Метод и алгоритмы обработки информации для оценки параметров теплового состояния слябов на линии "МНЛЗ-холодный склад" Грибкова, Юлия Владимировна

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время металлургическое производство характеризуется повышением требований к качеству продукции, снижению энергозатрат и улучшению экологической обстановки. Черная металлургия относится к одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Доля затрат на топливно- энергетические ресурсы в общих заводских затратах на производство продукции составляет более 30 %. Высокая энергоемкость металлургических производств при постоянном росте цен на топливо ставит на одно из первых мест проблемы энергосбережения.

Конвертерное производство (КП) стали является одним из наиболее перспективных переделов в сталеплавильном производстве. В наше время конвертерным способом производится около 70 % мирового объема стали. Одним из недостатков конвертерного производства является достаточно высокая ресурсо- и энергоемкость процесса. Современная модульная схема построения конвертерных цехов предполагает совмещение процесса дискретной выплавки стали в конвертере с ее квазинепрерывной разливкой в рамках технологической цепочки «конвертер» - агрегаты внепечной обработки - «машина непрерывной разливки стали (МНЛЗ)».

После формирования на МНЛЗ и порезки слябов на мерные длины, они поступают на холодный склад, где складируются в штабеля, как правило, для последующего охлаждения. Начальное тепловое состояние штабеля на холодном складе определяется закономерностями затвердевания и охлаждения сляба на машине непрерывного литья и охлаждением при его транспортировке до холодного склада. В настоящее время в технологических инструкциях используются эмпирические данные по оценке продолжительности охлаждения штабелей до требуемой температуры без учета начального распределения температуры, геометрических размеров штабелей, а также их взаимовлияния, что приводит к увеличению продолжительности нахождения слябов на складе и снижению пропускной способности склада. В то же время охлаждение штабелей на холодном складе сопровождается тепловыми выбросами в атмосферу и тепловым воздействием на обслуживающий персонал.

Исследованиями закономерностей охлаждения слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад» занимались отечественные и зарубежные ученые: А.Д. Акименко, А.А. Скворцов, В.Т. Борисов, Ю.А. Самойлович, З.К. Кабаков, В.Т. Сладкоштеев, Н.И. Шестаков, Б.И., Китаев Е.М., В.И. Дождиков, В.Л. Мазур, Zou J., Tseng A.A., Thomas B.G., Brimacombe J. и др. Полученные ими результаты успешно использованы при разработке и совершенствовании методик и алгоритмов расчета параметров затвердевания и охлаждения непрерывно отливаемых слябов. Вопросам оценки конечного теплового состояния слябов на МНЛЗ и штабелей слябов на холодном складе внимания уделено недостаточно. В настоящее время возникают вопросы по увеличению пропускной способности холодного склада и по энергосбережению, а также по улучшению условий труда на складе. Таким образом, назрела необходимость в разработке системы оценки параметров теплового состояния слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад». В связи с этим задача разработки метода и алгоритмов обработки информации по тепловому состоянию сляба на линии «МНЛЗ - холодный склад», является актуальной. Решение поставленной задачи позволит повысить точность результатов расчета теплового состояния сляба, а также совершенствовать технологию процесса охлаждения штабелей слябов и разработать рекомендации по энергосбережению.

Цель работы: повышение эффективности работы холодного склада конвертерного производства за счет увеличения точности оценки теплового состояния слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад».

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ методов, моделей и алгоритмов обработки информации для оценки параметров теплового состояния слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад».

1. Разработка математического обеспечения метода обработки информации для оценки параметров теплового состояния слябов.

2. Разработка алгоритмического обеспечения системы оценки теплового состояния штабеля на холодном складе.

3. Экспериментальные исследования эффективности предложенных метода и алгоритмов.

Методы исследования: для решения поставленных в работе задач использовались теоретические основы металлургической теплотехники; методы математического и компьютерного моделирования; теория планирования эксперимента; основы теории построения алгоритмов и программ.

Объект исследования: система оценки параметров теплового состояния слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад».

Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы обработки информации в системе оценки параметров теплового состояния при охлаждении слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад».

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

3. 1. Математическая модель охлаждения штабелей слябов на холодном складе, отличающаяся трехмерным представлением процесса охлаждения штабелей слитков, учетом их взаимного тепловлияния и наличия окалины на поверхности слябов в штабеле.

   2. Метод определения начального теплового состояния штабеля на холодном складе, учитывающий конечное тепловое состояние сляба после МНЛЗ, длительность транспортировки сляба, геометрические размеры штабеля и тепловое взаимовлияние штабелей, и позволяющий повысить точность оценки теплового состояния на холодном складе.

