Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Краткая характеристика доменного процесса и особенностей его диагностики
ГЛАВА 2 Теоретические вопросы возникновения электрического потенциала на кожухе доменной печи
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования
3.1 Анализ взаимных изменений параметров доменной плавки и ЭДС процессов, протекающих в горне доменной печи 70
ГЛАВА 4 Практическая реализация результатов исследований
4.1. Экспресс-оценка содержания кремния в чугуне 86
4.2. Экспресс-оценка теплового состояния горна доменной печи 108
4.3. Долгосрочный прогноз (до 5,5 часов) теплового состояния горна доменной печи 128
Заключение. Общие результаты работы и выводы 134
Приложения 146
Библиографический список 136
- Краткая характеристика доменного процесса и особенностей его диагностики
- Теоретические вопросы возникновения электрического потенциала на кожухе доменной печи
- Анализ взаимных изменений параметров доменной плавки и ЭДС процессов, протекающих в горне доменной печи
- Экспресс-оценка теплового состояния горна доменной печи
Введение к работе
Металлургическая отрасль по праву считается фундаментом промышленности Российской Федерации. Повышение качества выпускаемой продукции; эффективности производств, входящих в металлургический цикл; внедрение комплексной автоматизации — основные направления успешного развития отрасли. Достижение этих целей невозможно без современного метрологического оборудования, что определяет устойчивый интерес к проблеме совершенствования известных и разработки новых методов диагностики.
Основой современной металлургии является процесс получения чугуна в доменных печах. О перспективах развития металлургии в целом и доменного процесса в частности говорится в обзоре ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии «Состояние доменного производства в мире. Итоги 20 века»
— «... Производство чугуна в мире должно вырасти с уровня 580млн.т в 2000году до 675млн.т в 2010году.», «Анализ истории развития и современного состояния процесса бескоксовой металлургии железа приводит абсолютное большинство специалистов, занимающихся прогнозом развития металлургических технологий, к выводу о том, что альтернативы доменному процессу по масштабам производства и экономичности процесса в первой половине XXI века не будет.».
Сказанное выше подтверждает актуальность научно-исследовательских работ, в черной металлургии вообще и доменном производстве в частности. При этом, основное направление данных работ должно способствовать повышению качества выпускаемой продукции, снижению затрат и энергосбережению производства.
Рис. 1. Выпуск чугуна. Доменная печь № 4, КМК
Рис. 2. Выпуск верхнего шлака. Доменная печь № 5 КМК
Надо отметить, что в России после резкого спада металлургического производства, обусловленного развалом единой инфраструктуры отрасли СССР, с 199г отмечен ежегодный прирост металлургической продукции и в 2001 г производство чугуна в целом по России превысило уровень 1993г.
Однако чтобы вернуть здесь позиции занимаемые Россией (СССР) в 70-=-80-ых годах, в современных рыночных условиях, необходимо существенное повышение эффективности производства, снижение себестоимости продукции. Немаловажную роль в достижении этих целей играет внедрение надежных, недорогих и высокоинформативных средств диагностики технологического процесса.
Необходимо отметить, что доменный процесс является наиболее сложным с точки зрения текущей диагностики, в металлургическом цикле, поэтому повышение информативности и качества его контроля является актуальной задачей.
Сложности текущей диагностики доменного процесса связанны со следующими особенностями технологии получения чугуна:
Главная проблема здесь связана с закрытостью доменной плавки, что обусловлено технологической необходимостью (процесс должен быть максимально изолирован от влияния внешней среды).
Высокая температура (до 2500С) в самой активной и наиболее ответственной зоне — горне; непрерывность работы металлургического агрегата в течении 15-20лет делает практически невозможным установку и обслуживание датчиков длительной эксплуатации, контролирующих непосредственно процесс плавки.
