Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt»
Представлено описание программного комплекса «DesigningMelt», предназначенного для разработки технологических процессов, оценки применения новых видов материалов и оборудования. Благодаря использованию «DesigningMelt » можно моделировать технологические процессы, протекающие в большинстве используем...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96244 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» / Р.В. Синяков // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 34-37. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860102496397033472 |
|---|---|
| author | Синяков, Р.В. |
| author_facet | Синяков, Р.В. |
| citation_txt | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» / Р.В. Синяков // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 34-37. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Представлено описание программного комплекса «DesigningMelt», предназначенного для разработки технологических процессов, оценки применения новых видов материалов и оборудования. Благодаря использованию «DesigningMelt » можно моделировать технологические процессы, протекающие в большинстве используемых сталеплавильных агрегатов (конвертер, дуговая сталеплавильная печь, печь-ковш, вакууматор), а также создавать оптимальные технологические маршруты выплавки и обработки стали.
Description of programming complex "DesigningMelt", designed for development of technological processes, assessment of application of new types of materials and equipment, is given. Using the "DesigningMelt", it is possible to model technological processes, proceeding in most of used steel melting units (converter, arc steel melting furnace, furnace-ladle, vacuumator) as well as to create the optimum technological routes of melting and processing of steel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:29:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187:541.123
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ
И ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
«DESIGNINGMELT»
Р. В. Синяков
Представлено описание программного комплекса «DesigningMelt», предназначенного для разработки технологи-
ческих процессов, оценки применения новых видов материалов и оборудования. Благодаря использованию «Desig-
ningMelt» можно моделировать технологические процессы, протекающие в большинстве используемых сталепла-
вильных агрегатов (конвертер, дуговая сталеплавильная печь, печь-ковш, вакууматор), а также создавать опти-
мальные технологические маршруты выплавки и обработки стали.
Description of programming complex "DesigningMelt", designed for development of technological processes, assessment
of application of new types of materials and equipment, is given. Using the "DesigningMelt", it is possible to model
technological processes, proceeding in most of used steel melting units (converter, arc steel melting furnace, furnace-ladle,
vacuumator) as well as to create the optimum technological routes of melting and processing of steel.
Ключ е вы е с л о в а : выплавка стали; технологический
процесс; моделирование; программный комплекс; разработка
технологии
Введение
С каждым годом повышаются требования к уровню
качества стальной продукции, производственной
гибкости и длительности разработки технологии
выплавки той или иной марки стали в конкретных
производственных условиях. В настоящее время ре-
шение поставленных задач возлагают на автомати-
зированные системы управления технологическими
процессами (ТП) [1—3]. Внедрение подобных сис-
тем позволяет не только эффективно контролиро-
вать процесс, но и повышать производительность,
улучшать экономические показатели производства
и качество продукции [4, 5].
Однако в случае необходимости разработки тех-
нологии выплавки стали новой марки в конкретных
производственных условиях, модернизации обору-
дования, оценки использования новых материалов
и т. д. существующие системы не всегда имеют со-
ответствующие инструменты для решения данных
задач. Это связано, во-первых, с необходимостью
привлечения аппарата проектирования, что приме-
нительно к металлургическим процессам отличает-
ся сложностью и значительным объемом работ; во-
вторых, – с использованием в системах автомати-
зации полуэмпирических моделей, описывающих
процессы, протекающие в сталеплавильной ванне,
что подтверждается сообщениями об оптимизации
производственного процесса за счет использования
автоматизации (они носят частный характер и на-
ходятся в рамках существующей технологии).
Постановка задачи
В данной работе поставлена задача создать инстру-
мент, с помощью которого технолог может разра-
ботать и оценить технологический процесс выплав-
ки или внепечной обработки заданной марки стали,
технологический маршрут обработки, а также оп-
ределить влияние модернизации оборудования на
технологические и экономические показатели.
Основные материалы исследования
При создании программного комплекса «Designing-
Melt» приняли, что все алгоритмы и расчеты дол-
жны опираться на строгую теоретическую модель,
позволяющую даже без статистической привязки
решать широкий круг практических задач. Поэтому
в качестве остова системы использовали подход, ре-
ализованный в программе «Excalibur» [6].
