Разработка новой версии программного обеспечения для сканирующего зонда на базе исследования закономерностей образования слоев шихтовых материалов с целью оптимизации загрузки доменных печей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Кокорин, Дмитрий Сергеевич

• Кокорин, Дмитрий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кокорин, Дмитрий Сергеевич

Введение.

1. Определение параметров внутреннего состояния доменной печи

1.1. Современные системы для определения внутреннего состояния доменной печи.

1.2. Сканирующий зонд как эффективное средство диагностики доменной печи. Принцип сканирующего зондирования.

1.3. Современные подходы к оценке порозности.

1.4. Моделирование положения зоны плавления.

2. Теоретические основы функционирования сканирующего зонда и интерпретации результатов сканирующего зондирования.

2.1. Основные понятия теории перколяции.

2.2. Метод опорных сопротивлений и методика их определения.

2.3. Интерпретация результатов сканирующего зондирования с учетом перемещения материалов.

2.4. Оценка распределения рудной нагрузки и порозности по радиусу доменной печи.

2.5. Идентификация формы и положения зоны плавления.

3. Разработка новой версии программного обеспечения сканирующего зонда.

3.1. Состав системы сканирующего зонда и схема взаимодействия ее компонентов.

3.2. Разработка и описание алгоритмов работы программного обеспечения.

3.3. Описание работы программного обеспечения.

4. Градуировка датчика вида шихтовых материалов и исследование ошибки дискретности» измерения.

4.1. Градуировка датчика вида шихтовых материалов для условий

ОАО «НЛМК».

4.2. Исследование поведения датчика при его попадании на четкую границу раздела материалов доменной плавки.

4.3. Оценка влияния скорости схода шихты на показания сканирующего зонда.

5. Практические аспекты применения системы сканирующего зондирования.

5.1. Вычислительный эксперимент и определение положения зон с низкой газопроницаемостью.

5.2. Разработка методики оценки адекватности показаний сканирующего зонда.

5.3. Разработка специальных режимов загрузки.

5.4. Оценка ожидаемого экономического эффекта от внедрения сканирующего зонда.

Выводы.

Список публикаций по материалам диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка новой версии программного обеспечения для сканирующего зонда на базе исследования закономерностей образования слоев шихтовых материалов с целью оптимизации загрузки доменных печей»

Актуальность работы определяется потребностями доменного производства в разработке высокоэкономичных ресурсосберегающих и утилизационных технологий выплавки чугуна. Разработка подобных технологий неразрывно связана со специальными, и часто специфическими, системами загрузки доменной печи (ДП), реализация которых требует получения достоверной информации о распределении шихтовых материалов в доменной печи после загрузки. Результаты работы доменной печи во многом зависят от эффективности управления газовым потоком в пространстве доменной печи, что в свою очередь требует получения объективной информации о положении зон с низкой газопроницаемостью и оценки газодинамических параметров столба шихты.

Целью работы являлось исследование закономерностей образования слоев шихтовых материалов в доменной печи, установление связи между параметрами образующихся смесей и их газопроницаемостью и разработка на основе этих данных универсальной версии математического обеспечения системы контроля слоя для определения распределения кокса в столбе шихтовых материалов в работающей доменной печи. Развитее математического обеспечения заключалось в интерпретации результатов с учетом расширения профиля шахты доменной печи, разработке и реализации методики оценки распределения порозности по радиусу доменной печи, исследовании взаимосвязи распределения газового потока с формой и положением зоны плавления с разработкой и, программной реализацией соответствующего алгоритма.

Научная новизна работы:

- Найдена и объяснена связь между электропроводностью компонентов шихты и структурой слоя в шахте доменной печи. На основе этой зависимости предложен новый метод оценки порозности смеси шихтовых материалов на основе контроля ее электропроводности. Сущность метода заключается в вероятностной оценке содержания кокса в сканируемом микрообъеме шихты и дальнейшего определения его порозности по «упрощенным кривым Фернеса».