Перечисленные особенности получения чугуна являются главными, но не единственными проблемами, затрудняющими непосредственную текущую диагностику доменного процесса. Не смотря на это обстоятельство, постоянный и достоверный контроль технологических параметров чрезвычайно важен, как с точки зрения соблюдения
оптимальности режима плавки, так и с точки зрения безопасной работы металлургического агрегата. Необходимость постоянного контроля за текущим состоянием доменного процесса, вынуждает технологов использовать косвенные методы диагностики, которые далеко не всегда отражают фактическую картину происходящего, его качественную сторону. Этим и объясняется стремление разработчиков использовать любую возможность получения дополнительной информации, для обеспечения эффективности и безопасности технологии. Следствием этого является оснащение доменной печи целым комплексом метрологического оборудования (число контролируемых параметров составляет несколько сотен). Несмотря на обилие контрольно-измерительной аппаратуры, проблема поиска новых методов диагностики, отражающих суть доменного процесса, остается актуальной задачей.
В этой связи, можно отметить еще один путь для повышения информативности средств контроля.
Доменный процесс по сути своей является сложным комплексом, закономерно связанных между собой процессов, о многих из которых существуют только теоретические знания. Интересующее технологов восстановление железа, сопровождается различными сопутствующими процессами. Некоторые из этих процессов обладают параметрами, которые можно контролировать постоянно и непосредственно. При этом, для эффективности диагностики важно, чтоб контролируемый сопутствующий процесс качественно отражал суть основного.
В представленной диссертационной работе, разрабатывается метод диагностики доменного процесса, основанный на непосредственном контроле параметров сопутствующих процессов. Суть метода заключается в следующем:
Восстановление железа в доменной печи сопровождается термоэлектрическими и электрохимическими процессами, которые являясь
внутренними источниками ЭДС, наводят значительные электрические токи на металлическом кожухе печи, создавая определенную разность потенциалов. Данное падение напряжения на кожухе меняется, наглядно отражая характер накопления/выпуска жидких продуктов в горне, т. е. повторяя процесс движения верхней границы жидких продуктов, находящихся в печи. На основании наглядности данной информации сигнал на производстве получил название — «уровень расплава» (УР).
Надо отметить, что регистрируемый сигнал является результатом электрохимических, термоэлектрических и других процессов создающих внутренние электродвижущие силы. Поэтому главная сложность для эффективного практического использования данного параметра заключается в правильности расшифровки и сопоставления составляющих ЭДС с конкретными процессами.
Работы по исследованию электродвижущих сил, возникающих при работе доменной печи, фактически начались в 1970-х годах. Так в 3 974г. в авторском свидетельстве на изобретение №508525 [94] был описан метод контроля процесса накопления жидких продуктов плавки в горне доменной печи, основанный на регистрации падения напряжения на кожухе печи.
Дальнейшие исследования и публикации по данной теме, велись главным образом, в направлении практического применения регистрируемого «сигнала». Причем, использовалась, наиболее наглядная и очевидная информация, связанная с накоплением продуктов плавки в горне. Однако, приемлемых для применения в технологическом цикле методик определения накопленных масс разработано не было. Причин здесь несколько и одна из них, в отсутствии всестороннего исследования природы возникновения ЭДС. Это можно объяснить: с одной стороны отсутствием точных знаний о характере протекания некоторых явлений внутри доменной печи, что связано с невозможностью непосредственного
объективного контроля. С другой стороны, в погоне за конкретным результатом -— стремлением исключить некоторые составляющие как «шумы», для выделения «нужной информации». Так в одних случаях, ЭДС не зависящие от массы чугуна на выпуске — в лучшем случае просто констатировались, без глубокого анализа и учета в дальнейших расчетах. В других случаях, связывая причину возникновения ЭДС с одной стороной доменного процесса — с характером термо- и массопереноса вещества внутри печи, оспаривали иные электродвижущие силы. Объяснялась такая точка зрения взаимной компенсацией составляющих ЭДС, например:
«... Таким образом, изменение химического состава чугуна, шлака сопровождается различной направленностью потенциалов на границе металл-шлак, поэтому вполне, возможно, что результирующая величина ЭДС будет близки к нулю.» [81 стр.86].
Однако, малая величина контролируемого параметра, отражающего качественную сторону сложного процесса, не может являться причиной, не учитывать его. В представленной диссертационной работе, как раз решается проблема идентификации малых составляющих комплексного «сигнала» с параметрами технологического процесса.
Исходя из вышеизложенного, была сформулирована цель диссертационной работы:
Разработка метода непрерывной текущей диагностики химического состава чугуна в доменной печи, как основного качественного показателя доменной плавки — по сигналу УР.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
1. Исследовать взаимосвязь параметров регистрируемого сигнала УР с химическим составом чугуна, используя данные химического анализа чугуна по основным сопутствующим элементам, в соответствующих выпусках.