© Р. В. СИНЯКОВ, 2011
34
Ядро программы основано на термодинамичес-
кой модели конденсированной фазы и энтальпий-
ном тепловом балансе. Это позволяет рассчитывать
термодинамическое равновесие в многокомпонент-
ной гетерогенной системе металл—шлак—газ; темпе-
ратуру системы на основе энтальпийного теплового
баланса; парциальные давления всех атомарных и
молекулярных составляющих газовой фазы; все ин-
тегральные и парциальные термодинамические
функции составляющих системы, а также учитывать
тепло энергоносителей, температуру и агрегатное сос-
тояния материалов.
В разработку новой технологии дополнительно
включены мероприятия по созданию проекта плав-
ки во времени, согласованию режимов работы обо-
рудования, вводу материалов, оценке изменения ос-
новных параметров плавки (химический состав, масса
и температура продуктов плавки) во времени и т. д.
Для построения проекта плавки (обработки) во
времени использовали принципы проектирования,
изложенные в работе [7], а учет кинетики протека-
ющих процессов выполнили согласно методике,
описанной в статье [8].
Предлагаемый программный комплекс содер-
жит четыре основных режима работы: разработку
новой плавки, создание сквозного технологического
процесса, проигрывание ретроспективных плавок и
создание на их основе проекта оптимальной плавки.
Разработку нового технологического процесса
начинают с создания описания металлургического
агрегата (рис. 1, а) и структуры технологического
процесса (рис. 1, б) посредством диалоговых окон.
В описание агрегата входят такие данные, как
вместимость, масса футеровки, полный и рабочий
объемы. Структура технологического процесса
представляет собой последовательность периодов
плавки определенной длительности. Например, для
дуговой сталеплавильной печи с одной завалкой и
одной подвалкой периодов будет пять (рис. 1, б).
Большинство периодов содержится в базе данных
программы и технологу достаточно выбрать нуж-
ный, указать его длительность и время начала.
Далее сталеплавильный агрегат оснащают необ-
ходимым оборудованием для ведения плавки (рис. 2).
Довольно большой выбор оборудования современ-
ных сталеплавильных агрегатов представлен в базе
данных программы. Если же требуемое оборудова-
ние в доступном перечне отсутствует, следует выб-
рать подобное. В будущем это оборудование можно
отредактировать и уже сохранить в базе данных с
целью дальнейшего использования. Для редакти-
рования доступно много параметров, в качестве ос-
новных следует выделить тип используемого мате-
Рис. 1. Описание металлургического агрегата ( а) и структуры технологического процесса (б)
Рис. 2. Оборудование сталеплавильного агрегата
Рис. 3. Вид главной формы программного комплекса «Designing-
Melt»
35
риала, технические и технологические ограничения
на режим ввода материала.
После выполнения всех указанных процедур пе-
реходят в главную форму проекта плавки (рис. 3)
со среднестатистическими режимами (временными
моментами, расходами) ввода материалов и энерго-
носителей. Вверху отображается предварительная
информация о траектории технологического процесса
(температуре, массе металла и шлака, удаленного
шлака и образующегося газа; основности шлака).
Здесь же появляется возможность проектиро-
вать технологический процесс – изменять режимы
ввода материалов, временные моменты отдачи ма-
териалов (ввода металлолома), длительность от-
дельных периодов и всей плавки, добавлять или
удалять материалы, а также добавлять, удалять и ре-
дактировать используемое оборудование. Окончани-
ем создания технологического процесса является ими-
тация ведения плавки согласно созданному проекту.
По заданным интенсивностям ввода материалов
и энергоносителей, с учетом полного материального
и энергетического балансов, термодинамического
расчета и кинетической коррекции (скорость пос-
тупления реагентов, растворение, скорость усред-
нения ванны по химическому составу и температу-
ре), имитируется плавка с заранее заданным (до-
вольно малым) шагом по времени.
После окончания расчета оператору (технологу)
предоставляется окончательная детальная инфор-
мация о траектории процесса (рис. 4, а, б).
Помимо указанных параметров, здесь можно
увидеть изменение химического состава металла и
шлака по ходу плавки, состав выделяющихся газов,
а также материальный и тепловой балансы техно-
логического процесса.
