Розробка математичної моделі для контролю швидкість сходу стовпа шихти доменної печі за параметрами тиску газів в тракті печі

Автор(и)

  • Віктор Петрович Кравченко Приазовський державний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-7758-6498
  • Злата Євгенівна Воротнікова Приазовський державний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0746-5981
  • Олександр Ісакович Сімкін ТОВ «Технічний Університет «Метінвест Політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-9939-7866
  • Олексій Олександрович Койфман ТОВ «Технічний Університет «Метінвест Політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-2075-7417

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.246175

Ключові слова:

доменна піч, доменний тракт, математична модель, адекватна оцінка, експериментальні дані

Анотація

Розглянуто задачу оцінки швидкості опускання стовпа шихтових матеріалів за допомогою безконтактних методів. Це важливо, тому що рівень шихтових матеріалів печі і швидкість їх сходу є одним з основних показників інтенсивності плавки, що визначає продуктивність печі.

Описано конструкцію доменної печі і її дуттєвий тракт, проаналізовано існуючі методи та засоби контролю швидкості руху шихтових матеріалів у доменній печі. Представлено математичну модель оцінки швидкості опускання шихтових матеріалів у доменній печі на підставі величини і коливань тиску газів по висоті шахти печі. Модель заснована на тому, що в шахті печі горнові гази піднімаються вгору по елементарним каналах стовпа шихтових матеріалів, які складаються з сукупності ємностей і опорів. Довжини ємностей і обсяги опорів елементарних каналів постійно змінюються, змінюючи гідравлічний опір руху газів в доменній печі. Даний процес описаний системою диференціальних рівнянь, яка в сталому режимі перетворюється в систему лінійних рівнянь. Система описує залежність амплітуди коливань тисків від амплітуди зміни коефіцієнтів опору і частоти коливань тисків від частоти зміни коефіцієнтів опору. Опрацьовано експериментальні дані швидкості руху стовпа шихтових матеріалів і коливань перепаду тиску в печі, показано їх значущий зв'язок, що підтверджує попередньо отримані теоретичні результати. Для оцінки адекватності моделі застосовується метод імітаційного моделювання. Результати роботи імітаційної моделі підтверджуються експериментальними даними.

Розроблювана математична модель може бути впроваджена у виробництво. Це зробить його більш економічним і безпечним за рахунок кращого і більш передбачуваного контролю та збільшення гнучкості в експлуатації за різних зовнішніх умов

Біографії авторів

Віктор Петрович Кравченко, Приазовський державний технічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Автоматизація і комп’ютерні технології»

Злата Євгенівна Воротнікова, Приазовський державний технічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Автоматизація і комп’ютерні технології»

Олександр Ісакович Сімкін, ТОВ «Технічний Університет «Метінвест Політехніка»

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра «Організація та автоматизація виробництва»

Олексій Олександрович Койфман, ТОВ «Технічний Університет «Метінвест Політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Організація та автоматизація виробництва»

