UA75337C2

UA75337C2 - A method for controlling metallurgical melting

Info

Publication number: UA75337C2
Application number: UA2002021289A
Authority: UA
Inventors: Dmytro Oleksandrov Ponomarenko; Oleksandr Heorhiio Ponomarenko
Original assignee: Dmytro Oleksandrov Ponomarenko
Priority date: 2001-04-28
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-04-17
Also published as: RU2180951C1

Abstract

The invention relates to the metallurgy and can be used in the process of controlling the metallurgical melting. A method involves preliminary setting chemical composition and temperature of the system metal - slag - gas, supplying initial materials and energy carriers, melting initial materials, determination of current values of temperature and chemical composition of metal, slag and gas with a periodicity of 5-90 seconds during all the melting. The chemical composition is determined according to the parameter of the system states, in the calculation of which atoms and electrons are considered as independent units of thermal movement of metal and slag; in the calculation of configuration part the energy nonequivalence of interchanges of these units is taken into consideration. The temperature is determined according to balance of delivered energy and difference of enthalpies of initial materials and melting products. The control influence is performed with the same periodicity on thebasis of optimization of at least one of functions of parameters included in the system of material balance. The proposed method allows to increase accuracy of control of the metallurgical melting due to the optimization of process.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі металургії і може бути використаний в процесі керування металургійною 2 плавкою.The invention relates to the field of metallurgy and can be used in the process of controlling metallurgical 2 smelting.

Відомий спосіб здійснення металургійної плавки, зокрема сталеплавильного процесу, що передбачає керування витратою вуглецю, що уводиться в розплав, для досягнення оптимальної температури процесу в період продувки рідкої металевої ванни киснем, при цьому оптимальну температуру процесу визначають із о системи критеріальних рівнянь руйнування надтекучостіThere is a known method of metallurgical melting, in particular the steelmaking process, which involves controlling the consumption of carbon introduced into the melt to achieve the optimal temperature of the process during the period of purging the liquid metal bath with oxygen, while the optimal temperature of the process is determined from the system of criterion equations of superfluidity destruction

Кесто зт) - п-7Kesto zt) - p-7

ЦІTHESE

Ко, Тж юр: ве) -1Ko, Tzh jur: ve) -1

Ж-кр й Нет. | Е яті -1 п-1Zh-kr and No. | E yati -1 n-1

Ко, Те (в " у с як середньоарифметичне між ті, і ті, де Кст - газова постійна сталі, кКДж/кг.К,Ko, Te (in " in s as the arithmetic mean between those, and those, where Kst is the gas constant of steel, kKJ/kg.K,

Та - температура плавлення сталі, К, сч ту - температура реакції вторинної реакційної зони в нижній крапці жиклер - критичного перетину умовного ежектора, К, о ті - температура реакції первинної реакційної зони у верхній крапці жиклер - критичного перетину умовного ежектора, К, зо Ро, - газова постійна кисню, кДж/кг.К, вTa - the melting temperature of steel, K, scht - the reaction temperature of the secondary reaction zone at the lower point of the jet - the critical intersection of the conditional ejector, K, o ti - the reaction temperature of the primary reaction zone at the upper point of the jet - the critical intersection of the conditional ejector, K, zo Ro , - gas constant of oxygen, kJ/kg.K, in

Тж.кр - температура кисню в жиклер - критичному перетині умовного ежектора в рідкій металевій ванні, К, оTzh.kr - the temperature of oxygen in the jet - the critical section of the conditional ejector in the liquid metal bath, K, o

Ра - тиск струменя кисню в основі коаксіального закручення в нижнього зрізу дифузора ежектора, Па, сRa is the pressure of the oxygen jet at the base of the coaxial twist in the lower section of the ejector diffuser, Pa, s

Рукр - тиск струменя кисню в жиклер- критичному перетині умовного ежектора в рідкій металевій ванні, Па,Rukr - the pressure of the oxygen jet in the jet - the critical section of the conditional ejector in the liquid metal bath, Pa,

Ро - тиск струменя кисню за зрізом дифузора продувного пристрою, Па, оRo is the pressure of the oxygen jet across the section of the diffuser of the blowing device, Pa, o

Те - температура кисню за зрізом дифузора продувного пристрою, К, ї- п - показник політропи, (ЧА Мо24954 С21С5/30, 25.12.1998р.1.Te is the temperature of oxygen at the section of the diffuser of the blowing device, K, yp is the polytropy index, (ЧА Мо24954 С21С5/30, 25.12.1998 r.1.