При необходимости оператор (технолог) может
вернуться на главную форму (рис. 3), внести любые
изменения в проект и вновь выполнить имитацию
плавки, оценить не только рассчитанную техноло-
гию плавки, но и сравнить ее с предыдущим вари-
антом. Таких результатов может быть сколько угод-
но. Из них выбирают оптимальный.
Критерием оптимизации могут быть и затраты
по переделу, длительность плавки, момент выпус-
ка, согласование со смежными переделами и т. д.
Это касается внедрения новых и модернизации име-
Рис. 4. Вид формы с информацией о результатах имитации ве-
дения плавки (обработки) (а), о тепловом и материальном ба-
лансах плавки (обработки) (б) и доступных проектах выплавки
и обработки стали (в)
Рис. 5. Вид формы для вычисления сквозного просчета техно-
логического процесса
36
ющихся устройств, замены одних материалов дру-
гими, переноса ряда операций из печи на внепечную
обработку, оценки целесообразности применения
новых материалов, определения оптимального вре-
мени и количества подвалок, изменения шлакового
режима и т. п.
Все результаты сохраняются в базе данных для
последующего анализа или использования при про-
ектировании сквозного технологического процесса.
Сквозной технологический процесс представля-
ет собой временную последовательность операций
по выплавке и обработке стали, другими словами,
технологический маршрут. Для разработки и оцен-
ки того или иного технологического маршрута сна-
чала открывают ранее созданные проекты, напри-
мер выплавки в дуговой сталеплавильной печи, ле-
гирования и обработки на выпуске, обработки на
печи-ковше и вакуумировании металла (рис. 4, в).
С помощью соответствующего пункта меню глав-
ной формы открывают форму сквозного просчета
ТП (рис. 5). В верхней таблице отображаются дос-
тупные проекты ТП со следующей информацией:
название файла проекта; расширенное название
проекта; тип агрегата, к которому относится проект.
Из открытых проектов создают возможные сце-
нарии выплавки и обработки стали, выполняют
имитацию. По окончании обработки сценариев ре-
зультаты расчета будут сохранены в файл или фай-
лы для дальнейшего рассмотрения.
Для анализа и коррекции существующей техно-
логии в программе предусмотрена возможность вво-
да ретроспективной информации о прошедшей
плавке (обработке) на главную форму программы.
Специальный модуль дает возможность конвертиро-
вать информацию о прошедших плавках и отображать
ее в виде проекта, что позволит анализировать, редак-
тировать и имитировать технологический процесс.
Пакетная имитация массива ретроспективных
плавок с последующим анализом результатов поз-
воляет создать рациональную (близкую к оптималь-
ной в конкретных производственных условиях) тех-
нологию выплавки и обработки определенной
марки стали. При таком подходе оцениваются не
только интегральные показатели процесса, но и
время, место, режим ввода материалов и энерго-
носителей, составы и масса образующихся металла
и шлака, а также температура системы на каждом
этапе плавки.
Выводы
1. Программный комплекс «DesigningMelt» пред-
ставляет собой синтез последних достижений в те-
ории и практике сталеварения, собранных в ком-
пактном программном продукте с дружественным
интуитивно понятным интерфейсом.
2. Наличие детерминированного подхода при
построении программного комплекса позволяет мо-
делировать большинство существующих сталепла-
вильных агрегатов (конвертер, дуговая сталепла-
вильная печь, печь-ковш, вакууматор), рассматри-
вая их как по отдельности, так и в виде единого
технологического комплекса.
3. Помимо решения частных задач – расчет ко-
личества материалов (шихтовых, раскислителей,
легирующих, шлакообразующих), необходимых
для получения металла заданного химического сос-
тава, вычисление требуемых затрат энергоносите-
лей на плавку, – «DesigningMelt» является инст-
рументом, с помощью которого технолог может раз-
рабатывать новые технологические процессы, оце-
нивать применение новых видов материалов, обо-
рудования, а также создавать оптимальные техно-
логические маршруты выплавки и обработки стали.
Возможно выполнение анализа проблемных плавок
с целью выявления причин их появления и способов
их устранения.
4. Использование «DesigningMelt» при разра-
ботке новой технологии дает возможность повысить
производительность труда, качество работы и
уменьшить количество ошибок технолога при про-
ектировании, а также существенно сократить сроки
разработки ТП.