Определить новые информативные параметры сигнала падения напряжения и разработать модель формирования электрохимической составляющей ЭДС горна доменной печи.
Исходя из того, что сигнал УР отражает характер внутренних источников ЭДС — разработать методику текущего контроля химического состава чугуна в горне доменной печи по сигналу падения напряжения, регистрируемого на кожухе печи.
Разработать метод прогноза химического состава чугуна по основным элементам, влияющим на качество продукции.
Разработать метод прогноза теплового состояния процесса доменной плавки.
6. Разработать предложения и рекомендации по применению новых
методов диагностики на производстве.
Научная новизна заключается в получении дополнительных данных, позволяющих качественно оценить текущее состояние доменного процесса по его важнейшим показателям:
химическому составу чугуна;
тепловому состоянию нижней зоны доменной печи
Кроме того, с помощью разработанного метода строятся:
текущий (на 1час) и долгосрочный (до Зчасов) прогнозы по
химическому составу чугуна;
долгосрочный (на 4-5часов, т.е. через 3 выпуска) прогноз по тепловому состоянию печи.
Практическая ценность работы заключается в востребованности метода текущей диагностики, который дает возможность автоматически оценить: текущий химический состав чугуна внутри печи;
текущее тепловое состояние горна.
Этот же метод позволяет строить прогнозы как по тепловому состоянию доменной печи, так и по химическому составу чугуна.
При этом важная сторона нового метода контроля в его экономической эффективности. В экспертной оценке [Приложение L] проведенных исследовательских работ на Кузнецком металлургическом комбинате, и представленных по итогам работ технических предложений по применению нового метода диагностики отмечается:
«... На основании проведенной работы сделан вывод об актуальности использования сигнала «уровень расплава» в системе диагностики работы доменных печей».
Предлагаемый метод при общих капитальных вложениях до ЮОтыс.руб. может дать «... экономический эффект от Змлн.руб. до 19млн.руб./год.»
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
На V международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» г. Сочи
на отраслевых семинарах по неразрушающему контролю Кузнецкий металлургический комбинат (КМК) г. Новокузнецк.
на заседаниях кафедры ПР-2, ИТ-7 Московской государственной академии приборостроения и информатики (МГАПИ).
Краткая характеристика доменного процесса и особенностей его диагностики
Основным агрегатом для извлечения железа из железных руд является доменная печь. Схема общего устройства и принципов функционирования печи приведена на рисунке 3. По принципу работы доменная печь относится к типу шахтных печей, т. е. рабочее пространство вытянуто в направлении вертикальной оси, а горизонтальное сечение представляет собой окружность. Шахта доменной печи (2, рис.3) выполнена из огнеупорного кирпича и охлаждается водяными холодильниками, расположенными в кладке. С наружной стороны кладка фиксируется сплошным металлическим кожухом. Сырье 6 (шихта) состоит из трех основных частей: 1. Железорудный материал (агломерат и/или окатыши) — продукты предварительной обработки руды. 2. Кокс — главный источник тепловой энергии, а так же реагент восстановитель. 3. Флюс — материал необходимый для нормального шлакообра зования; снижения температуры плавления пустой породы и золы кокса. Все компоненты шихты 6 загружаются в печь сверху, с помощью загрузочного устройства, находящегося на колошнике 1. Загрузочное устройство спроектировано таким образом, чтобы свести к минимуму газообмен между печью и атмосферой. Главное условие эффективности реакции восстановления железа — доменный процесс должен быть максимально изолирован от влияния внешней среды. Шихтовые материалы загружаются в печь порциями и, постепенно спускаясь, вступают в реакцию восстановления (на схеме приведено распределение основных химических реакций доменного процесса по высоте печи).
Температура процесса поддерживается сгоранием кокса и природного газа, который подается через воздушные фурмы 3 «горячего дутья». Горячее дутье представляет из себя нагретый до 1100-1200С воздух, обогащенный кислородом до 23%. Не смотря на обогащение кислородом дутья, полного сгорания кокса до СОг не происходит. Большая часть углерода окисляется до СО, и это соединение, наряду с коксом, является одним из основных восстановителей оксидов железа. Газ 8, нагретый в результате горения кокса до температуры более 2000С, движется на встречу шихте 6} нагревая и восстанавливая ее.