- Разработан алгоритм, отражающий связь распределения смесей шихтовых материалов с формой и положением зоны плавления. Показано, что неизбежное образование смесей шихтовых материалов оказывает значительное и не учитываемое ранние влияние на распределение газовых потоков в шахте печи.

Практическая значимость работы заключается в создании инструмента, позволяющего производить оценку распределения смесей кокса с другими шихтовыми материалами с учетом профиля доменной печи, расположение зон с низкой газопроницаемостью, распределения порозности и рудной нагрузки по радиусу печи и формы и положения зоны плавления.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Кокорин, Дмитрий Сергеевич

Выводы

1. Показано, что сканирующий зонд предоставляет наиболее полную информацию о внутреннем состоянии доменной печи, необходимую для эффективного управления доменным процессом, получение которой другими методами является невозможным.

2. На основе новых данных о поведении слоя шихтовых материалов разработана новая версия программного обеспечения для интерпретации результатов сканирующего зондирования и аналитической обработки этой информации, применение которой возможно в условиях любых доменных печей.

3. Путем многократного измерения электрического сопротивления контрольных смесей шихтовых материалов произведена градуировка датчика вида шихтовых материалов для условий ДП № 5 ОАО «НЛМК».

4. Предложен и программно реализован новый метод оценки порозности смеси шихтовых материалов на основе контроля ее электропроводности.

5. Разработан и программно реализован алгоритм, отражающий закономерность распределения смесей шихтовых материалов с формой и положением зоны плавления.

6. Произведения оценка влияния дискретности измерения на показания сканирующего зондирования и показана ее незначительность.

7. Впервые разработана методика оценки адекватности показаний сканирующего зонда, применение которой возможно на доменных печах с любым уровнем оснащенности средствами измерения.

Список публикаций по материалам диссертации

1. Д.С. Кокорин. Автоматическое измерение распределения кокса в работающей доменной печи посредством Сканирующего Зонда// Сборник докладов конференции «63-и дни науки студентбв МИСиС». 2008. с. 92-94.

2. Д.С. Кокорин. Интерпретация результатов работы Сканирующего Зонда с учетом расширяющегося профиля доменной печи// Сборник докладов конференции «64-е дни науки студентов МИСиС». 2009. с. 112-114.

3. В.А. Доброскок, Д.С. Кокорин, P.A. Михин, Ю.С. Юсфин. Измерение распределения кокса по радиусу в работающей доменной печи// Изв. вузов. Черная металлургия. 2010. № 1. с. 3-5.

4. В.А. Доброскок, Д.С. Кокорин, P.A. Михин, Ю.С. Юсфин. Исследование кластерной структуры шихтовых материалов доменной плавки на основе измерения их электрического сопротивления//Изв. вузов. Черная металлургия. 2010. № 3. с.3-5.

5. Д.С. Кокорин. Автоматическое измерение распределения кокса в работающей доменной печи сканирующим зондом и развитие математического обеспечения системы// Сталь. 2010. № 4. Тезисы докладов международного конгресса доменщиков, с. 26-27.

6. V.A. Dobroskok, D.S. Kokorin, R.A. Mikhin, and Yu.S. Yusfin. Measuring the Coke Distribution over the Radius in an Operational Blast Furnace// Steel in Translation, 2010. Vol. 40, No. 1, pp. 1-3. 1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кокорин, Дмитрий Сергеевич, 2010 год

1. Автоматическое управление металлургическими процессами: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.// Беленький A.M., Бердышев В.Ф., Блинов О.М., Каганов В.Ю. М.: Металлургия, 1989.

2. Carman P.C.//Trans. Inst. Chem. Eng. -1937.-N15. -p.150.

3. Ergum S.//Chem.Eng. Progress, 1952. -N48. -p.89-92.

4. Клемперт B.M. Похвиснев А.Н.//Сталь. -1972. -N10, c.878-882.

5. Рамм A.H. Определение технических показателей доменной плавки (расчетные бланки и справочные данные). -Ленинград: Изд. ЛПИ, 1960.6: Дурнов В.К. Сб. трудов ВНИИМТ.- М., Металлургия, 1970.-С.77-90.