Відомий спосіб не забезпечує високої точності керування тому, що відсутній динамічний вплив на систему метал - шлак - газ, а обчислена витрата вуглецю, що вводиться, необхідна для досягнення оптимальної температури процесу в період продувки рідкої металевої ванни киснем, не залежить від фактичного стану « системи метал - шлак - газ у сталеплавильному агрегаті під час добавки розрахункової кількості вуглецю. в с Найближчим аналогом до способу, що заявляється, є спосіб керування металургійною плавкою, зокрема, киснево-конвертерним процесом, що включає попереднє завдання хімічного складу і температури системи ;» метал - шлак - газ металургійної плавки, заснованого на розрахунку по статистичних моделях балансів і енергії вихідних матеріалів плавки, подачу вихідних матеріалів, проведення першого коригувального статистичного розрахунку на підставі фактично поданих вихідних матеріалів, розплавлювання вихідних матеріалів, -І вдмухування в конвертер приблизно 8595 від загальної витрати кисню, знайденого першим коригувальним розрахунком вихідних матеріалів, вимір допоміжною фурмою змісту вуглецю в металі і його температури, о проведення другого коригувального розрахунку на підставі отриманих даних про зміст вуглецю і температури оо металу, вироблення і використання керуючих впливів на виконавчі механізми для ведення плавки відповідно до 5р заданих параметрів (докладніше |Д. Янке, Г. Нойдрот, Х. Гутте, Т. Шульц. Управление кислородно-конвертерньім о процессом // Известия ВУЗ. Черная металлургия - 1999, Мо12, - С.12-201). "М Вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми у відомому способі здійснюють двічі - до початку продувки і перед подачею в конвертер останніх 15 95 кисню від розрахункового.The known method does not provide high control accuracy because there is no dynamic influence on the metal - slag - gas system, and the calculated consumption of the introduced carbon, necessary to achieve the optimal process temperature during the period of purging the liquid metal bath with oxygen, does not depend on the actual state of the system metal - slag - gas in the steelmaking unit during the addition of the calculated amount of carbon. The closest analogue to the proposed method is the method of controlling metallurgical smelting, in particular, the oxygen-converter process, which includes a preliminary assignment of the chemical composition and temperature of the system;" metal - slag - gas of metallurgical smelting, based on calculation based on statistical models of balances and energy of melting raw materials, supply of raw materials, carrying out the first corrective statistical calculation on the basis of actually supplied raw materials, melting of raw materials, - And blowing into the converter approximately 8595 of the total consumption of oxygen, found by the first corrective calculation of the raw materials, measurement of the carbon content in the metal and its temperature with an auxiliary lance, about carrying out the second corrective calculation based on the obtained data on the carbon content and temperature of the metal, the production and use of control influences on the executive mechanisms for conducting melting, respectively up to 5 years of specified parameters (more details |D. Janke, G. Neudrot, H. Gutte, T. Schultz. Control of the oxygen-converter process // Izvestiya VUZ. Chernaya metallurgy - 1999, Mo12, - P.12-201). "M The production of controlling influences on executive mechanisms in the known method is carried out twice - before the start of purging and before supplying the converter with the last 15 95 oxygen from the calculated one.

Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: 1. Попереднє завдання хімічного складу і температури системи метал - шлак - газ металургійної плавки. 2. Подавання вихідних матеріалів і енергоносіїв. (Ф) З. Розплавлювання вихідних матеріалів. ка 4. Визначення поточних значень температури, хімічного складу металу, шлаку і газу. 5. Вироблення і використання керуючих впливів на керуючі механізми для ведення плавки відповідно до бр заданих параметрів.Features of the closest analogue, which coincide with the essential features of the claimed invention: 1. Preliminary assignment of the chemical composition and temperature of the metal - slag - gas system of metallurgical smelting. 2. Supply of raw materials and energy carriers. (F) Z. Melting of raw materials. ka 4. Determination of current values of temperature, chemical composition of metal, slag and gas. 5. Production and use of control influences on control mechanisms for conducting melting in accordance with specified parameters.

Відомий спосіб не забезпечує необхідного технічного результату по наступним причинам:The known method does not provide the necessary technical result for the following reasons:

Попереднє завдання хімічного складу і температури на плавку проводять тільки на основі відомих статистичних моделей без обліку параметрів, що оптимізують процес, розрахованих з використанням фундаментальних законів, що приводить до зниження точності розрахунку попереднього завдання. 65 Коригувальний розрахунок завдання на плавку з обліком фактично поданих у конвертер матеріалів також не є точним, тому що він спрямований на те, щоб наблизити отримані в результаті розрахунку до раніше складеного попереднього завдання плавки, у якому вже закладена неточність.The preliminary assignment of the chemical composition and melting temperature is carried out only on the basis of known statistical models without taking into account parameters that optimize the process, calculated using fundamental laws, which leads to a decrease in the accuracy of the calculation of the preliminary assignment. 65 The corrective calculation of the smelting task with the accounting of the materials actually fed into the converter is also not accurate, because it is aimed at bringing the results of the calculation closer to the previously prepared preliminary smelting task, which already contains inaccuracy.

При продувці металу в конвертері з витратою приблизно 8595 від загального на всю плавку кисню, керування процесом фактично відсутнє, тобто у випадку виникнення яких-небудь відхилень в ході процесу від попереднього завдання: зміна витрати кисню, положення фурми, витрати шлакоутворюючих і т.д., внести корективи в процес по відомому способі не представляється можливим, тому що при першій продувці конвертерної ванни киснем 8595 від загальної витрати вироблення керуючих впливів у динамічному режимі на виконавчі механізми не відбувається, а плавку ведуть за технологією відповідної раніше створеному попередньому завданню, при цьому не забезпечують оптимізацію процесу, що приводить до зниження його 7/0 точності.When blowing metal in a converter with a consumption of approximately 8595 of the total oxygen for the entire melt, process control is practically absent, that is, in the event of any deviations during the process from the previous task: a change in the oxygen consumption, the position of the lance, the consumption of slag-forming agents, etc. , it is not possible to make corrections to the process in the known way, because during the first purging of the converter bath with oxygen 8595 from the total flow, the production of control influences in the dynamic mode on the executive mechanisms does not occur, and the melting is carried out according to the technology corresponding to the previously created preliminary task, while not provide optimization of the process, which leads to a decrease in its 7/0 accuracy.

Відбір проби допоміжною фурмою після витрати кисню до рівня 8595 від заданого хоча і подає визначену інформацію про хімічний склад металу і його температуру, але не є коректним у силу того, що метал не усереднений по глибині ванни в процесі продувки. Крім того, введення у ванну допоміжної фурми перериває процес продувки, подовжуючи тим самим термін плавки, що приводить до зниження точності даних про процес /5 плавки.Sampling with an auxiliary lance after the consumption of oxygen to a level of 8595 from the given, although it provides certain information about the chemical composition of the metal and its temperature, is not correct due to the fact that the metal is not averaged over the depth of the bath during the purging process. In addition, the introduction of an auxiliary nozzle into the bath interrupts the purging process, thus prolonging the melting period, which leads to a decrease in the accuracy of the data on the /5 melting process.

Задачею винаходу є удосконалення способу керування металургійною плавкою.The task of the invention is to improve the method of controlling metallurgical melting.