Выпуск продуктов плавки по мере их накопления, производится через чугунную летку 5. Выпуск избыточного шлака — «отработка верхнего шлака» (рис. 2) производится, если это необходимо через шлаковую летку 4. Выпуск чугуна длится 2СН-60мин., после чего летку закрывают. Следующий выпуск производят через 40 90мин. Интервалы времени зависят от производительности печи. В таком режиме процесс доменной плавки продолжается от задувки печи до остановки на капитальный ремонт Гразряда, когда производится полная замена футеровки (фактически строится новая печь). Период времени между ремонтами 1-разряда, называемый «компания печи» составляет 15-КЮлет. Мелкие ремонты до 3 суток производятся без полной остановки печи.
Необходимо отметить некоторые особенности данного металлургического процесса, которые оказывают влияние на характер метрологического оборудования:
1. Закрытость доменного процесса. Проявляется это в том, что имеется хорошо контролируемая входная и выходная информация, сам же процесс, протекающий внутри печи, можно контролировать только по косвенным параметрам.
2. Инерционность процесса, связанная с большими рабочими объемами технологического агрегата. Время от загрузки шихты до получения чугуна из «этого» сырья для большинства печей (рабочий объем 1000-2700м3) составляет 6-Н0часов.
3. Неравномерность протекания процесса, как по радиусу, так и по окружности. Одна из основных причин, заключается в невозможности равномерного распределения шихты по горизонту печи.
4. Неравномерность, закрытость и инерционность доменного процесса дает специалистам право назвать протекание процессов в доменной печи — фактически случайными.
5. Сложность доменного процесса. Это проявляется в том, что основной технологический процесс восстановления железа сопровождается многочисленными сопутствующими. Здесь необходимо отметить наиболее значимые из них, это: процессы термо- и массолереноса продуктов плавки; газодинамические; термоэлектрические; электрохимические. Характеристика доменного процесса будет не полной без краткого анализа технологии доменной плавки.
Обслуживающий персонал, управляя работой доменной печи, решает главную задачу — получение максимально возможного количества чугуна заданной марки при минимальном расходе кокса. При этом качество управления плавкой определяется эффективностью устранения отклонений от нормальной работы доменной печи (хода печи). Нормальным режимом работы печи считается равномерность и сбалансированность газодинамического и теплового режимов плавки, оказывающие наибольшее влияние на работу доменной печи. Отметим основные нарушения нормального хода печи, которые можно разделить на три группы:
Теоретические вопросы возникновения электрического потенциала на кожухе доменной печи
Закономерно меняющийся электрический потенциал, регистрируемый на металлическом кожухе доменной печи, был обнаружен еще в 1927г. В. Руффом. Возникновение электрического тока было тогда объяснено за счет термоэлектричества футеровки и наличия гальванических элементов в горне. Началом же практического использования данного явления как параметра в системе диагностики доменного процесса можно считать 1974г., когда был заявлен «Способ контроля работы металлургического агрегата», основанный на измерении разности потенциалов на кожухе доменной печи [95]. Авторы данного изобретения Радилов СВ. и Заболотний Ф.И. (Новолипецкий металлургический завод), впервые предложили контролировать напряжение от внутренних источников ЭДС с целью получения дополнительной информации о процессах, проходящих в рабочем пространстве печи. Электрический потенциал, в данном случае измеряется на внешнем кожухе металлургического агрегата (рис. 4).
Исследование характера изменений электрического потенциала на различных горизонтах печи позволило утверждать, что эти изменения отражают в основном ЭДС контролируемого горизонта. Так изменения напряжения в зоне жидкого расплава имеет волнообразный характер, соответствующий процессу накопления/выпуска жидких продуктов в горне печи. Этот процесс может быть описан как движение верхней границы жидких материалов, т. е. уровень расплава понижается при выпуске и повышается при накоплении массы жидких чугуна и шлака. В тоже время, было отмечено, что потенциал измеряемый по шахте печи выше 5м кольцевого воздуховода практически не имеет изменений связанных с процессом накопления/выпуска жидких фракций. Величина данного потенциала, также различна и растет, по мере поднятия горизонта контроля. Параметр достигает максимума на колошнике, где на порядок превышает величину в районе горна.
