Диференціальні коефіцієнти засвоєння в комп'ютерних системах проєктування і управління плавкою сталі

Шрифт:
38

https://doi.org/

Met. litʹe Ukr., 2021, Tom 29, №2, P. 30-37

О.В. Харченко, канд. техн. наук, ст. наук. співр., доц., e-mail: odds@i.ua, https://orcid.org/0000-0003-3717-3872, Web of Science ResearcherID: S-8907-2017

Запорізький національний університет (Запоріжжя, Україна)

Надійшла 29.03.2021

УДК 669.046.516.2+669.046.582.2

В роботі виконано термодинамічний аналіз систем «метал-шлак» і «метал-шлак-газ» з використанням методу хімічних потенціалів Гіббса. Введено поняття диференціальних коефіцієнтів засвоєння (ДКЗ), що враховують всі перехресні ефекти впливу одних хімічних елементів в металі на вміст інших. Дано визначення ДКЗ як зміни маси i-го елемента в металі при додаванні одиниці маси j-го елемента в систему. Отримано аналітичні вирази для ДКЗ, що необхідні для ефективного вирішення зворотної задачі в системах проєктування і управління процесами плавки і легування рідкої сталі. Сформульовано специфічні вимоги до компонентів квадратної матриці ДКЗ щодо її дії на вектори валентностей хімічних елементів в шлаку і складу рівноважного металу і шлаку. Запропоновано спосіб перевірки використовуваних термодинамічних моделей багатокомпонентних розчинів в металі і шлаку за допомогою аналітичного обчислення ДКЗ. Введено поняття диференціальної концентраційної матриці (ДКМ) як похідної від ДКЗ, елементи якої дорівнюють зміні концентрації i-го елемента в металі при додаванні одиниці маси j-го елемента в систему. Показано, що ДКМ може бути використана для класифікації різних матеріалів за їх впливом на вміст кисню, сірки, фосфору та інших домішок в сталі в точці поточного стану системи «метал-шлакгаз». Отримано системи нерівностей з матрицями ДКЗ або ДКМ для оптимізації кількості матеріалів симплексметодом за умови гарантованого попадання в заданий хімічний склад напівпродукту або марочний склад сталі. 
Проведено аналіз можливого впливу технологічних і організаційних обмежень на рішення розширеної системи нерівностей. Наведено приклади практичного застосування ДКЗ в системах контролю сталеплавильного виробництва. Зроблено висновок, що використання ДКЗ є ключовою особливістю і необхідним елементом сучасних комп'ютерних систем проєктування та управління плавкою і позапічною обробкою сталі.

Ключові слова: сталь, плавка, коефіцієнти засвоєння, шлак, матеріали, феросплави, розкислення, легування.

Література

1. Харченко А.В., Пономаренко А.Г., Храпко С.А., Иноземцева Е.Н. Разработка информационно-технологической системы «ФОРВАРД» для управления металлургическими процессами в реальном масштабе времени. Известия ВУЗов. 
Черная металлургия. 1991. № 12. С. 89–91.
2. Храпко С.А., Иноземцева Е.Н., Харченко А.В. Термодинамическая модель системы металл-шлак-газ и интегрированная система «Оракул»: использование для прогнозных расчетов и управления в составе АСУТП и разработки сталеплавильных процессов. В кн. «Тезисы докладов конф. «Моделирование физико-химических систем и технологических 
процессов в металлургии». Новокузнецк, 1991. С. 222–223. 
3. Харченко А.В., Будаква С.А. Интегрированный расчет материального, энергетического и теплового балансов плавки в 
системах управления сталеплавильными процессами. Труды Девятого конгресса сталеплавильщиков. Старый Оскол, 
17–19 октября, 2006 г. М.: Черметинформация, 2007. С. 178–187.
4. Харченко А.В., Пономаренко А.Г., Корзун Е.Л. Термодинамическая модель многокомпонентной конденсированной 
фазы. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2004. № 8 (228). С. 135–139.
5. Харченко А.В., Синяков Р.В. Термодинамическая модель многокомпонентной жидкой шлаковой фазы. Зб. наукових 
праць ЗДIА. Металургiя. Вип. 2 (36). 2016. С. 16–22.
6. Харченко А.В. Теплоемкость и другие термодинамические функции смешения многокомпонентной конденсированной 
фазы. Зб. наукових праць ЗДIА. Металургiя. Вип. 2 (27). 2012. С. 20–28.
7. Харченко А.В., Пономаренко А.Г. Термодинамическое моделирование системы металл-шлак-газ с учетом тепла химических реакций. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2004. № 8. С. 40–43.
8. Харченко А.В. Термодинамическое моделирование системы «металл-шлак-газ» с учетом энтальпийного теплового 
баланса. Метал та лиття України. 2005. № 6. С. 13–17. 1 (29), pp. 169–175 [in Russian].
9. Харченко А.В., Личконенко Н.В. Вторичное электротермическое легирование и рафинирование металла с участием 
газовой фазы. Зб. наукових праць ЗДIА. Металургiя. Вип. 1 (35). 2016. С. 9–13.
10. Харченко А.В., Синяков Р.В., Личконенко Н.В. Применение метода химических потенциалов Гиббса в черной металлургии. Зб. наукових праць ЗДIА. Металургiя. Вип. 2 (38). 2017. С. 20–25.
11. Харченко А.В. Оптимизация внепечной обработки и легирования стали на основе решения обратной задачи термодинамического анализа. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2004. № 8. С. 115–120.
12. Синяков Р.В. Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали с использованием программного комплекса «DesigningMelt». Современная электрометаллургия. 2011. № 2. С. 34–37.
13. Синяков Р.В., Харченко А.В. Автоматизированное проектирование и управление кислородно-конвертерной плавкой. 
Металлургическая и горнорудная промышленность. 2018. № 3. С. 14–26.
14. Харченко А.В., Ковалев В.Л., Личконенко Н.В., Ляшенко Р.П. Усовершенствование системы контроля сталеплавильного производства «Мастер». Збірник наукових праць «Металургія». Вип. 2 (42). 2019. С. 11–15.
15. Харченко А.В., Личконенко Н.В., Мосейко Ю.В. Возможности и перспективы использования программы «Excalibur» в 
учебном процессе. Зб. наукових праць ЗДIА. Металургiя. Вип. 1 (29). 2013. С. 169–175.