Создана система оперативного автоматизированного проектирования технологического процесса выплавки стали в сверхмощной ДСП, которая представляет собой дальнейшее развитие системы управления плавкой ОРАКУЛ. Используя полный материальный и энергетический балансы, строгий термодинамический расчет, кинетическую коррекцию, экономический расчет и априорную информацию, накопленную ранее и отражающую в обобщенном виде длительный опыт эксплуатации агрегата, а также оперативную информацию о процессе, получаемую по ходу плавки и отражающую ее индивидуальные особенности, система оперативно создает проект ведения плавки и вырабатывает рациональные сигналы по управлению ходом технологического процесса. В январе 2000 г. система ОРАКУЛ сдана в промышленную эксплуатацию на ДСП-1 Белорусского металлургического завода (БМЗ). В августе 2001 г. на ДСП-2 Молдавского металлургического завода. Использование системы ОРАКУЛ позволило достичь значительного экономического эффекта (за счет сокращения расхода электроэнергии, шлакообразующих и продолжительности цикла плавки) и технологических преимуществ ("прозрачность" технологического процесса и, следовательно, большая его управляемость, стабилизация всего процесса выплавки стали и, как следствие, стабилизация качества выплавляемого металла "от плавки к плавке", облегчение ведения процесса, защита от ошибок персонала, выявление непредставительных проб и замеров и др.). В настоящее время ведутся работы по оснащению системой управления ОРАКУЛ ДСП-2 БМЗ.

Проанализированы основные проблемы металлургической отрасли Украины. Рассмотрен наиболее вероятный вариант преодоления кризисных явлений в металлургической отрасли. Предложена программа внедрения пакета прикладных программ ГИББС для управления и оптимизации сталеплавильного производства предприятий Донецкой области.

Представлены результаты промышленного освоения компьютерной системы управления ГИББС (развитие системы ОРАКУЛ) для внепечной обработкой стали. Выполнена оценка работы системы, показано, что точность прогноза содержания основных элементов (С, Si, Мn, S, Р) и температуры достаточна для обеспечения надежной работы системы в режиме автоматического управления процессом. Оптимизационные возможности системы позволяют снизить затраты по переделу за счет увеличения серийности разливки, а также уменьшения расхода раскислителей и легирующих материалов. На этой основе создана информационная база реального времени для развертывания систем оперативного управления производством более высокого уровня.

Разработана схема получения в реальном масштабе времени информации о напряжении на дуге и о состоянии технологического процесса. На основании вейвлет-анализа разработан алгоритм цифровой обработки сигнала, с помощью которого можно производить его шумоподавление и сжатие. Разработан алгоритм идентификации технологических событий, позволяющий определять их на ранней стадии возникновения. Разработан комплекс программ, дающий возможность записывать сигнал о напряжении на дуге, фиксировать события, соответствующие определенным моментам съема сигнала, выполнять цифровую обработку (шумоподавление и сжатие) и формировать образ технологического события.

На основании данных о форме сигнала мгновенного напряжения дуги с использованием вейвлет-анализа и нейронной сети разработана система распознавания состояния технологического процесса (мониторинга) выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП). Получены и обработаны реальные промышленные сигналы технологического процесса выплавки стали в 100-тонной ДСП, выполнена событийная классификация технологического процесса.

На основании анализа результатов реализации процесса прямого легирования стали марганцем с использованием различных марганецсодержащих оксидных материалов за период 1987 - 2010 гг. представлена методика оценки экономической эффективности этой технологии. Показано, что показатели эффективности зависят от соотношения сложившихся цен и могут колебаться от 1 - 2 до 25 - 30 долл./т. С увеличением количества вводимого марганца абсолютное значение экономической эффективности растет.

Математическим моделированием обработки нераскисленного металла твердым углеродом в монолитном состоянии показано, что разработанная на основе принципа квазилокального равновесия модель адекватно отражает особенности поведения элементов в металле при их диффузионном растворении. Показано, что получение концентраций кислорода ниже равновесных с углеродом значений связано с локальностью протекающих в реакционной зоне процессов и наличием факторов способствующих их эффективности: высокое содержание элементов в реакционной зоне; постоянный градиент концентраций кислорода и углерода, обеспечивающий непрерывный поток элементов; удаление продуктов реакции из системы. Объяснено отсутствие науглероживания металла при концентрациях углерода до 0,25 % тем, что основная масса последнего (80 - 95 %) расходуется на раскисление металла.