6. Стефанович М.А. Анализ хода доменного процесса. -М.: Металлургиздат, 1960.

7. Колесанов Ф.Ф. Движение газов через слой кусковых материалов. -М.: Металлургиздат, 1956. -с. 68.

8. Чернятин А.И. Металлург, 1966. -N2. -с. 3-7.

9. Шаповалов М.А. Теория и практика металлургии. -1937, N3.

10. Ешар Р. Черные металлы. -1971. -N12. -с.1-40.

11. В.П. Тарасов, П.В. Тарасов. Теория и технология доменной плавки// Москва, «Интремет Инжиниринг», 2007

12. Тарасов В.П. Комплексное исследование и оптимизация газодинамики в шахте доменной печи//Дис. на соиск. уч. ст. д.т.н.- Днепропетровск, 1980.

13. Бугаев K.M. Распределение газов в доменных печах. М.: Металлургия, 1974. -с.175.

14. Bogdandy L. von. Kinetic and dynamic mathematical model of the blast furnace process.//Prac. Int. Conf. Sei. And Technol Iron and Steel. -Tokyo, 1970.- Part Tokyo.- 1971.-p.131-136. Discuss.

15. P. С. Тахаутдинов, С. H. Ушаков, В. И. Сединкин и др. Технологические аспекты работы доменных печей с БЗУ "PAUL WURTH"// Сталь, 2008, № 11, с. 15-17.

16. Курунов И.Ф. К вопросу об эффективности применения на доменных печах различных загрузочных устройств// Металлург, № 11, 2009, с. 34-41.

17. Клемперт B.M., Френкель M.M., Гришкова A.A. Контроль и управление газораспределением доменной печи. М.: Металлургия, 1993.

18. Официальный сайт фирмы ТМТ www.tmt.com.

19. Patent application No. JP20060186559 20060706. Apparatus ford detecting behavior of charge in blast furnace. Hasegawa Noboru and others.

20. Image fiber probe for detection of furnace top burden particle size. Murakawa Shigemi, Taguchi Seiji, Konishi Yukio, Hamada Takao. Kawasaki Stell Techn Rept. -1988.- №19.- pp. 120-122.

21. Новые методы экспериментального исследования и математического моделирования поведения шихтовых материалов доменной плавки. Загитов Р.Э. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

22. Mesure optigue de la granulometrie des matieres, chargees au haut fourneau. Moretti J.M., Tondo F.//Rev. Met.-1990-87- №12.- c. 1093-1100.

23. Sideways tuyere probe for measuring of blast furnace raceway zone./ Takeda Kanji, Taguchi Seiji, Hamada Takao, Nakai Toshikazu, Kato Haruo.// Kawasaki Stell Techn Rept.-1988.-№19.-pp. 123-125.

24. IRSID. Отчет многоточечного зондирования ДП № 3 завода Patutal. 01.03.2001.

25. Загитов Р. Э., Киреев С. В., Чижиков А. Г. Зависимость электропроводимости агломерата и кокса от температуры //Изв. вузов. Чёрная металлургия.-1998.-№7.

26. Электрические зонды для определения распределения материалов на колошнике доменной печи/Н.А. Савчук, С.Б. Ященко, И.Ф. Курунов//Бюллетень ин-та "Черметинформация". Черная металлургия.-1985 -N22.-c.36-3 8.

27. A.c. 1133295 СССР, МКИ с 216 В 7/24 N1. Зонд для контроля параметров шихты в доменной печи/И.Ф. Курунов, H.A. Савчук , В.А. Доброскок и др.(СССР).-Ы 3521494/22-02; Заявл. 15.12.82; Опубл. в Б.И. 1985.

28. Доброскок В.А., Курунов И.Ф., Савчук H.A. и др. Патент 2002809 РФ. Система для контроля распределения шихтовых материалов в доменной печи, Изобретения. Заявки и патенты. 1993. № 41-42

29. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике: Т.2.-М.:Мир, 1990.- 359 с.

