Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 «Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов». – Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины, г. Днепропетровск, 2009. Диссертационная работа посвящена совершенствованию управления окружным распределением шихтовых материалов на колошнике доменной печи, с использованием разработанных научно-обоснованных технологических требований к установке стационарных систем измерения профиля поверхности засыпи шихты на колошнике доменной печи и методической базы расчета параметров поверхности засыпи. Разработаны технологические положения представления информации о поверхности засыпи шихты на колошнике доменной печи. Впервые научно обоснованы технологические требования к системам контроля поверхности засыпи шихты доменных печей, оборудованных бесконусными (БЗУ) и конусными (КЗУ) загрузочными устройствами. Разработаны методы расчета параметров поверхности засыпи шихты: профилей поверхности засыпи шихты по радиусам колошника печи, углов откоса поверхности, глубины и смещения осевой воронки профиля поверхности засыпи, конфигурации слоев выгруженных порций шихтовых материалов по радиусам колошника, параметров поверхности засыпи шихты по окружности печи. На основе методов расчета параметров поверхности засыпи шихты разработана информационная системы отображения информации, которая реализована в составе АСУ ДП №9. Разработан метод определения объема вытесненного кокса при выгрузке на слой кокса железосодержащих компонентов шихты и установлена зависимость количества вытесненного кокса от отношения масс железосодержащих материалов и кокса. Разработан метод расчета скоростей опускания шихтовых материалов в различных сечениях колошника. Установлено, что для различных программ загрузки, используемых на ДП №9, скорости опускания шихтовых материалов достигают максимальной величины в осевой зоне печи, уменьшаются по направлению к стенке печи в промежуточных зонах и увеличиваются в периферийной зоне печи. На ДП №9 с использованием радиолокационной системы измерения профиля поверхности засыпи определены значения углов откоса поверхности засыпи на колошнике до и после выгрузки порций кокса и смеси железосодержащих материалов. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологических приемов оценки и управления окружным распределением шихтовых материалов путем выбора варианта комбинаций интервалов времени между сменой направления вращения лоткового распределителя и вида материала в бункерах БЗУ. Разработан и реализован в составе АСУ загрузкой ДП №9 прием управления окружным распределением шихтовых материалов на колошнике с использованием информации профилемера, который позволяет оперативно выравнивать распределение шихты созданием направленной (компенсационной) неравномерности.

Представлены результаты использования первой отечественной радиолокационной системы измерения поверхности засыпи шихты на колошнике и разработанные в Институте черной металлургии НАН Украины способы контроля, прогноза и управления процессами доменной плавки, основанные на информации, полученной с помощью радиолокационной системы.

Показано, что на основе динамики изменения колеблемости скорости опускания шихты могут быть определены показатели стабильности ее опускания, выраженные в виде коэффициентов нестабильности опускания шихты для отдельных зон и всего сечения колошника. Разработан метод оценки газодинамического режима работы печи.

В книге представлены результаты впервые выполненных исследований по освоению первой отечественной радиолокационной стационарной системы измерения профиля поверхности засыпи шихты на колошнике, установленной на доменной печи №9 «Криворожстали». Разработаны технологические требования к установке систем измерения профиля поверхности засыпи для доменных печей средних и больших объемов, оборудованных конусными и бесконусными загрузочными устройствами, а также методы расчета параметров поверхности засыпи шихты. Представлены разработанные в Институте черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины с использованием информации радиолокационной системы способы контроля, прогноза и управления доменной плавкой, реализованные на крупнейшей в Украине доменной печи. Результаты исследований, выполненных сотрудниками ИЧМ за последние десять лет, являются базой для дальнейшей разработки новых технологических способов управления доменной плавкой на основе информации, получаемой радиолокационной системой. Для ученых-металлургов и широкого круга инженерно-технических работников металлургической промышленности, аспирантов, докторантов, а также преподавателей и студентов металлургических ВУЗов.

Приведены основные особенности установки на доменных печах стационарных термозондов. На примере доменной печи № 3 ПАО «Енакиевский металлургический завод», показаны взаимосвязи температур поверхности засыпи шихты с основными параметрами и показателями доменной плавки

В условиях нестабильного качества шихтовых материалов предложен подход к выбору программ загрузки БЗУ, основанный на уменьшении количества рабочих угловых положений лотка и смещении от порции к порции условных геометрических гребней вдоль радиуса колошника. Положительный опыт реализации такой программы загрузки показан на примере ДП №3 ПАО «ЕМЗ». Приведены основные особенности установки на доменных печах стационарных термозондов. Установлены связи температур над поверхностью засыпи шихты с основными параметрами и показателями доменной плавки.

Представлены разработки Института черной металлургии (ИЧМ) им. З.И. Некрасова Национальной академии наук (НАН) Украины по совершенствованию технологии, работы оборудования и систем управления доменной плавкой. Традиционными направлениями работы ИЧМ являются: разработка технологических заданий на проектирование систем загрузки при строительстве и реконструкции доменных печей, а также систем контроля и управления загрузкой с учетом сырьевых условий и особенностей технологии плавки; разработка и внедрение рациональных режимов загрузки шихтовых материалов. Приведено описание разработанной комплексной математической модели формирования многокомпонентных порций шихтовых материалов, их загрузки в бункер БЗУ, выгрузки из бункера и распределения на поверхности засыпи. Изложены основные положения разработанной технологии загрузки доменных печей, оснащенных БЗУ, многокомпонентными смешанными порциями шихтовых материалов. Показаны возможности использования информации термозондов при разработке рациональных режимов загрузки доменной печи при вдувании в горн пылеугольного топлива. Приведены результаты новых разработок в области автоматизированного контроля и управления доменной плавкой – интеллектуальной системы контроля поверхности засыпи шихты на основе информации радиолокационных измерителей, а также интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению доменной плавкой.

Представлена серия статей посвященных комплексу исследований, выполненных в последние годы в Институте черной металлургии НАН Украины в рамках создания интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению доменной плавкой. Представлены результаты разработки критериев оценки процессов доменной плавки: оценки теплового состояния, газодинамического режима, эффективности осевой коксовой отдушины, оценки воздействия расплавов на футеровку металлоприемника доменной печи.

Проведен анализ известных информационно-моделирующих систем (экспертных систем), который показал, что применяемые системы отличаются набором выполняемых функций, уровнем технического, математического и информационного обеспечения, а также иерархической структурой. Показаны особенности разрабатываемой в Институте черной металлургии НАН Украины интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению доменной плавкой, которая в отличие от известных систем предполагает возможность комплексной оценки состояния доменного процесса с помощью целевых критериев, основанных на использовании основных информативных параметров, показателей и выходных данных автоматизированных систем контроля, а также моделей, описывающих процессы доменной плавки.

С целью создания базы технологических решений по увеличению продолжительности кампании доменных печей и поддержания их стабильного хода, определяющего технико–экономическую эффективность плавки в изменяющихся условиях, в Институте черной металлургии НАНУ разработан комплекс новых мероприятий по совершенствованию технологии загрузки шихты, шлакового режима, а также требования к оснащению доменных печей современными средствами и системами контроля параметров доменной плавки, обеспечивающими полноту информации для оценки выбранных режимов и состояния доменной печи.