Очікуваний технічний результат - підвищення точності керування при досягненні оптимальності обраних технологічних параметрів, що забезпечують процес.The expected technical result is an increase in control accuracy while achieving the optimality of the selected technological parameters that ensure the process.

Технічний результат досягається тим, що у відомому способі керування металургійною плавкою, що включає попереднє завдання хімічного складу і температури системи метал - шлак - газ, подавання вихідних матеріалів і енергоносіїв, розплавлювання вихідних матеріалів, визначення поточних значень температури, хімічного складу металу, шлаку і газу, вироблення і використання керуючих впливів на виконавчі механізми для ведення плавки відповідно до заданих параметрів, за винаходом попереднє завдання, поточні хімічний склад і температуру системи метал - шлак - газ визначають з періодичністю 5-90 секунд протягом усієї плавки за параметром стану, сч г при обчисленні якого незалежними одиницями теплового руху металу і шлаку вважають атоми й електрони і враховують енергетичну нееквівалентність перестановок цих одиниць при розрахунку конфігураційної його і) частини, а температуру в системі метал - шлак - газ визначають з балансу енергії, що надійшла, і різниці ентальпій вихідних матеріалів і продуктів плавки, при цьому ентальпію шлаку обчислюють по формулі:The technical result is achieved by the fact that in the known method of controlling metallurgical smelting, which includes the preliminary assignment of the chemical composition and temperature of the metal - slag - gas system, the supply of raw materials and energy carriers, the melting of raw materials, the determination of the current values of temperature, the chemical composition of metal, slag and gas , the production and use of control influences on the executive mechanisms for conducting smelting in accordance with the specified parameters, according to the invention, the previous task, the current chemical composition and temperature of the metal - slag - gas system are determined with a frequency of 5-90 seconds during the entire smelting according to the state parameter, in the calculation of which atoms and electrons are considered as independent units of thermal motion of metal and slag and the energy non-equivalence of the permutations of these units is taken into account when calculating its configurational part i), and the temperature in the metal - slag - gas system is determined from the balance of the incoming energy and the difference in enthalpies of the starting materials and products smelter, while the enthalpy of slag is calculated by the formula:

Н-П- хх - де: Н - ентальпія шлаку, Дж/моль; со тії 7 енергетичний параметр елемента і у шлаку, Дж/моль;Н-П- xx - where: Н - enthalpy of slag, J/mol; so tii 7 energy parameter of element i in slag, J/mol;

Хі; - мольна частка елемента і у фазі; і. а керуючі впливи виробляють з тією ж періодичністю на підставі оптимізації, принаймні одного з параметрів ю плавки. 3о Винахід заснований на тім, що перед початком плавки формують попереднє завдання, яке одержують в шляхом статистичної обробки масиву плавок, уточнене й ооптимізоване на основі фізико-хімічних закономірностей процесу металургійної плавки воно включає тимчасові графіки роботи усіх виконавчих механізмів - подачі вапняку, коксу, уведення кисню, енергоносіїв протягом усієї плавки. «Hee; - mole fraction of the element i in the phase; and. and control influences are produced with the same periodicity on the basis of optimization of at least one of the melting parameters. 3o The invention is based on the fact that before the start of smelting, a preliminary task is formed, which is obtained by statistical processing of the array of smelters, refined and optimized on the basis of the physico-chemical laws of the metallurgical smelting process, it includes temporary schedules of the work of all executive mechanisms - supply of limestone, coke, introduction oxygen, energy carriers during the entire melting. "

З початком плавки, після закінчення часового інтервалу 5-90 секунд і виконання перших операцій по її веденню, наприклад завалки, подачі кисню й ін., фіксують конкретну інформацію про значення видів і мас не) с матеріалів, що фактично надійшли в металургійний агрегат. Це дозволяє уточнити загальну витрату кисню, маси з» і види необхідних на частину плавки, що залишилася, матеріалів, добавок і ін. Оцінка системи метал - шлак - газ, вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми частіше, ніж через кожні 5 секунд, нераціональна через те, що можливі зміни в металургійній плавці, що відбуваються в інтервалі 5 секунд настільки незначні, що вони не впливають на сам хід процесу. Проведення оцінки стану системи метал - шлак - газ, виробленняWith the beginning of melting, after the end of the time interval of 5-90 seconds and the completion of the first operations for its conduct, for example filling, oxygen supply, etc., specific information on the value of types and masses of materials that actually entered the metallurgical unit is recorded. This makes it possible to clarify the total consumption of oxygen, the mass of "and the types of materials, additives, etc. necessary for the remaining part of the melt." The assessment of the metal - slag - gas system, the production of control influences on the executive mechanisms more often than every 5 seconds, is irrational due to the fact that the possible changes in the metallurgical melt that occur in the interval of 5 seconds are so insignificant that they do not affect the course of the process itself . Assessment of the state of the metal - slag - gas system, production

Ше керуючих впливів на виконавчі механізми в інтервалі більш 90 секунд також нераціональна, тому, що можливі с зміни в металургійній плавці можуть бути істотними і їх пізня корекція може привести до зниження точності процесу керування металургійною плавкою. В ході плавки, на кожному наступному її часовому інтервалі, можуть о відбуватися ті чи інші відхилення, що вимагають нової корекції завдання. Процедура оперативної корекції г) 20 попереднього завдання продовжується протягом усієї плавки і включає: - розрахунок матеріального балансу, тм - розрахунок теплового балансу для визначення поточної температури процесу, - термодинамічний розрахунок поточного складу фаз метал - шлак -газ, - пошук оптимальних значень керуючих впливів з корекцією завдання на частину плавки, що залишилася. 29 При автоматичному керуванні процес ухвалення рішення і корекція завдання цілком формалізовані, тобтоIt is also irrational to have control influences on executive mechanisms in an interval of more than 90 seconds, because possible changes in the metallurgical melter can be significant and their late correction can lead to a decrease in the accuracy of the process of controlling the metallurgical melter. In the course of melting, at each subsequent time interval, certain deviations may occur that require a new correction of the task. The operative correction procedure d) 20 of the previous task continues throughout the entire smelting process and includes: - calculation of the material balance, tm - calculation of the heat balance to determine the current temperature of the process, - thermodynamic calculation of the current composition of the metal - slag - gas phases, - the search for optimal values of the controlling influences with correction of the task for the remaining part of the melting. 29 With automatic control, the decision-making process and task correction are completely formalized, i.e