Посилання

  1. Kaplun, L. I., Malygin, A. V., Onorin, O. P., Parhachev, A. V. (2016). Ustroystvo i proektirovanie domennyh pechey. Ekateriburg: UrFU, 219. Available at: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/44483/1/978-5-321-02486-7_2016.pdf
  2. Bol'shakov, V. I., Murav'eva, I. G., Semenov, Yu. S. (2013). Primenenie radiolokatsionnyh sistem izmereniya poverhnosti zasypi shihty dlya kontrolya i upravleniya domennoy plavkoy. Dnepropetrovsk: Porogi, 364. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Semenov-Yus/publication/325880653_Primenenie_radiolokacionnyh_sistem_izmerenia_poverhnosti_zasypi_sihty_dla_kontrola_i_upravlenia_domennoj_plavkoj/links/5b2a9594aca27209f3784984/Primenenie-radiolokacionnyh-sistem-izmerenia-poverhnosti-zasypi-sihty-dla-kontrola-i-upravlenia-domennoj-plavkoj.pdf
  3. Abhale, P. B., Viswanathan, N. N., Saxén, H. (2020). Numerical modelling of blast furnace – Evolution and recent trends. Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 129 (2), 166–183. doi: https://doi.org/10.1080/25726641.2020.1733357
  4. Pettersson, F., Saxén, H. (2006). Model for Economic Optimization of Iron Production in the Blast Furnace. ISIJ International, 46 (9), 1297–1305. doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.46.1297
  5. Jampani, M., Gibson, J., Pistorius, P. C. (2019). Increased Use of Natural Gas in Blast Furnace Ironmaking: Mass and Energy Balance Calculations. Metallurgical and Materials Transactions B, 50 (3), 1290–1299. doi: https://doi.org/10.1007/s11663-019-01538-8
  6. Hashimoto, Y., Kitamura, Y., Ohashi, T., Sawa, Y., Kano, M. (2019). Transient model-based operation guidance on blast furnace. Control Engineering Practice, 82, 130–141. doi: https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2018.10.009
  7. Yu, X., Shen, Y. (2018). Modelling of Blast Furnace with Respective Chemical Reactions in Coke and Ore Burden Layers. Metallurgical and Materials Transactions B, 49 (5), 2370–2388. doi: https://doi.org/10.1007/s11663-018-1332-6
  8. Kuang, S. B., Li, Z. Y., Yan, D. L., Qi, Y. H., Yu, A. B. (2014). Numerical study of hot charge operation in ironmaking blast furnace. Minerals Engineering, 63, 45–56. doi: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.11.002
  9. Zhou, C. (2012). Minimization of Blast furnace Fuel Rate by Optimizing Burden and Gas Distribution. United States: N.p. doi: https://doi.org/10.2172/1053052
  10. Shen, Y., Guo, B., Chew, S., Austin, P., Yu, A. (2015). Modeling of Internal State and Performance of an Ironmaking Blast Furnace: Slot vs Sector Geometries. Metallurgical and Materials Transactions B, 47 (2), 1052–1062. doi: https://doi.org/10.1007/s11663-015-0557-x
  11. Shen, Y., Guo, B., Chew, S., Austin, P., Yu, A. (2014). Three-Dimensional Modeling of Flow and Thermochemical Behavior in a Blast Furnace. Metallurgical and Materials Transactions B, 46 (1), 432–448. doi: https://doi.org/10.1007/s11663-014-0204-y
  12. Bambauer, F., Wirtz, S., Scherer, V., Bartusch, H. (2018). Transient DEM-CFD simulation of solid and fluid flow in a three dimensional blast furnace model. Powder Technology, 334, 53–64. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.062
  13. Hou, Q., E, D., Kuang, S., Li, Z., Yu, A. B. (2017). DEM-based virtual experimental blast furnace: A quasi-steady state model. Powder Technology, 314, 557–566. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.12.017
  14. Kuang, S., Li, Z., Yu, A. (2017). Review on Modeling and Simulation of Blast Furnace. Steel Research International, 89 (1), 1700071. doi: https://doi.org/10.1002/srin.201700071
  15. Danloy, G. (2009). Modelling of the blast furnace internal state with MOGADOR. Revue de Métallurgie, 106 (9), 382–386. doi: https://doi.org/10.1051/metal/2009066
  16. Ghosh, S., Viswanathan, N. N., Ballal, N. B. (2017). Flow phenomena in the dripping zone of blast furnace – A review. Steel Research International, 88 (9), 1600440. doi: https://doi.org/10.1002/srin.201600440
  17. Saxen, H., Gao, C., Gao, Z. (2013). Data-Driven Time Discrete Models for Dynamic Prediction of the Hot Metal Silicon Content in the Blast Furnace – A Review. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 9 (4), 2213–2225. doi: https://doi.org/10.1109/tii.2012.2226897
  18. Wang, Y., Gao, C., Liu, X. (2011). Using LSSVM model to predict the silicon content in hot metal based on KPCA feature extraction. 2011 Chinese Control and Decision Conference (CCDC). doi: https://doi.org/10.1109/ccdc.2011.5968523
  19. Mitra, T., Saxén, H. (2015). Simulation of Burden Distribution and Charging in an Ironmaking Blast Furnace. IFAC-PapersOnLine, 48 (17), 183–188. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.10.100
  20. Li, H., Saxén, H., Liu, W., Zou, Z., Shao, L. (2019). Model-Based Analysis of Factors Affecting the Burden Layer Structure in the Blast Furnace Shaft. Metals, 9 (9), 1003. doi: https://doi.org/10.3390/met9091003

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-25

Як цитувати

Кравченко, В. П., Воротнікова, З. Є., Сімкін, О. І., & Койфман, О. О. (2022). Розробка математичної моделі для контролю швидкість сходу стовпа шихти доменної печі за параметрами тиску газів в тракті печі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(2(115), 116–126. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.246175

Номер

Том 1 № 2(115) (2022): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Oleksiy Koyfman, Aleksandr Simkin, Victor Kravchenko, Zlata Vorotnikova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.