 0,7 0,074 0

5 Снижение окружной неравномерности температуры газа, °С 193 332 -139 100 0,8 0,084 0

6 Повышение температуры чугуна, °С 1416 1475 59 30 0,9 0,095 1

7 Повышение содержания Si в чугуне, % 0,72 0,948 0,228 0,2 1,0 0,105 1

8 Увеличение основности шлака (CaO+MgO)/SiO2, доли 1,221 1,214 -0,007 0,04 0,7 0,074 0

9 Индекс теплового состояния низа, доли 1 1,1 0,1 0,05 0,9 0,095 1

10 Индекс теплового состояния верха печи, доли 0,7 0,7 0 0,05 0,6 0,063 0

11 Степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,1 0,9 0,095 0

12 Вязкости конечного шлака при температуре 1500 °С, пуаз 3,5 3 -0,5 0,5 0,7 0,074 1

Вероятность горячего хода, доли 0,369

Таблица П3.4

Таблица П.3.4 - Расчет вероятности холодного хода печи

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Снижение давления дутья, кПа 280 281 -1 15 0,7 0,074 0

2 Уменьшение нижнего перепада давления, кПа 92 98 -6 3 0,8 0,085 0

3 Уменьшение общего перепада давления, кПа 131 140 -9 5 0,7 0,074 0

4 Увеличение расхода дутья, м3/мин. 3422 4019 597 100 0,7 0,074 1

5 Снижение температуры чугуна, °С 1416 1475 -59 30 0,9 0,096 0

6 Уменьшение содержания Si в чугуне, % 0,72 0,948 -0,228 0,20 1 0,106 0

7 Снижение основности шлака (СаО^Ю2), доли 0,986 0,981 0,005 0,04 0,7 0,074 0

8 Индекс теплового состояния низа, доли 1 1,1 0,1 0,05 0,9 0,096 0

9 Индекс теплового состояния верха печи, доли 0,7 0,7 0 0,05 0,6 0,064 0

10 Степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 -0,03 0,05 0,8 0,085 0

11 Вязкости конечного шлака при температуре 1500 °С, пуаз 3,5 3 -0,5 0,7 0,8 0,085 0

12 Интенсивность проплавки, м3/мин 6,5 6,75 0,25 0,5 0,8 0,085 0

Вероятность холодного хода, доли 0,074

Таблица П3.5 - Расчет вероятности тугого хода печи

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Увеличение содержания Si в чугуне, % 0,72 0,948 0,228 0,20 0,8 0,086 0

2 Увеличение температуры чугуна, °С 1416 1475 59 30 0,8 0,086 1

3 Увеличение давления дутья, кПа 280 281 1 20 0,8 0,086 0

4 Снижение расхода дутья, м3/мин. 3422 4019 -597 150 0,8 0,086 0

5 Увеличение общего перепада давления, кПа 131 140 9 25 0,9 0,097 0

6 Снижение неравномерности распределения температуры колошникового газа по газоотводам, °С 95 95 0 30 0,8 0,086 0

7 Индекс теплового состояния низа, доли 1 1,1 0,1 0,05 0,7 0,075 1

8 Индекс теплового состояния верха печи, доли 0,7 0,7 0 0,05 0,6 0,065 0

9 Степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,05 0,8 0,086 0

10 Вязкости конечного шлака при температуре 1500 °С, пуаз 3,5 3 0,5 0,3 0,8 0,086 1

11 Градиент вязкости шлака в диапазоне от 25 до 7 пуаз, пуаз/ °С 0,175 0,185 0,01 0,05 0,7 0,075 0

12 Интенсивность проплавки, м3/мин 6,5 6,75 0,25 0,5 0,8 0,086 0

Вероятность тугого хода, доли 0,247

Таблица П3.6 - Расчет вероятности верхнего подвисания шихты в доменной печи

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Увеличение верхнего перепада давления, кПа 39 42 3 15 0,9 0,125 0

2 Увеличение общего перепада давления, кПа 131 140 9 20 0,7 0,097 0

3 Увеличение давления дутья, кПа 280 281 1 20 0,9 0,125 0

4 Увеличение содержания С02 в колошниковом газе, % 20,26 19,21 -1,05 3,0 0,7 0,097 0