30. Доброскок В.А. Загитов Р.Э. Измерение структуры столба шихтовых материалов в доменных печах // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1996. № 9. с. 81-82.

31. Kurunov I, Dobroskok V., Karabasov J. and others. EUROPEAN PATENT SPECIFICATION EP 1 496 128 Bl, Sensor for defining the distribution of burden material in metallurgical units.

32. Доброскок В. А., Курунов И. Ф., Агарышев А. И., Нетронин В. И., Логинов В. Н. Загрузка коксовой мелочи в доменную печь. Металлург, 1995, № 10, с. 19 -20.

33. Бухвальдер И., Мернитц И., Данго Р. и др. Автоматическая зондовая система для измерения распределения кокса в доменной печи.// Национальная металлургия. Доменное производство.-2001 №1.-с. 48-52

34. Разработка и промышленное применение методов, алгоритмов и инструментальных средств идентификации для системы компьютерной диагностики доменного процесса. Й. Мернитц. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

35. Furnas, С. С. Ind. Eng. Chem. 1931, 23, 1052.

36. N. Standish, Principles in burdening and bell-less charging.

37. Porosity estimation from particles size distribution. Norio Ochiyama, Tatsuo Tanaka. Ind. Eng. Chem. Fundam, 1986, 25, 125-129.

38. Экспериментальные исследования движения шихты и газа в доменной печи. Ковшов В.Н., Петренко В.А., Институт технологии, Днепропетровск, 1996

39. New approach for the determination of the blast furnace cohesive zone. SERT D. ; DANLOY G. ; HAVELANGE O. ; SAIZ DE AYALA J. EUR ISSN 1018-5593 -2004, no20941, LEN.

40. G. Danloy, J. Mignon, R. Munnix, G. Dauwels, L. Bonte. A Blast Furnace Model to Optimize the Burden Distribution // Publication on CRM official web-site www.crm-eur.com

41. J. Buchwalder, V. Dobroskok, E. Lonardi, R. Goffin, G. Thillen, S. Kohler. Contemporary blast furnace top charging practices // Stahl und Eisen. 4/2008. p. 4754

42. IRSID. Отчет многоточечного зондирования ДП № А завода ЕКО Stahl. 2001.

43. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы: Учебное пособие. М.: Едиториал УРСС, 2002. 112 е., илл.

44. Займан Дж. Модели беспорядка. Теоретическая физика, однородно неупорядоченных систем. -М.: Мир, 1982.

45. Эфрос A.JI. Физика и геометрия беспорядка; главная редакция физико-математической литературы. Москва, Наука, 1982.

46. Кестен X. Теория просачивания для математиков. Москва, Мир, 1986.

47. Giulli I. and others. Investigation of burden dissent in the Blast Furnace // Proceeding of the Sixth Int. Iron and Steel Congress. 1990. c. 521-526.

48. Porosity estimation for random packings of spherical particles. Norio Ochiyama, Tatsuo Tanaka. Ind. Eng. Chem. Fundam, 1984, 23, 490-493.

49. Восстановление железных руд. Людвиг фон Богданди, Ганс-Юрген Энгель. Москва, «Металлургия», 1971 г. 520 с.

50. Текамото Я. и др. Определение формы зоны плавления доменной печи // Тэцу то хаганэ. 1982. N 11- с. 781

51. Chen J. Akiyama Т., Yagi J. Effect of Burden Distribution Pattern on Gas Flow in a Packed Bed // ISIJ Int. 32. 1992 c. 1259-1267.

52. Доброскок В.А. Специальные системы загрузки доменных печей // Черные металлы. 2007. - №9

53. Й. Бухвальдер, Й. Хунгер, М. Клёппель, В. Доброскок, Р. Данго, Г.О. Кройц. Использование системы зондов для измерения распределения шихты в доменной печи // Черные металлы. 2001. № 5. С. 22-26.