Как отмечалось в главе 1 при анализе проблем управления доменной плавкой наибольший интерес для технологов представляет достоверная информация о процессах в зоне горна (зона жидкого расплава). Контролируемый здесь сигнал электрического потенциала формируется ЭДС, которая носит электрохимический характер и возникает на границах сред шлак/металл/застойная зона металла (ниже уровня чугунной летки). Так как наиболее яркой составляющей, регистрируемого в зоне горна сигнала было его соответствие с характером движения верхней границы жидких продуктов плавки, то сигнал в последствии получил название «уровень расплава» (далее — УР).
Однако, несмотря на обилие изобретений связанных с сигналом УР, достойного применения этого параметра в системе диагностики доменного процесса не случилось. Объясняется это следующими причинами.
1. Основное количество изобретений по данной тематике было предложено в 80-х годах (последнее в 1991г. [111]), и в подавляющем большинстве преследовались не столько исследовательские цели всестороннего анализа явления, сколько дорабатывались существующие изобретения, повышался уровень технического оснащения канала измерения.
2. В 90-х годах работы по исследованию электродвижущих сил горна были практически свернуты, что видимо, связанно с развалом единого металлургического комплекса СССР и последующим тяжелым состоянием отрасли. В это время финансирование исследовательских работ, не приносящих скорых, сиюминутных результатов практически прекратилось. Однако, представляется, что наиболее важная причина не достаточно успешного использования данного канала измерения следующая:
3. До сих пор нет точной модели как возникновения электрического тока на кожухе печи, так и объяснения характера его изменения. Подавляющее большинство исследователей пыталось связать сигнал с каким-то одним явлением такого сложного технологического процесса как доменный. При этом чаще всего использовалась наиболее очевидная и легко обрабатываемая информация о накоплении массы продуктов плавки в горне. Некоторые авторы объясняли колебания ЭДС в горне доменной печи в основном с процессом термических изменений, обусловленных переносом масс различной степени разогрева. При этом ставились под сомнение и игнорировались другие, не связанные с термо-переносом масс, причины возникновения ЭДС. По мнению же автора данной работы, сигнал УР отражает комплексный характер процесса доменной плавки в зоне контроля. Очевидно, что все многообразие электродвижущих сил формирует регистрируемое на кожухе печи падения напряжения. При этом, некоторые составляющие, отражающие качественную сторону процесса, могут быть относительно малы, но этот факт не должен стать причиной игнорирования данной ЭДС.
Действительно возникновение электрического тока может быть связано со следующими явлениями: — термоэлектричеством футеровки; — наличия в горне печи гальванических элементов; — процессом термо- и массопереноса компонентов плавки; — ионным обменом между чугуном и шлаком на границе раздела сред металл/шлак. Точно идентифицировать перечисленные ЭДС со вкладом, который они вносят в формирование сигнала УР, практически невозможно из-за закрытости процесса. Поэтому проведем теоретический анализ ЭДС известных процессов.
Первоначально возникновение электрического тока в доменной печи было объяснено за счет термоэлектричества футеровки и наличия в горне печи гальванических элементов. Было сделано предположение, что электродвижущая сила обусловлена протеканием реакции прямого восстановление: FeO+(C)=[Fe]+{CO} (1.1) Как было отмечено выше — величина и характер ЭДС на различных горизонтах печи различны. Так, сигнал регистрируемый, в верхней части печи на порядок сильнее и практически не имеет циклов связанных с выпуском/наполнением продуктов плавки. Это и понятно т, к. здесь основной вклад вносит ЭДС термоэлектричества футеровки и протекание упомянутой реакции (1.1), которая начинается уже в верхней части печи (рис. 3).