5. Представленный программный комплекс мо-
жет использоваться и в учебном процессе, позволяя
студентам почувствовать себя сталеварами, при
этом имея возможность ошибаться.
1. Промышленное освоение компьютерного управления вы-
плавкой стали на БМЗ и ММЗ на основе физико-хими-
ческой модели «ОРАКУЛ» / А. Г. Пономаренко, М. П. Гу-
ляев, И. В. Деревянченко и др. // Труды пятого конг-
ресса сталеплавильщиков (Москва, май 1999 г.). – М.:
ОАО «Черметинформация», 1999. – С. 174—177.
2. Динамический контроль работы электродуговых печей,
использующих наиболее современную технологию /
П. Клеричи, Ф. Делл’Аква, Д. Майоло, В. Скиполо //
Металлург. пр-во и технология. – 2009. – № 1. –
С. 6—9.
3. Начлегер С., Димитров С., Штоль К. Оптимизация ра-
боты электродуговых печей // Черные металлы. –
2009. – № 10. – С. 37—43.
4. Опыт внедрения новой системы управления плавкой на
ДСП № 1 Белорусского металлургического завода /
Р. Н. Мартынов, М. П. Гуляев, В. Ю. Гуненков и др. //
Электрометаллургия. – 2002. – № 6. – С. 36—40.
5. Промышленное освоение системы управления внепечной
обработкой стали (печь-ковш—вакууматор) ГИББС® на
БМЗ / Р. В. Синяков, М. П. Гуляев, Р. Н. Мартынов и
др. // Металл и литье Украины. – 2005. – № 3-4. –
С. 98—100.
6. Харченко А. В., Синяков Р. В. Программа «EXCALIBUR» –
возможности и перспективы использования в металлурги-
ческом производстве // Сб. тр. ДонНТУ. – 2005. –
№ 102. – С. 82—91.
7. Оперативное проектирование технологического процесса
плавки в высокомощной ДСП / Р. В. Синяков, С. А. Храп-
ко, А. Г. Пономаренко, А. В. Старосоцкий // Металл и
литье Украины. – 2001. – № 10-11. – С. 38—44.
8. Термодинамика и кинетика в современных системах уп-
равления металлургической плавкой / А. Г. Пономарен-
ко, Р. В. Синяков, С. В. Довгонюк, Е. Л. Корзун //
Вестник ЮУрГУ. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. –
№ 2. – С. 32—35.
ДонНТУ, Донецк
Поступила 17.01.2011
37
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96244 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:29:25Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Синяков, Р.В. 2016-03-12T17:08:15Z 2016-03-12T17:08:15Z 2011 Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» / Р.В. Синяков // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 34-37. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96244 669.187:541.123 Представлено описание программного комплекса «DesigningMelt», предназначенного для разработки технологических процессов, оценки применения новых видов материалов и оборудования. Благодаря использованию «DesigningMelt » можно моделировать технологические процессы, протекающие в большинстве используемых сталеплавильных агрегатов (конвертер, дуговая сталеплавильная печь, печь-ковш, вакууматор), а также создавать оптимальные технологические маршруты выплавки и обработки стали. Description of programming complex "DesigningMelt", designed for development of technological processes, assessment of application of new types of materials and equipment, is given. Using the "DesigningMelt", it is possible to model technological processes, proceeding in most of used steel melting units (converter, arc steel melting furnace, furnace-ladle, vacuumator) as well as to create the optimum technological routes of melting and processing of steel. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрометаллургия стали и ферросплавов Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» Development of technology of melting and ladle treatment of steel using programming complex «DesigningMelt» Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» Синяков, Р.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов |
| title | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» |
| title_alt | Development of technology of melting and ladle treatment of steel using programming complex «DesigningMelt» |
| title_full | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» |
| title_fullStr | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» |
| title_full_unstemmed | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» |
| title_short | Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt» |
| title_sort | разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «designingmelt» |
| topic | Электрометаллургия стали и ферросплавов |
| topic_facet | Электрометаллургия стали и ферросплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96244 |
| work_keys_str_mv | AT sinâkovrv razrabotkatehnologiivyplavkiivnepečnoiobrabotkistalisispolʹzovaniemprogrammnogokompleksadesigningmelt AT sinâkovrv developmentoftechnologyofmeltingandladletreatmentofsteelusingprogrammingcomplexdesigningmelt |