Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса

Ченцов А.В., Чесноков Ю.А., Шаврин С.В.

Екатеринбург, УрО РАН, 2003 г.

1. Расчеты свидетельствуют, что варьируя в небольших пределахтемпературой колошникового газа fKr, можно получить такие же результаты, как и при задании t* — конечной температуры газа на выходе из высокотемпературной зоны доменной печи (нижней ступени теплообмена) и средней разности температуршихты и газа при этой температуре (ДО- Однако поскольку At < tK[, то расчеты показателейплавки с использованием двухзонального теплового баланса имеют больше прогнозных возможностей [11, с. 55], тем более, если параметр At не задавать, а рассчитывать. 2. Для улучшения соответствия расчетных и практических показателейработы печи целесообразно ввести единый аналог-стандарт, основное назначение которого быть исходной (стартовой) позицией для формирования базовых вариантов с использованием одних и тех же логических и статистических зависимостей. Количественные его характеристики могут быть любыми, но реальными в том смысле, что выбранные значения расходакокса и производительности печи должны соответствовать технологическим параметрам и качеству сырых материалов. В противном случае погрешности коэффициентов, с помощью которых будут уточняться базовые варианты, окажутся соизмеримыми с "разрешающей способностью" экспертных оценок. Второе назначение аналога-стандарта — служить базой сравнения при анализе и обобщении показателейработы разных печей и заводов. Для более полного выполнения этой функции его количественные характеристики лучше выбрать достаточно высокими, хотя сравниваться в конечном счете будут параметры и коэффициенты, характеризующие работу конкретных печей. Указанные значения коэффициентов и показателей степеней определены из условия обеспечения равенства влияния соответствующих факторов на производительность и расходкокса по данным [47] и рассчитанных по модели для усредненных условий плавки, характеризуемых расходомкокса 500 кг/т и производительностью печи объемом 1513 м3 3000 т/сут. Среднийрадиус куска шихты и перепад давления газа в печи связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью [49], но, учитывая удельный вес верхнего перепада (0,2—0,3 от общего) и затухание его влияния по мере повышения диаметра куска, приняли показательстепени при d3KB равным 0,25, что обеспечивает повышение производительности печи на 0,24 %, на 1 % изменения d3KB. По этим же причинам ослабили положительное влияние на производительность печи неравномерности распределения газового потока (отрицательное влияние учитывается через тепловой баланс и соответствующее повышение расхода кокса). Повышение производительности печи на 1,7—2,4 % на 1 % железа [47] объясняется уменьшением выхода шлака, что приводит к уменьшению количества газа и улучшению условий противоточной фильтрации газа и шлака [50]. Первая составляющая АП учитывается через тепловой баланс, а вторая — с помощью коэффициента 0,11 перед шлаком в формуле 3.40. показательпрочностикокса М,0 учитывается в формулах (3.39) и (3.40) дважды: в показателе Мш, так как нет оснований дифференцировать мелочь по ее происхождению, и отдельно с помощью коэффициентов 3,08 в (3.39) и 0,0092 в (3.40), которые подобраны из условия соответствия статистическим данным расчетного суммарного влияния М10 на расходкокса и производительность печи. Однако это влияние (+2,8 % АК и — 2,8 % АП на +1 % М10) представляется завышенным, особенно в свете имеющегося опыта работыдоменных печей на каменном угле и антраците. Отмеченное, хотя и в меньшей степени, относится и к показателю М25 (-0,6 % АК и +0,6 % АП на +1 % М^). Поэтому целесообразно предпринять следующее: 1. С целью уменьшения вероятности выходапоказателей М25 и М10 за пределыграниц достоверности принять в аналоге-стандарте эти показатели равными средним. В настоящее время по металлургическим заводам России — Мю = 8,7 %; М25 = 84,6 %; М40 = 68,7 % (причем в случае отсутствия данных по можно в порядке первого приближения принять М25 = + 15,9); 2. Считать показатели М25 и М|0 обобщенными характеристиками топлива (отражающими в той или иной мере и другие важные его свойства), которые при формировании базовых вариантов, особенно в случае использования антрацитов, технологических каменных углей (не содержащих смол) и новых сортов кокса, в том числе формованного, можно не задавать, а определять по условию соответствия результатов расчета практическим данным, что позволит на первом этапе уточнить коэффициенты в уравнениях (3.39) и (3.40), а на втором — найти связь между прочностными характеристиками топлива, включая "горячую" прочность, и распределением газового потока по радиусу печи. Действительно, с одной стороны, не видно непосредственной связи между прочностными характеристикамикокса и процессами восстановленияоксидов железа в "сухой" зоне печи, определяющими в значительной мере расход кокса, а с другой — нет оснований сомневаться в достоверности соответствующих статистических данных. Однако следует заметить, что последние получены не при одинаковом распределении газового потока по радиусу печи, так как выполнить это требование практически было невозможно, поскольку между этими факторами явно существует связь, близкая к функциональной. Разделить влияние этих факторов можно с помощью обсуждаемой модели. Для этого необходим определенный минимум теоретических проработок и практических данных по металлургическим характеристикам кокса. Теориятеплообмена в шахтных печах разработана достаточно глубоко и полно [53—56], благодаря, главным образом, работам Б.И. Китаева, В.Н. Тимофеева, их учеников и последователей. Поэтому решение прикладных задач сводится в основном к выбору математического аппарата, соответствующего точности исходных данных и возможностям расчета других звеньев процесса. Эти возможности, особенно относящиеся к процессам в высокотемпературных зонах печи, весьма ограничены. Поэтому авторы предпочитают максимально простые решения, основанные на использовании объемного коэффициентатеплопередачи аН/, отнесенного к 1 м3 насыпного объемашихты и 1 градусу разности между температурой газа (?г) и среднейтемпературой материалов (/м), то есть имеющего размерность кДж/(м3чК). Кроме того, в azv входит составной частью (до 10 %) количество теплоты, вносимое в шихту реагирующим с ней газом, поэтому необходимо, чтобы численные значения CtIV определялись (по этим же простым уравнениям) в условиях, близких к имеющимся в промышленных печах.