Анализ взаимных изменений параметров доменной плавки и ЭДС процессов, протекающих в горне доменной печи
Выше был проведен корреляционный анализ взаимосвязи параметров, регистрируемого электрического потенциала и химического состава чугуна по основным примесям в соответствующих выпусках. Данный корреляционный анализ подтвердил взаимосвязь рассмотренных параметров доменного процесса, как по численным значениям, так и по характеру их изменений во времени. Однако, величина полученных коэффициентов корреляции не дает возможности прямого применения значений, рассмотренных параметров ЭДС горна, в регулировании технологическим процессом доменной плавки. Недостаточная величина значений коэффициентов корреляции, связана со сложностью ДПР и многофакторностью возникновения результирующей ЭДС, формирующей параметр УР. Как было рассмотрено выше ЭДС, формируемая в горне ДП, характеризует электрохимические и термоэлектрические процессы, которые сопутствуют основному (восстановления железа). Оценить влияние каждого из факторов возникновения ЭДС, на основе общего корреляционного анализа, проведенного выше - трудно. К тому же, цель в том случае преследовалась другая — установить уровень взаимосвязи параметров, при этом характер и значения отклонений, нарушающих данную взаимосвязь, практически не анализировались, Теперь, для разработки метода экспресс диагностики доменного процесса, необходимо более подробно рассмотреть характер изменений параметра УР в различных режимах работы металлургического агрегата.
Так как метод экспресс оценки процесса необходим для выработки управляющих воздействий, то задача фактически сводится к расчету корректирующих коэффициентов, которые могут быть применены к характерным точкам параметра УР, При этом алгоритмы расчета должны быть пригодны для автоматической обработки параметров в средствах АСУ ТП.
Анализ изменений параметра УР, необходимо начать с рассмотрения общего характера этих изменений. Так, визуальный анализ общего вида кривой (Рис. 14) обнаруживает участки, на которых изменения потенциала, регистрируемого на кожухе доменной печи — достаточно равномерно. В этом случае: — четко определяются фазы цикла «наполнение» и «выпуск», а так же время начала и завершения выпуска; — сигнал изменяется в течении цикла достаточно плавно, а величины этих изменений в фазах «наполнение» и «выпуск» относительно пропорциональны и близки к средним значениям перепадов в такие периоды процесса. Такой характер сигнала УР, в основном, относится к циклам, начиная с выпуска № 2312 (Рис. 14). С другой стороны, есть участки, где параметр УР меняется достаточно неравномерно. Наиболее яркий пример: участок диаграммы, включающий выпуска с № 2302 по №2311 (Рис 14).
Другими словами, необходим подробный анализ как характера изменения ЭДС горна, отраженных параметром УР, так и связь этих ЭДС с имеющимся химическим анализом чугуна и теми возможными процессами, которые в это время протекали в печи.
Функция изменения потенциала на кожухе печи настолько сложна и многофакторна по природе возникновения, что применение чисто математических методов (метод быстрого разложения Фурье) не позволил установить надежной связи (такого уровня, как в предложенной работе) с химическим составом чугуна. Однако, рассмотреть первые две производные изменения функции необходимо.
Сигнал на участках «тип-1» характеризуется следующим уровнем информативности: — изменение химического анализа по кремнию на выпуске в подобных циклах наилучшим образом коррелирует с «характерными» точками сигнала УР как по численным значениям, так и по знаку и величине изменений от цикла к циклу. — изменение общего теплового состояния горна пропорционально изменению значений точек 3j сглаженных скользящим усреднением по трем «выпускам».
Для участков графика «тип-1» может быть подобран постоянный прям о-пропорциональный коэффициент как для определения химического состава чугуна по кремнию, так и для определения теплового состояния горна печи. Данный тип наиболее представителен — составляет около 50% всего количества циклов.
Экспресс-оценка теплового состояния горна доменной печи
Существуют различные методы оценки и расчета теплового состояния доменного процесса. На практике — тепловое состояние горна печи часто оценивается по содержанию кремния в чугуне, однако как отмечалось выше (гл. 2), содержание кремния отражает видимо не столько «общее тепловое состояние» процесса, сколько — «локальные тепловые изменения». Такие выводы сделаны на основе теоретического анализа, проведенного в главе 2, где также проанализированы особенности восстановления марганца, серы, кремния. Было отмечено, что содержание в чугуне рассмотренных примесей, зависит от следующих параметров доменной плавки: 1) температурного состояния процесса в горне печи (для всех названных элементов); 2) шлакового режима -— соотношения CaO/S102 (для серы, марганца); 3) исходного содержания в шихте (для марганца). Следовательно, при учете «температурного поведения» в процессе марганца и серы данные о содержании этих элементов в чугуне могут быть использованы в качестве дополнительного критерия оценки теплового состояния доменного процесса, ибо «достоверность» такого определения только по кремнию часто дает не достаточно надежный результат.