Ф! складаються з ряду конкретних обчислювальних операцій і дій, циклічне виконання яких дозволяє виробити керуючі впливи і передати їх виконавчим механізмам. Сучасна обчислювальна техніка забезпечує при о правильній організації цих операцій підвищення якості прийнятих рішень, ефективність керування, що дозволяє підвищити точність керування металургійною плавкою. бо Точність автоматичного керування, що досягається, визначається моделлю, призначення якої складається в пророкуванні реакції системи на можливі керуючі впливи. Модель металургійної плавки, зокрема сталеплавильного процесу, має вид диференціального рівняння: х- хі) б5 де: х-(х4,..., Хл) - вектор станів об'єкта; и-(ц4,..., Од) - вектор керувань (впливів);F! consist of a number of specific computational operations and actions, the cyclical execution of which allows producing control influences and transferring them to executive mechanisms. Modern computer technology provides, with the correct organization of these operations, an increase in the quality of the decisions made, management efficiency, which allows to increase the accuracy of the control of metallurgical smelting. Because the accuracy of automatic control achieved is determined by the model, the purpose of which is to predict the system's response to possible control influences. The model of metallurgical smelting, in particular the steelmaking process, has the form of a differential equation: х-хи) b5 where: х-(х4,..., Хл) is a vector of states of the object; i-(c4,..., Od) - vector of controls (influences);

Ї - час; п - число параметрів, що визначають стан системи.Y - time; n is the number of parameters determining the state of the system.

З рівняння (1) випливає, що стан керованого об'єкта в будь-якій крапці траєкторії процесу цілком визначається трьома параметрами: часом (), керуючими впливами (и) і мимовільним прагненням системи до стану рівноваги (х). Тому поточний стан керованої системи повинний визначатися двома тенденціями (ці х), а їхня кінетична траєкторія процесу може бути отримана прямим чисельним інтегруванням рівняння (1). 70 Кінетичні константи для кожного процесу і навіть агрегату індивідуальні і можуть бути знайдені лише статистично.It follows from equation (1) that the state of the controlled object at any point of the process trajectory is completely determined by three parameters: time (), controlling influences (y) and the involuntary tendency of the system to a state of equilibrium (x). Therefore, the current state of the controlled system should be determined by two trends (these x), and their kinetic trajectory of the process can be obtained by direct numerical integration of equation (1). 70 Kinetic constants for each process and even aggregate are individual and can only be found statistically.

Ключовим елементом системи керування є термодинамічний розрахунок хімічного складу продуктів плавки по даним про вихідні матеріали і енергоносії, що надійшли в піч.The key element of the control system is the thermodynamic calculation of the chemical composition of the smelting products based on the data on the raw materials and energy carriers that entered the furnace.

Розрахунок хімічного складу продуктів плавки полягає в наступному: 1. Записують безліч можливих реакцій у виді стехіометричних рівнянь тАжпВ-рсяаю. 2. На підставі закону діючих мас, для кожної реакції записують вираження константи рівноваги.The calculation of the chemical composition of the melting products is as follows: 1. Write down many possible reactions in the form of stoichiometric equations tAzhpV-rsyayu. 2. Based on the law of active masses, write down the expression of the equilibrium constant for each reaction.

З. Спільним рішенням рівнянь для констант рівноваги визначають склад фаз, що утворилися.Q. The composition of the formed phases is determined by the joint solution of the equations for the equilibrium constants.

Однак, розрахунок, заснований на стехіометричних рівняннях реакцій і законі діючих мас, для систем, що включають конденсовані фази, строгого рішення не має, тому що вид і сам факт існування молекул чи іонів інших 2о стехіометричних утворень у конденсованих фазах, таких як метал чи шлак, дотепер є дискусійним. Тому той самий процес можна описати безліччю різних реакцій | одержати безліч істотно різних рішень. У цьому складається головна причина низької точності прогнозу складу продуктів плавки у відомих моделях.However, the calculation based on stoichiometric equations of reactions and the law of active masses for systems including condensed phases does not have a strict solution, because the type and the very fact of the existence of molecules or ions of other 2o stoichiometric formations in condensed phases, such as metal or slag , is still debatable. Therefore, the same process can be described by many different reactions get many significantly different solutions. This is the main reason for the low accuracy of the prediction of the composition of the melting products in known models.

Формули, використовувані в пропонованому способі, включають наступні особливості, що дозволяють досягти необхідну для керування точність: с 1. Компонентами усіх фаз вважають елементи Періодичної системи й електрони. 2. Незалежними одиницями теплового руху при статистичному розрахунку ентропії конденсованих фаз і) вважають атоми хімічних елементів і електрони.The formulas used in the proposed method include the following features that allow you to achieve the accuracy required for control: c 1. Elements of the Periodic System and electrons are considered components of all phases. 2. Atoms of chemical elements and electrons are considered as independent units of thermal motion in the statistical calculation of entropy of condensed phases.