   3. Алгоритмическое обеспечение для оценки параметров теплового состояния слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад» непосредственно в технологическом потоке, включающее систему алгоритмов:

   —алгоритм расчета конечного температурного поля в слябе после МНЛЗ; —алгоритм расчета начального распределения температуры в штабеле; —алгоритм определения теплового состояния штабеля; —алгоритм восстановления параметров теплообмена;

   —алгоритм определения продолжительности охлаждения штабелей слябов на холодном складе;

   —обобщенный алгоритм обработки информации для оценки параметров теплового состояния штабелей слябов.

   Практическая ценность. Разработано программное обеспечение, реализующее метод и алгоритмы обработки информации для системы оценки параметров охлаждения слябов на линии «МНЛЗ - холодный склад». Разработана методика настройки алгоритмического обеспечения метода определения параметров охлаждения штабелей на холодном складе. Разработан метод, позволяющий оценить возможное энергосбережение на холодном складе за счет использования теплоты, уходящей от штабеля из слябов. Предложен способ утилизации теплоты штабелей на холодном складе. Разработана конструкция утилизирующих экранов, применение которых на холодном складе позволит сократить продолжительность обработки слябов на складе на 18% и увеличить пропускную способность склада. Ожидаемый годовой эффект от применения предложенной методики утилизации теплоты на холодном складе составит 5-10⁵ ГДж.

   Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждена корректным использованием методологии математического моделирования теплофизических процессов при затвердевании и охлаждении слябов на МНЛЗ и охлаждении штабелей на холодном складе, результатами исследования погрешности моделирования, а также сравнением результатов моделирования с данными экспериментов, полученными в промышленных условиях, и результатами исследований других авторов.

   Реализация результатов работы. Работа выполнялась в ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» с 2006 г. по 2012 г. Результаты исследования по оценке параметров теплового состояния слябов переданы на Череповецкий металлургический комбинат (ЧерМК) ОАО «Северсталь».

   Разработанная имитационная модель учета взаимовлияния штабелей используется в учебном процессе при проведении лабораторных работ по дисциплинам: «Теория и технология разливки стали» для специальности «Металлургия черных металлов»; «Моделирование процессов и объектов в металлургии», «Компьютерное моделирование» и «Имитационное моделирование» для специальности «Прикладная математика и информатика».

   Соответствие паспорту специальности. Проблематика, рассмотренная в диссертации, соответствует пунктам 4 и 5 паспорта специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в металлургии) (п.4. Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации; п.5. Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации).

   Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на второй международной научно- технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, 2006 г.); международной научно-технической конференции «Энергосбережение в теплоэнергетических системах» (Вологда, 2007 г.); четвертой международной научно-технической конференции (Вологда, 2008 г.); научно-технической конференции «Металлургическая теплотехника как основа энерго - и ресурсосбережения в металлургии» (Екатеринбург, 2010 г.); на Всероссийском научном семинаре «Научно- технический прогресс в металлургии» (Череповец, 2012 г.).

   Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 99 наименований и приложений. Объем диссертации - 178 страниц, включает в себя 70 рисунков и 32 таблицы.

   Похожие диссертации на Метод и алгоритмы обработки информации для оценки параметров теплового состояния слябов на линии "МНЛЗ-холодный склад"

   Метод и алгоритмы обработки информации для оценки параметров охлаждения металла и поверхности шлака при внепечной обработке сталиМащенко, Марина Александровна

   Метод и алгоритмы обработки информации для оценки механических характеристик холоднокатаных углеродистых сталейСарычева, Ирина Анатольевна

   

   Метод и алгоритмы оценки качества передачи и обработки информации в каналах волоконно-оптических сетей связи железнодорожного транспортаКашин Дмитрий Игоревич

   

   Разработка методов и алгоритмов оценки качества, экономического анализа и обработки экспертной информации для больших систем в условиях неопределенности (На примере построения рейтинга инновационно-ориентированных регионов РФ) Веселов Николай Витальевич

   

   Алгоритмы и методы обработки информации в системах контроля качества процессов крашенияГайнуллин Марат Фаритович

   Метод и алгоритмы обработки информации с гиперспектрометров при дешифровке наземных объектовПотапов, Владимир Николаевич

   Метод и алгоритмы обработки информации в моноимпульсной системе мониторинга источников радиоизлученияФилиппов, Роман Николаевич

   

   Метод и алгоритмы обработки информации в системах прогнозирования сложных процессов металлургического производстваХисамутдинов Станислав Николаевич

   

   Методы и алгоритмы обработки информации для оперативного управления в сложных системахМакаров Кирилл Владимирович

   Методы и алгоритмы обработки информации на основе математического аппарата весового пространства Соболева, повышающие эффективность функционирования цифровых системБузыканов, Сергей Николаевич