5 Повышение средней температуры периферийных газов, 0С 636 650 14 100 0,7 0,097 0

6 Снижение окружной неравномерности температуры газа на периферии, 0С 193 332 -139 50 0,6 0,083 1

7 Степень уравновешивания шихты газовым потоком в верхней части печи, доли 0,3 0,3 0 0,05 0,9 0,125 0

8 Общая степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,05 0,9 0,125 0

9 Интенсивность проплавки, м3/мин 6,5 6,75 0,25 1,5 0,9 0,125 0

Вероятность верхнего подвисания, доли 0,083

Таблица П3.7 - Расчет вероятности нижнего подвисания шихты

№ п/п Наименование параметра База Проект Фактическое отклонение Допустимое отклонение Ранг Весов коэф., доля ранга Р,

1 Увеличение нижнего перепада давления, кПа 92 98 6 30 1,0 0,196 0

2 Повышение давления дутья, кПа 280 281 1 30 0,8 0,157 0

3 Снижение неравномерности распределения температуры колошникового газа по газоотводам, °С 95 95 0 70 0,6 0,118 0

4 Общая степень уравновешивания шихты газовым потоком, доли 0,55 0,58 0,03 0,05 0,9 0,176 0

5 Степень уравновешивания шихты газовым потоком в нижней части печи, доли 0,65 0,7 0,05 0,05 1 0,196 0

6 Интенсивность проплавки, м3/мин 6,5 6,75 0,25 0,9 0,8 0,157 0

Вероятность нижнего подвисания, доли 0,000

АКТ ИСПЫТАНИЙ ПАКЕТА ПРОГРАММ «РАСПОЗНАВАНИЕ ВИДА ОТКЛОНЕНИЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ОТ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА»

УТТ1Г.РЖДАЮ

Начальник [ЕрКШйГй ифвса ООО ^ММК-Информсервноч

;ззическнк нayer

fí.KX РыбпСКШГСВ

20t 5 г.

АКТ ИСПЫТАНИЙ пакета вычислительных нрограчч «Росл03ВИ?Анне жида «ткликсш1ндпм4.'нш)н Ллзнкн üj нормального р(1*имзл

В 2015 голу в упрандение информационных тенншюгнй ОАО «Мдгнитогорс*ий мегахтургический комбинат* (ОАО иММКи) для промышленных испытаний переда« пакет прикладных программ «Рясм^кщание шов отклонения данеииой пиввн пт

ИНр.ЧЫЛЬШН Л

Разработчик: кяфелра «Теплофизика к ннфорчатика а металлургии» Института нйтерншшкдснм н металлургии Уральского федерального университета, г. ЕкатериЕ1бург. Руководитель - профессор, доктор тсхничсеких наук Спирин H.A., исполнитель - аспирант Истомин A.C.

Для выявления вияа отклонения плавен от ИОрИЛЫзОГй режима обобшен опыт рчбогы специалистов доменного пека ОАО «ММКй; Для выявлсееня вида отклонении плавки от вориальвого режима сраэ i Енваются мсш1у собой дни периода - базовый, в кптстром осуществляете* сбор ии^нтрмации о работе печи за 1 ^aca ло текущего времени с последующим усреднением полученных данных и прогнозный лсрнодч в китор™ производится сбор информации за 2 часа после базового периода. В последующем прогнозный период л рнЕпзмается за базовый для корерышго отслеживания работы лечи Пакет вычислительных программ клшшт мийшяк следующие функции.

— «Осуществить сбор и первичную обработки данных» - убеслечиьаес ОТОМЯТНтатае напшшение системы данными из ACV ТП и КИС. Сбор первичных данных производится в строго регламентированные моменты времени.. козерое установлено сйгласеео тре&ованиям нвжеж$®0-тех и ологнчйско го персонала доменного UC*a. Вълхолная ИН[]н>рмаЦНЯ служит источником для асех других подсистем.