Відповідно до законів термодинаміки система метал - шлак - газ у стані рівноваги характеризується завданням Кн2 змінних -температури, тиску і мас утворюючих її компонентів: М о-О(Т,Р,ті,то,..-тк) (2) со де: С - вільна енергія Гіббса, о ту,то,...тк - маси хімічних елементів, що утворять систему (обчислюють по подаваних вихідних матеріалахі У енергоносіях), мAccording to the laws of thermodynamics, the metal - slag - gas system in a state of equilibrium is characterized by the problem of Kn2 variables - temperature, pressure and mass of its constituent components: M o-O(T,P,ti,to,..-tk) (2) so de : C - Gibbs free energy, o tu,to,...tk - masses of chemical elements forming the system (calculated from the supplied starting materials and energy carriers), m

Т - температура (обчислюють з енергетичного балансу),T - temperature (calculated from the energy balance),

Р - загальний тиск у системі (для дугової сталеплавильної печі, кисневого конвертера і печі - ковша,P - total pressure in the system (for arc steel melting furnace, oxygen converter and ladle furnace,

РАЛО1КПа).RALO1KPa).

Після розплавлювання вихідних матеріалів система розпадеться на три фази - метал, шлак і газ, при цьому « 70 Маса кожного елемента ту розділиться на три частини: з і- тіструнтіуєтіх (3 2» ПИ де: ті ті), ті) - маса і-го компонента в металі, шлаку і газі відповідно.After the melting of the starting materials, the system will disintegrate into three phases - metal, slag and gas, while « 70 The mass of each element will be divided into three parts: with and- tisruntiyuetih (3 2» PI de: ti ti), tii) - mass i- th component in metal, slag and gas, respectively.

Задача визначення хімічного складу фаз зводиться до знаходження значень цих ЗК мас, для чого необхідно -1 79 мати стільки ж рівнянь. З огляду на те, що вільна енергія системи є сумою вільних енергій фаз: 1 о-бметиОшляОгаз (4) о де: ОСмет; Ощл; Огаз - енергія Гіббса металу, шлаку і газу, відповідно, о 50The task of determining the chemical composition of the phases is reduced to finding the values of these ZK masses, for which it is necessary -1 79 to have the same number of equations. Given that the free energy of the system is the sum of the free energies of the phases: 1 o-bmetiOshlyaOgaz (4) o where: OSmet; Oschl; Ogas - Gibbs energy of metal, slag and gas, respectively, about 50

Омет-Смет(Т,Р.ти рт. тку (5) "м Сщлебщл(Т,Р,тиртрг. тр (6)Omet-Smet (T,R.ty rt. tku (5) "m Sschlebschl (T,R,tirtrg. tr (6)

СгазУОгаз(Т,Р.тиртіг. тр (т 59 і записавши 2К умов рівноваги в інтенсивних змінних:SgazUOgaz (T,R.tirtig. tr (t 59 and writing 2K equilibrium conditions in intensive variables:

Ф) сжцухжціл (8 юю принца) вні) (8) де: щі щір щі - хімічний потенціал і-го компонента, відповідно в металі, шлаку і газі, 60 одержуємо систему ЗК рівнянь, що дозволяють обчислити всі ЗК невідомих маси, визначивши, таким чином, маси продуктів плавки, що утворилися, і їхній хімічний склад.Ф) szhtukhzhtsil (8 yuyu prince) vni) (8) where: shchi shchir shchi - the chemical potential of the i-th component, respectively, in metal, slag and gas, 60 we obtain a system of ZK equations that allow you to calculate all ZK of unknown masses, determining thus, the masses of the melting products formed and their chemical composition.

З. Ентропію обчислюють статистично за формулою Больцмана, якщо прийняти за незалежні одиниці теплового руху металу і шлаку (у металі і шлаку) атоми й електрони.C. Entropy is calculated statistically according to the Boltzmann formula, if atoms and electrons are taken as independent units of thermal motion of metal and slag (in metal and slag).

Експериментально встановлено, що теплоємність пропорційна числу атомів і "теплових" електронів, що бо утворюють фазу. 4. Конфігураційну ентропію - і-го компонента у фазі обчислюють по формулі:It was experimentally established that the heat capacity is proportional to the number of atoms and "thermal" electrons that form the phase. 4. The configurational entropy of the ith component in the phase is calculated by the formula:

В-во - о т 9In-vo - about t 9

Я 1 хх хрехр т де: 5, - конфігураційна ентропія і-го компонента у фазі, Дж/моль;I 1 xx hrehr t where: 5, - configurational entropy of the ith component in the phase, J/mol;

Хі; - мольна частка і-го компонента у фазі;Hee; - mole fraction of the ith component in the phase;

К - кількість компонентів у фазі; ви енергія перестановки атомів у та І, Дж/моль, що обчислюється по формулі: по)K - the number of components in the phase; you are the energy of permutation of atoms in and I, J/mol, which is calculated by the formula: by)

БИ ди-хеї де: хр х)- енергетичні параметри елементів | тау, відповідно, у фазі, Дж/моль.BI di-hei where: хр х)- energy parameters of the elements | tau, respectively, in the phase, J/mol.

Облік енергетичної нееквівалентності перестановок при обчисленні термодинамічної імовірності, що входить у формулу обчислення ентропії, підвищує точність розрахунку рівноважного складу конденсованих фаз (металу і шлаку).Accounting for the energy non-equivalence of permutations when calculating the thermodynamic probability, which is included in the entropy calculation formula, increases the accuracy of calculating the equilibrium composition of the condensed phases (metal and slag).