Таким образом, наиболее точное представление, об «общем тепловом состоянии» процесса можно получить при комплексном анализе изменений химического состава — как чугуна, так и шлака.
Надо отметить, что при проведении исследовательских работ на ЗСМК, не были собраны полные данные химического анализа шлака, что осложнило правильную оценку «теплового состояния» горна. Отсутствие данных по химическому анализу шлака не позволило разработать более точную модель связи «теплового состояния» (оцениваемого, в данной работе, по взаимному изменению содержания в чугуне: кремния, марганца, серы) с параметром УР.
Для того, чтобы учесть недостаток в исходных данных, были проведены дополнительные исследования по оценке взаимосвязи химического состава чугуна и шлака, по основным примесям и теплового состояния горна доменной печи — на Кузнецком металлургическом комбинате (КМК).
На КМК был собран материал о точном химическом анализе (электронная: распечатка из химической лаборатории [Приложение IV], на основании которой делаются записи о составе продуктов выпуска в оперативном журнале) чугуна и шлака в 95 выпусках по 4-ой доменной печи. Отличие данного источника информации: в более высокой точности (по всем названным элементам и соединениям точность составляет 4 знака после запятой), в полноте информации — в оперативном журнале данные представлены в неполном (т. е. выборочном) и округленном виде. Анализ взаимных изменений содержания: кремния; серы; марганца в чугуне — показали, что абсолютные (в %) изменения, названных примесей, не всегда отражают теоретические знания о связи их с «тепловым состоянием», и соответственно взаимосвязи между собой. Те абсолютные изменения их содержания в чугуне, рассмотренное в парах Mn-S; Si—S не всегда происходят в противофазе, а так же не всегда одинаковы (по знаку) изменения Mn-S і. Очевидно, что в этом случае необходима корректировка выводов, по оценки «теплового состояния», основанного на анализе химического состава чугуна. Здесь, в качестве дополнительных параметров, может быть использован химический анализ состава шлака по следующим соединениям: MnO; CaO; Si02 ; общему содержанию соединений серы (S_)-Новые экспериментальные данные, собранные на КМК, позволили выявить следующие зависимости, объясняющие несовпадения в абсолютных изменениях, упомянутых выше пар: Mn-S; Si-S; Mn-Si.
Соотношении МпО/Мп отражает общее количество участвующего Б реакции марганца (марганец в шлаке/марганец в чугуне), от куда может быть рассчитана относительная восстанавливаемость марганца, которая определяется отношением [Мп(чугун)/Мп(шихта)] и для доменного процесса составляет 30ч-70%. Соотношение МпО/Мп, определяющее общее количество марганца присутствующее на данный момент в горне печи для разных тепловых режимах находится в пределах 0,85 -2,6. Как было отмечено выше, исходное содержания марганца в компонентах шихты, может колебаться в очень широких пределах. Поэтому, к примеру, уменьшение абсолютного содерлсания марганца в чугуне, связанное с падением его общего количества, может происходить на фоне повышения его восстанавливаемости и наоборот.
Выражение (IV), также характеризующее условия восстановления марганца - дает возможность учесть влияние шлакового режима, тем самым выделив «температурную» зависимость восстановления марганца.
Аналогичным образом, на основании, рассмотренных выше соотношений (III) и (V) определяется температурная десульфурация чугуна, т. е. процесс удаления серы из расплава чугуна, зависящий от «чисто температурного» режима плавки. Был проведен попарный корреляционный анализ уровня взаимосвязи для следующих экспериментальных и расчетных параметров плавки: 1. характера взаимных изменений химического состава чугуна по марганцу, кремнию, сере, 2. пар соотношений: (IV) : Si ; (V): S ; (IV) : (V), где индекс «Ф» обозначает содержание элемента по химическому анализу. Названный корреляционный анализ проведен, на основании данных химического анализа продуктов плавки в 72-х выпусках, по численным значениям параметров. Анализ знака функций изменения этих же \ параметров проведен для 61, последовательно зарегистрированных циклах «наполнение/выпуск». Результаты проведенного анализа, краткие комментарии, а также полученные при этом коэффициенты попарной корреляции приведены далее.