— ^ыяви^ь признаки неровного хода доменной нчавки» - обеопечннает пересчёт и анализ таких парамсгров как! отклонение расхода jiyrt.ii; отклонение давления дупл; отклонение температуры дуты; ОЕК.кшеЕ1не общего перепала давления; отклонение нижнее перепада давлеззия; отклонение верхнего пЕзрепада давления; окружная Е1сравномерностъ температуры ¡¿¡-Ж распре делезснс температуры колошникового газа; отклоЕ1еззие усредЕ1снной температуры колошееикового газа; отжловеяие содержания Si н чугуне: отклонение содержания СО; колошеенкового газа; лхлотвхе температуры чугуна: отклонен не основности излака.

«Выявить тенденции к римиюю периферийного газовом тнюшка* - обеспечивает пересчёт и анализ такик параметров как: отклонен» расхода лутья: повышение ВйраЕШчерноеги распределезшя температуры колишникоього газа; увеличение отклонения усреднённой температуры колошникового гща- повышение средней (i крупной неравномерности температуры таза на периферии: снижение давления дутья; повышение раскола ;iyibJt; снижеззне содержании СО; колошникового га»; снижение температуры чугуна; повышение нерашюмерЕЕОсти rcMirepaiypbi газа по радиусу (fo-"HH]]HiLBf¿;

«Выявить тенденции n развитию асмого газовом потока» - обеспечивает пересчёт в анализ такич параметре® ше: снижение Есеравн »мерности распределения температурь: колошникового гам тю ганютвдвм: снижение средний та*пературы га,а Периферии; повышение окружной неравномерности темпераэурьг га-за: пииышенне дймвння дуты; увеличение общего перепада даыления; снижение расхода дутя; увеличения неранномерЕЕости распределении температуры гам по радиусу колонзника.

- «Выявить тенденции к развитию горячего гоЛт доменной ww - обеспечивает пересчёт El atiajcm таких параметров дая: повышение дадмни дутьй; увеличение отклонения у сре длённой температуры колошникового газа; аяцжеш» неравномерное™ распределения температуры колошникового га-за по газосгаодам; увеличение средней температуры газа на периферии- еннженнв окружной нсравжмереости температуры raía, повышение температуры чугуна; повышение содержании в чугуне; увеличение основности щлява.

«Выявить тенденции к развитию myto¿o хода доменной п^и» - а&спечивяег пересчет л «ЗЯНЕЗ таких параметров как: снижение давления дутья; увеличение числа срабатываемых подач' уменьшение нижнего перст» давления: уменьшение общего перепада давления; увеличение расхода дутья; сличение температуры чугуна; уменьшение содержания Si в чугуне; снижение ос нонноети шлака. «Выявитi, тенденции к развитию холодного хода доменной печи» - обеспечивает пересчет и аЕЕалн! таких параметров как: увеличите содержав w4 Si в чугуне; увеличение температуры чугуня; увеличение давления дугья; снижение расхода дутья; увеличение о&щего стреляла дарения; снижение неравЕюмержктц распределен ня температуры колошникового raía по ¡га:ин1тволам. *&ямить сменности к образованию верхнемз подписания шихты» - обеспечивает пересчет и анилин тзш\ параметров ван: укАгаине верк него перепада давления; увеличение общеЕю перепада давления; повышение давления луЕьд; увеличите еолержания COi а колотив новом rase; повышение средней температуры периферийны* гтвок повышение средней температуры перйферийньк гаюл; сннженне окружной неравномерности температур! газа на периферии.

- «Выммть скяоншюпи К образмикию нижнего подписания щгаты» - обеспечивает пересчет и авнлнэ таких параметров как: увеличение ввявего перепада давления; Повышение давления дуты; снижение неравномерное распределения температуры колошникового jB^a по гамютнолам.

нформирияать рекомендации но технологиям ведения доменной чдонеде Fra основании выявленные отклонений, происходит формирование рекомендации по корректировке »сденид плавки.

Программное обеспечение «Раамтавание вида отюоненпй доменной ннщ от нфмалявго режшт разработан/} а соотмтстлан с стрелянными принципами построении прикладных программ (функциональность, расширяемость, интеграция с Налами данных, нцтунтивно-j юнчтный ho;j ьчоватсльскнй интерфейсч безопасность, оцени мине информации). Программный модуль является частью системы оптимизации технологического процесса доменной плавки, нходит в состав автоматизированной информационной система ачали-за и гЕрогноэирования производственны л ситуаций доменного цеха ОАО «М\1Ю> и иредндзначен для инженерно -технологического перед над а.