Температуру визначають з балансу енергії що надійшла, і різниці ентальпій вихідних матеріалів і продуктів плавки. Звичайно теплоту, що виникає при введенні того чи іншого матеріалу в систему обчислюють за тепловими ефектами хімічних реакцій. Ці ефекти сильно залежать від хімічного складу металу і шлаку, у які вводяться ці добавки. Вплив складу фаз на теплові ефекти враховано у формулі: 11 с 29 Н-Пх- Що о де: Н - ентальпія шлаку, Дж/моль; туї - енергетичний параметр елемента і у шлаку, Дж/моль;The temperature is determined from the balance of the incoming energy and the difference in enthalpies of the starting materials and melting products. Usually, the heat generated when one or another material is introduced into the system is calculated based on the thermal effects of chemical reactions. These effects strongly depend on the chemical composition of the metal and slag into which these additives are introduced. The influence of the composition of phases on thermal effects is taken into account in the formula: 11 s 29 Н-Х-Хо о де: Н - enthalpy of slag, J/mol; tui - energy parameter of the element and in the slag, J/mol;

Хі; - мольна частка елемента і у фазі. -Hee; - the mole fraction of the element and in the phase. -

Температура, тиск і маси, що входять у (5)-(7), утворюють вектор станів у моделі металургійної плавки (1): со х-(х1,. ха) (ТР, тр). рт). (юту. КО 12) со п-ЗКкн2 из) юThe temperature, pressure, and masses included in (5)-(7) form a vector of states in the metallurgical smelting model (1): со х-(х1,. ха) (ТР, тр). rt). (yutu. KO 12) so p-ZKkn2 iz) yu

Вектором керувань у моделі (1) є повний перелік використовуваних у плавці матеріалів і енергоносіїв, а че також гази, що віддаляються з печі, скачуваний шлак, викиди й ін.The control vector in model (1) is a complete list of materials and energy carriers used in smelting, as well as gases leaving the furnace, slag, emissions, etc.

Прийнятий у пропонованому способі розрахунок температури з різниці ентальпій матеріалів, що вводяться, і продуктів плавки, що утворюються, дозволяє значно підвищити точність розрахунку температури. «The temperature calculation adopted in the proposed method from the difference in the enthalpies of the materials introduced and the melting products formed allows you to significantly increase the accuracy of the temperature calculation. "

Кінетичні константи в процесі металургійної плавки визначають у такий спосіб: - с 1. На кожному і-ому часовому інтервалі (дї) продувки в об'єм металу вводять порцію кисню то (по м витратомірі). я 2. Відбувається спалювання еквівалентній цій масі маси металу дтуе, з утворенням певної кількості шлаку (масою атуу) і газу (масою атгаз), ЩО відповідають поточному середньому складу металу.Kinetic constants in the process of metallurgical smelting are determined as follows: - s 1. At each i-th time interval (day) of purging, a portion of oxygen is injected into the volume of metal (according to the flow meter). i 2. Combustion of a mass of metal dtue equivalent to this mass occurs, with the formation of a certain amount of slag (mass atu) and gas (mass atgas) THAT correspond to the current average composition of the metal.

З. Отримана маса газу атгаз віддаляється в атмосферу, а маса шлаку дт уд що утворилася, змішується з - основною масою шлаку. сл 4. Частина шлаку масою аті!, яку визначають по формуліZ. The obtained mass of gas atgas is removed into the atmosphere, and the mass of slag formed is mixed with the main mass of slag. sl 4. Part of the slag with a mass of ati!, which is determined by the formula

ОО дті-тшлКк (14) с) 70 де дт! - маса частини шлаку, кг; "І тул - маса всього шлаку, кг;OO dti-tshlKk (14) c) 70 de dt! - mass of part of slag, kg; "I tul - mass of all slag, kg;

Кк - статистично обумовлений, кінетичний коефіцієнт; і приводять до рівноваги з металом, у результаті одержують метал, шлак і газ з відмінними від первісних масами і хімічними складами. Цей шлак змішують з основною масою шлаку, а газ видаляють в атмосферу.Kk - statistically determined, kinetic coefficient; and lead to equilibrium with the metal, as a result, metal, slag and gas with different masses and chemical compositions are obtained. This slag is mixed with the main mass of slag, and the gas is removed to the atmosphere.

Отримані таким чином дані про хімічні склади і маси металу, шлаку і газу надходять у блок керування якThe data obtained in this way about the chemical compositions and masses of metal, slag and gas are sent to the control unit as

Ф, поточні значення на момент закінчення і-го циклу ітерацій. ко З матеріального й енергетичного балансів у кожнім циклі обчислюють зміну температури металу, шлаку і газу. во Керування плавкою починають з моменту введення енергоносіїв (кисню), з інтервалом у 5-90 секунд фіксують фактичні зведення про кількість уведених за цей період плавки матеріалів і енергії. Обчислюють сумарну кількість рідкої ванни - металу і шлаку за відомими формулами швидкості плавлення, розчинення й ін.F, current values at the end of the i-th cycle of iterations. ko From the material and energy balances in each cycle, the temperature change of metal, slag and gas is calculated. The control of melting starts from the moment of introduction of energy carriers (oxygen), with an interval of 5-90 seconds, actual summaries of the amount of materials and energy introduced during this period of melting are recorded. Calculate the total amount of the liquid bath - metal and slag according to known formulas for the rate of melting, dissolution, etc.

Одночасно роблять порівняння поточних параметрів плавки з попереднім завданням, виробляють оптимальні керуючі впливи і передають їх на виконавчі механізми. 65 Оскільки система в будь-який момент часу дозволяє прогнозувати кінцеві результати плавки, обумовлені тим чи іншим набором керуючих впливів, з'являється можливість на всьому протязі плавки відшукання такого набору впливів, що приводить до найкращих результатів. Наприклад, якщо представити матеріальні потоки у вартісному вираженні, можна визначити синтез керуючих впливів, що відповідають мінімуму витрат.At the same time, they compare the current melting parameters with the previous task, produce optimal control influences and transfer them to the executive mechanisms. 65 Since the system at any moment of time allows to predict the final results of melting due to one or another set of controlling influences, there is an opportunity throughout the melting process to find such a set of influences that leads to the best results. For example, if you present the material flows in value terms, you can determine the synthesis of controlling influences corresponding to the minimum costs.

Таким чином, у результаті знайдених технологічних параметрів, а також уточнених термодинамічних і кінетичних розрахунків підвищена точність керування металургійною плавкою за рахунок оптимізації плавки в динамічному режимі.Thus, as a result of the found technological parameters, as well as refined thermodynamic and kinetic calculations, the accuracy of metallurgical melting control is increased due to the optimization of melting in dynamic mode.