Рассмотрено выдвинутое ранее предположение о механизме десульфурации стали марганцем в условиях процесса прямого легирования. Для оценки гипотезы на основе принципа квазилокального равновесия разработана модель, отражающая некоторые особенности поведения элементов в металле при их диффузионном растворении. Моделированием установлено, что при легировании марганцем существует возможность создания термодинамических условий, при которых происходит удаление серы марганцем на 45 % и более. При этом расход марганца на сам процесс десульфурации не превысит 5 % от введенного. Важным условием, определяющим успешность представленного механизма, является необходимость быстрого удаления образующихся неметаллических продуктов из зоны взаимодействия.

Представлены оценки технологических аспектов использования жидкого чугуна в дуговой сталеплавильной печи вплоть до 80 % в составе шихты. С помощью программного комплекса "DesigningMelt" выполнено моделирование плавки с различным расходом кислорода и электроэнергии. Полученные результаты дали возможность выделить критерий, отражающий оптимальный режим применения жидкого чугуна в электропечи. В качестве такового предложено использовать отношение введенной электроэнергии к введенному кислороду на продувку металла за плавку или отношение средней мощности ввода электроэнергии к средней скорости ввода кислорода. Получена зависимость, связывающая оптимальную долю чугуна в шихте с критерием "оптимальности" работы печи.

В процессе прямого легирования стали марганцем в ковше на выпуске, исходя из термодинамически складывающихся условий, возможно образование сульфидов. На основе представленных расчетов и литературных данных показано, что образующиеся неметаллические включения сульфидов марганца имеют все предпосылки для успешного удаления из активной зоны в шлак. Установлено, что наличие различных диапазонов скоростей движения поверхностного слоя металла в ковше в одном случае может способствовать десульфурации металлического расплава, в другом препятствовать ей.

Індекс рубрикатора НБУВ: К327.03-1 + К327.093

Рубрики:

Плавка сталі

Шлаки сталеплавильного виробництва

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Изучено влияние остаточного алюминия стали марки 45Х3М1Ф, предназначенной для отливки слитка массой 415 т на загрязненность металла экзо- и эндогенными неметаллическими включениями, на эксплуатационные характеристики периклазоуглеродистой футеровки. Исследования выполнены с помощью нового программного комплекса "DesigningMelt", показавшего хорошую адекватность и способность анализировать технологический процесс изготовления суперкрупных слитков как в целом, так и поэтапно.

Математическим моделированием продувки железоуглеродистого расплава газообразным кислородом показано, что основным фактором, влияющим на различия в окисленности металла в конце продувки в конвертерах с верхним и нижним дутьём, является интенсивность перемешивания металла и шлака. Последняя, в свою очередь, определяет параметры пограничного диффузионного слоя: чем тоньше пограничный слои и чем больше поверхность взаимодействия, тем сильнее влияние микрокинетического эффекта на конечную концентрацию кислорода в металле. Установлено, что отклонение произведения [С][О] от равновесного зависит от содержания углерода в металле и от способа взаимодействия рассматриваемых компонентов металла (кислород окисляет углерод - обезуглероживание или углерод удаляет кислород - раскисление). При растворении компонента с меньшим коэффициентом диффузии, чем удаляемый, отклонение от равновесия будет большим в отличие от случая, когда растворяется компонент с большим коэффициентом диффузии.

Індекс рубрикатора НБУВ: К327.203-14

Рубрики:

Конвертерна плавка сталі

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Цель работы - получение термодинамических соотношений, описывающих зарождение и рост неметаллических включений в стали. Термодинамические соотношения получены на основе метода химических потенциалов Гиббса с использованием поправки Томсона - Гиббса. Разработана термодинамическая модель неметаллических включений; определены закономерности изменения массы и химического состава неметаллических включений в жидкой стали при ее охлаждении; приведены способы определения критического размера неметаллических включений в стали. Показана возможность образования гетерогенных включений с тугоплавким ядром, насыщенным оксидами щелочноземельных металлов, и легкоплавкой гомогенной оболочкой. Предложенные термодинамические соотношения и модель неметаллических включений могут быть использованы для анализа процессов образования и удаления неметаллических включений с целью обеспечения чистоты стали и оптимизации химического состава включений.