Испытание пакета прикладных программ свидетельствует о корректности получаемых данных для решения вышеизложенных задач. Полное ннелреине пакета возможно только е использованием распределенной базы даиыых. Последующее внедрение и промыгшиниьк испытании разработанного пакепа программ подвоют полностью адаптировать пакет к условиям работы доменного цека ОАО «ММК> и оценить эффективность принятия решений ннжеВсрВО-текнолоппеского персонала доменного цела.

Менеджер ООО «ММК-Информсервве»

АКТ ИСПЫТАНИЙ ПАКЕТА ПРОГРАММ «МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОСТАВА И СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ И КОКСА, ДУТЬЕВЫХ

ПАРАМЕТРОВ»

УТВЕРЖДАЮ Начальник проектЕюго офиса ООО uММК-Информссрейс

«.•J и

^HifitCKHX каув:

Ei.IO. Рьтболовлен

2015 г.

АКТ ИСПЫТАНИЙ пакета вычислительных припиши «Мп.челированне динамики дом^шнни iipunctín при игменсинп cvcthhü п снциств ¡ffcinopjiiiniro сырьн и коки, дупша лиришмрин^

В 20tí тоду а управление ниформацЕЕОЕших технологий ОАО :<Мап1итогорйкнн металлургический комби lest*- (ОАО uMMK») для промышленных испытаний передан пакет Прикладных программ (1 Моделирование динамики донги иш о лринссяа ирн ншенешш состава н свойств .icjup v днше сырья н кокса*дутьевых параметров».

Pt¡ (ртмтг'шк: кафедра «Теплофизика и информатика в металлургии» Института матсриаловедеЕшя и металлургии Уршгьехого федерального университета, г. Екатеринбург, Руководитель - профессор, доктор технических наук Спирин НА, исполнитель - еспиранг Истомин A.C.

Zítis программного обеспечения - повышсеенё эффектнвЕЕОстн производства чугуна па основе математического моделирования динвыикн .tljm'cimiim «i процесса и упранленкя в реальним времени доменными печамн при изменении свойств железорудного сырья и дутьевых параметров.

Оси/млн &кнамич*схой модели являзотся фундаментальные знания по теории и практике совремеЕпзого доменного процесса, использование закономерностей процессов те гаю- н иа^сообмснДь газодинамики ь плотном слое для условий работы верхней и иимззей ступеней теплообмен*, ■закономерностей фильтрации расплава через коксовую насадку. Расчеты выполняются параллелыЕО для двух вариантов - в йазонпм и прогнозном вариантах. ИнформавдоиЮьмоделнрующвл система на основе математической модели переходных процессов й лоченннх печах включает в себя программ]пай модуль, ЕЕНтегрироваЕпзый в раэрабаганкуЕО ранее информационную систему модели роваЕЕИя домонеюго процесса «УрФУ-ММК:>, вЕЕедренпузо ранее а доменном цехе ОАО «Магшстагорехнй

металлургический кчшбннатк-

Программ ни? обеспечение потихяет решать следующие шЛа ЧШ

1. Расчет доменной шихты с определением вгазффипиентов для пофакгорного анализа.

2, Определени времени одного оборот шихты в пени но данным состава шихты и параме-jpua дугь],

Аналитическая опенка нелинейности доменного процесса. Оценка области применения -шнеарнчокинных моделей С определением диапазона изменения режимньга парнмстроВь в которых допустимо использование линейных и линеаризованных моделей.

4. Расчет динамики изменения гащннАннчсшш сопротивления слоя шихты при изменении доли окатышей в железорудной части шихты, состава н свойств железорудного сыры,

5. Рзк-тст дннлктки изменения газодинамического сопротивления елш шияты при изменении ышнх фракций и агломераге ММК.

fi-. Изменение нарамггрпв фурчсннл-по очага при Н1МСКСНИН параме грнв ду1ъя. 7. Определение предельных дутьевых параметров доменной плавки. А. Определение хараклерни! ик луменкуй плаики но различным канилам управления

- воздействие нзмснсешя рудной нагрузки на производительность печн и тепловое