Приклад. Виплавку залізовуглецевого напівпродукту проводили в 60 кілограмовому кисневому конвертері з верхньою продувкою. Відповідно до пропонованого способу перед початком плавки виробили попереднє завдання на плавку, відповідно до якого було потрібно одержати після продувки залізовуглецевий продукт 76 хімічного складу, о: С-0,04-0,06; Мп-0,05-0,10; 51-0,002-0,010; 5-0,005-0,012; Р-0,007-0,015, при температурі 165026.Example. Smelting of the ferrocarbon semi-product was carried out in a 60-kilogram oxygen converter with top purging. According to the proposed method, before the start of melting, a preliminary task for melting was developed, according to which it was necessary to obtain, after blowing, an iron-carbon product with a chemical composition of 76, o: C-0.04-0.06; MP-0.05-0.10; 51-0.002-0.010; 5-0.005-0.012; P-0.007-0.015, at a temperature of 165026.

Орієнтована вартість залізовуглецевого напівпродукту, визначена на підставі матеріального балансу, складає 100 доларів США за тонну.The estimated cost of the ferrocarbon semi-product, determined on the basis of the material balance, is USD 100 per ton.

На дно конвертера завантажували 2,5кг вапна і заливали 5О0кг чавуна з температурою 12802С наступного 75 Хімічного складу, 9о: С-3,9; Мп-0,72; 5і-0,80; 5-0,040; Р-0,020.2.5 kg of lime was loaded into the bottom of the converter and 5O0 kg of cast iron with a temperature of 12802С of the following 75 Chemical composition, 9o: С-3.9 was poured; MP-0.72; 5i-0.80; 5-0.040; P-0.020.

Ванну продували киснем з інтенсивністю 4мО/т.мін (зміст кисню 99,295) через верхню фурму із соплом діаметром 2мм, розташовану на відстані бОмм над рівнем спокійного металу. Одночасно з початком продувки ванни киснем і до закінчення процесу визначали масу, хімічний склад металу, шлаку, газу і їхню температуру на 5, 50, 90 секундах, потім на Зхв.15сек., 4хв.45сек. і перед закінченням плавки на бхв.4Осек., 7хв.1Осек. іThe bath was blown with oxygen at an intensity of 4 mO/t.min (oxygen content 99.295) through an upper lance with a nozzle with a diameter of 2 mm, located at a distance of bOhm above the level of the still metal. Simultaneously with the beginning of oxygen purging of the bath and until the end of the process, the mass, chemical composition of metal, slag, gas and their temperature were determined at 5, 50, 90 seconds, then at Zhv.15s., 4min.45s. and before the end of the meltdown on bhv.4Osek., 7min.1Osek. and

Т7хв.55сек.T7min.55sec.

Хімічний склад металу, шлаку і газу визначали на підставі вхідних і поточних даних про процес продувки - витрати шихтових матеріалів, кисню, положення фурми й ін. шляхом оцінки матеріального балансу і термодинамічного розрахунку поточного складу фаз метал - шлак - газ відповідно до пропонованого обчислення параметра стану. Температуру металу шлаку і газу визначали відповідно до пропонованого обчислення з се балансу енергії, що надійшла, і різниці ентальпій вихідних матеріалів і продуктів плавки. Визначені таким о чином параметри процесу надходили до блоку керування, у якому на підставі оптимізації вартості залізовуглецевого напівпродукту, виробляли керуючі впливи на виконавчі механізми - у даному прикладі - це положення фурми і витрата кисню. Продувку припинили після закінчення 8 хвилин, після чого відібрали з конвертера проби на хімічний аналіз металу, шлаку і замірили температуру. -The chemical composition of metal, slag and gas was determined on the basis of input and current data on the blowing process - the consumption of charge materials, oxygen, the position of the nozzle, etc. by evaluating the material balance and thermodynamic calculation of the current composition of metal - slag - gas phases according to the proposed state parameter calculation. The temperature of the slag metal and gas was determined according to the proposed calculation of the incoming energy balance and the difference in enthalpies of the starting materials and melting products. The parameters of the process determined in this way were sent to the control unit, in which, based on the optimization of the cost of the ferrocarbon semi-product, control influences were produced on the executive mechanisms - in this example, this is the position of the lance and the consumption of oxygen. Blowing was stopped after 8 minutes, after which samples were taken from the converter for chemical analysis of metal and slag and the temperature was measured. -

У таблиці приведені дані про керування конвертерною плавкою по заявленому способі (п.1-5 табл.) і со найближчому аналогу (п.6-9 табл.).The table shows data on the control of the converter melting according to the declared method (items 1-5 of the table) and with the closest analogue (items 6-9 of the table).

З даних, приведених у таблиці, видно, що на 4-й хвилині продувки відбулося зменшення інтенсивності подачі Ге) кисню, що привело до підвищення вартості залізовуглецевого напівпродукту. Після оптимізації процесу ю керування - видачі виконавчим механізмам коригувальних (уточнених) значень інтенсивності подачі кисню з результатів прогнозів, видаваних блоком керування протягом 90 секунд (п.3 табл.) прогноз вартості - залізовуглецевого напівпродукту змінився убік заданого.From the data given in the table, it can be seen that at the 4th minute of purging there was a decrease in the intensity of He) oxygen supply, which led to an increase in the cost of the ferrocarbon semi-product. After optimization of the control process - issuance of corrective (refined) oxygen supply intensity values to the executive mechanisms from the results of forecasts issued by the control unit within 90 seconds (item 3 of the table), the forecast of the cost of the iron-carbon semi-product changed to the side of the specified one.