Цель исследования - разработка системы автоматизированного проектирования и управления кислородно-конвертерной плавкой стали. В работе применены комплекс методов многопараметрической оптимизации (линейное и динамическое программирование) процесса плавки стали на основе термодинамического моделирования системы "металл - шлак - газ" с использованием метода химических потенциалов Гиббса. На примере проектирования технологического процесса в кислородном конвертере показаны основные функции системы автоматизированного проектирования и ее работа в системе управления от начала плавки до получения полупродукта с заданными параметрами. В работе приведены критерии управления фурмой и вводом материалов. На этой основе достигается оптимальное управление, позволяющее получить металл и шлак с заданными химическим составом и температурой. Представленная система автоматизированного проектирования внедрена в составе системы управления кислородно-конвертерной плавкой стали на заводе XuanSteel (КНР).

Приведены схема установки и результаты исследований нового способа внепечной обработки стали, основанного на смещении равновесия в системе "металл - шлак - газ" под действием электрического заряда, приложенного к жидкому шлаку - вторичного электротермического легирования и рафинирования (ВЭЛР). Термодинамическое моделирование ВЭЛР на основе метода химических потенциалов Гиббса подтверждает высокую эффективность данного процесса и хорошо согласуется с полученными ранее результатами экспериментальных исследований. В зависимости от полярности электрического заряда, приложенного к шлаку, ВЭЛР может применяться как собственно для раскисления-легирования и десульфурации, так и для окислительного рафинирования и обезуглероживания жидкой стали. Выполнено исследование влияния удельного заряда шлака на давление газовой фазы, содержание примесей и легирующих элементов в процессе вторичного электротермического легирования и рафинирования низколегированной стали. Определены основные параметры ВЭЛР для технологических операций раскисления, легирования, десульфурации, дефосфорации, а также окислительного рафинирования и обезуглероживания жидкой стали. Для легирования стали щелочноземельными металлами технология ВЭЛР позволяет использовать металлургические шлаки вместо дефицитной порошковой проволоки, что, в свою очередь, способствует получению конкурентоспособной стали с минимальными затратами. В отличие от других методов внепечного легирования и рафинирования технология ВЭЛР имеет ряд преимуществ, в числе которых возможность частичной утилизации конвертерных и доменных шлаков, значительное уменьшение загрязнения стали неметаллическими включениями в процессе обработки, уменьшение выбросов и дымообразования, высокая экономическая эффективность.

Приведены схема установки и результаты исследований нового способа внепечной обработки стали, основанного на смещении равновесия в системе "металл - шлак - газ" под действием электрического заряда, приложенного к жидкому шлаку - вторичного электротермического легирования и рафинирования (ВЭЛР). Термодинамическое моделирование ВЭЛР на основе метода химических потенциалов Гиббса подтверждает высокую эффективность данного процесса и хорошо согласуется с полученными ранее результатами экспериментальных исследований. В зависимости от полярности электрического заряда, приложенного к шлаку, ВЭЛР может применяться как собственно для раскисления-легирования и десульфурации, так и для окислительного рафинирования и обезуглероживания жидкой стали. Выполнено исследование влияния удельного заряда шлака на давление газовой фазы, содержание примесей и легирующих элементов в процессе вторичного электротермического легирования и рафинирования низколегированной стали. Определены основные параметры ВЭЛР для технологических операций раскисления, легирования, десульфурации, дефосфорации, а также окислительного рафинирования и обезуглероживания жидкой стали. Для легирования стали щелочноземельными металлами технология ВЭЛР позволяет использовать металлургические шлаки вместо дефицитной порошковой проволоки, что, в свою очередь, способствует получению конкурентоспособной стали с минимальными затратами. В отличие от других методов внепечного легирования и рафинирования технология ВЭЛР имеет ряд преимуществ, в числе которых возможность частичной утилизации конвертерных и доменных шлаков, значительное уменьшение загрязнения стали неметаллическими включениями в процессе обработки, уменьшение выбросов и дымообразования, высокая экономическая эффективность.