Фактичні значення хімічного складу металу, шлаку і температури з високою точністю збіглися з прогнозованими (п.5 табл.). «The actual values of the chemical composition of the metal, slag and temperature coincided with the predicted values with high accuracy (item 5 of the table). "

Виплавку залізовуглецевого напівпродукту відповідно до найближчого аналога проводили в 60 кілограмовому кисневому конвертері з верхньою продувкою. Перед початком плавки виробили попереднє ші с завдання на плавку, відповідно до якого було потрібно одержати після продувки залізовуглецевий напівпродукт ч хімічного складу, о: С-0,04-0,06; Мп-0,05-0,10; 51-0,002-0,010; 5-0,005-0,012; Р-0,007-0,015, при температурі я 165022 з орієнтованою вартістю 100 доларів США за тонну.Smelting of the ferrocarbon semi-product according to the closest analogue was carried out in a 60-kilogram oxygen converter with top purging. Before the start of smelting, a preliminary task for smelting was developed, according to which it was necessary to obtain, after blowing, an iron-carbon semi-product with a chemical composition of: С-0.04-0.06; MP-0.05-0.10; 51-0.002-0.010; 5-0.005-0.012; P-0.007-0.015, at a temperature of 165022 with an estimated cost of 100 US dollars per ton.

Ванну продували киснем з інтенсивністю 4м/т-мін (зміст кисню 99,295) через верхню фурму із соплом діаметром 2мм, розташовану на відстані 60 мм над рівнем спокійного металу.The bath was blown with oxygen at an intensity of 4 m/t-min (oxygen content 99.295) through an upper lance with a nozzle with a diameter of 2 mm, located at a distance of 60 mm above the level of the still metal.

Після продувки металу киснем у кількості 85950 від заданого, відібрали пробу металу, шлаку і замірили ос температуру (п.7 табл.).After blowing the metal with oxygen in the amount of 85,950 from the specified, a sample of metal and slag was taken and the temperature was measured (item 7 of the table).

За даними про температуру і хімічний аналіз металу і шлаку відкоригували завдання на другий період плавки о (п.8 табл.), і знову продули метал киснем у кількості, що відповідає відкоректованому завданню. оз 20 Після закінчення продувки відібрали проби металу і шлаку на хімічний аналіз і замірили температуру (п.9 . табл.). і Загальний час продувки склав 8,4хв., затримка на добір проби, вимір температури й одержання даних про хімічний аналіз - 1,5хв.According to the data on temperature and chemical analysis of metal and slag, the task for the second period of melting was corrected (item 8 of the table), and the metal was again blown with oxygen in the amount corresponding to the corrected task. oz 20 After the end of purging, samples of metal and slag were taken for chemical analysis and the temperature was measured (item 9, table). and the total purging time was 8.4 min., the delay for sample selection, temperature measurement and obtaining data on chemical analysis was 1.5 min.

Згідно з даними, приведеними у таблиці, у прикладі конкретної плавки, проведеної за заявленим способом, 25 зміни параметрів процесу плавки в перші 90 секунд не відбувалося, тому не здійснювали вироблення керуючихAccording to the data given in the table, in the example of a specific melting, carried out according to the declared method, 25 changes in the parameters of the melting process did not occur in the first 90 seconds, therefore, the production of control

ГФ) впливів на виконавчі механізми. Надалі, в міру протікання процесу металургійної плавки, особливо перед Її закінченням інтервал вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми зменшувався й в остаточний період по плавки складав 5 секунд.GF) influences on executive mechanisms. Later, as the process of metallurgical smelting proceeded, especially before its end, the interval of producing control influences on executive mechanisms decreased and in the final period of smelting was 5 seconds.

Як випливає з даних, приведених у таблиці, у прикладі конкретної плавки, проведеної відповідно до 60 заявленого способу, підвищена точність керування металургійною плавкою. Підвищення точності приводить до збільшення продуктивності і скороченню витрат за рахунок підвищення технологічної дисципліни, дозволяє відслідковувати несанкціоновані зміни в процесі плавки і нівелювати їх за допомогою пристосовних констант.As it follows from the data given in the table, in the example of a specific melting, carried out in accordance with 60 of the claimed method, the accuracy of controlling the metallurgical melting is increased. An increase in accuracy leads to an increase in productivity and a reduction in costs due to an increase in technological discipline, allows you to track unauthorized changes in the melting process and level them with the help of adaptive constants.

Отримані результати відповідно до заявленого способу свідчать про реалізацію можливості повного переходу на ведення плавки в автоматичному режимі. б5The results obtained in accordance with the claimed method testify to the realization of the possibility of a complete transition to conducting melting in automatic mode. b5

Claims

The formula of the invention is the method of controlling metallurgical smelting, which includes the preliminary task of the chemical composition and temperature 2 of the metal - slag - gas system of metallurgical smelting, the supply of raw materials and energy carriers, the melting of raw materialsd, the determination of the current values of temperature, the chemical composition of metal, slag and gas, the implementation and the use of control influences on the executive mechanisms to conduct the smelting according to the specified parameters, which differs in that the previous task, the current chemical composition and the temperature of the metal - slag - gas system are determined with a frequency of 5-90 seconds throughout the entire smelting, and the chemical composition of 710 is determined by is a parameter of the state of the system, in the calculation of which atoms and electrons are considered as independent units of thermal motion of metal and slag and the energy non-equivalence of the permutations of these units is taken into account when calculating its configurational part, and the temperature in the metal - slag - gas system is determined from the balance of the incoming energy and the difference enthalpy of the starting materials and melting products, while the enthalpy of the slag is calculated according to the formula: Нх - я , "Py - muh where: Н - enthalpy of the slag, J/mol; I is the energy parameter of the element and in the slag, J/mol; 1 Chi is the mole fraction of element i in the phase; and controlling influences are carried out with the same periodicity based on the optimization of at least one of the melting parameters. with 6) in Zo so (ze) IF) and -

- and? -and 1 (95) (95) which has) 60 b5