Методологические основы физико-химического моделирования и оптимизации процессов производства чугуна и стали

Шрифт:
81

https://doi.org/10.15407/steelcast2019.07.033

Met. litʹe Ukr., 2019, Tom 314-316, №7-9, P.31-40

Д.Н. Тогобицкая, д-р техн. наук, проф., зав. отделом, e-mail: dntog@ukr.net, https://orcid.org/0000-0001-6413-4823
А.И. Белькова, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., e-mail: alla2904b8@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-8519-9351
Д.А. Степаненко, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., e-mail: d.gorodenskiy@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-0184-8295
А.Ф. Петров, науч. сотр., https://orcid.org/0000-0001-7855-9267

Институт черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины (Днепр, Украина)

 

Поступила 17.09.2019

УДК 669.02/09.001.57:669.16:669.18

Посвящается памяти
Эдуарда Васильевича Приходько
В работе обобщен накопленный в Институте черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины (ИЧМ) опыт решения задач оптимизации металлургических технологий с использованием методологии физико-химического и математического моделирования, базовым ядром которого является разработанная Э.В. Приходько оригинальная методика моделирования шлаковых и металлических расплавов на основе концепции направленной химической связи. Рассмотрены особенности создания системы информационного обеспечения теоретической и прикладной металлургии на основе ретроспективного фонда экспериментальных фундаментальных физико-химических данных и фонда моделей металлургических систем и процессов их взаимодействия на макро- и микроуровнях. Описаны возможности разработанного в ИЧМ оригинального
системного математического обеспечения создания документально-фактографических баз данных и прикладных программ оценки достоверности «зашумленных» многомерных массивов физико-химических и технологических данных на основе современных методов статистики и визуализации данных в различных сечениях путем
целенаправленного проецирования.

Изложены принципы взаимодействия баз данных и базы моделей в режиме взаимной дополнительности. Обоснован выбор физико-химических критериев путем «свертки» информации о химическом составе многокомпонентных железорудных материалов, шлаковых и металлических расплавов и описаны подходы к прогнозированию их физико-химических свойств по схеме состав-структура-свойства. Рассмотрены вопросы учета влияния микронеоднородности строения металлических расплавов на формирование
термодинамических и теплофизических свойств ферросплавов и специальных сплавов. Предложена методология создания систем управления качеством металлопродукции и методов многоцелевой оптимизации металлургических процессов, путем построения комплексных критериев показателей их эффективности. На примере задачи оптимизации доменной шихты предложен обобщенный критерий многоцелевой эффективности, обеспечивающий требуемое качество продуктов плавки и ее технико-экономические показатели.

Ключевые слова: базы данных, база моделей, металлургические расплавы, физико-химические свойства, критерии, многоцелевая многопараметрическая оптимизация.

Литература

1. Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н., Хамхотько А.Ф., Степаненко Д.А. Прогнозирование физико-химических свойств оксидных систем. Монография. Днепропетровск: Пороги, 2013. 344 с.
2. Тогобицкая Д.Н., Жмойдин Г.И. Проблема информационного обеспечения теоретической и прикладной металлургии. Известия АН СССР. Металлургия. Металлы. 1991. № 4. С. 217–220.
3. Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. Роль информационных технологий в повышении качества металлопродукции. Наукові праці «Сучасні проблеми металургії». Матеріали НПК «Проблеми і перспективи одержання конкурентноздатної продукції в гірничо-металургійному комплексі України». Дніпропетровьк. 2001. Т. 3. С. 450–462.
4. Тогобицкая Д.Н., Жмойдин Г.И. Авторизированный компьютерный продукт в отечественной металлургии. Известия АН России. Металлургия. Металлы. 1996. № 1. С. 29–45.
5. Тогобицкая Д.Н., Жмойдин Г.И., Приходько Э.В. О паспортизации экспериментальных материалов для банка данных «Металлургия». Известия вузов. Черная металлургия. 1988. № 8. С. 136–139.
6. Тогобицкая Д.Н., Пиптюк В.П., Петров А.Ф., Греков С.В., Снигура И.Р., Лихачев Ю.М., Головко Л.А. Базы данных и модели для экспертной оценки эффективности использования ферросплавов при производстве стали. Сб. науч. тр. ИЧМ «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии». 2017. Вып. 31. С. 150–165.
7. Приходько Э.В., Тогобицкая Д.Н. Свойства металлургических расплавов – следствие их состава и структуры. Труды Института проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины «Современные проблемы физического материаловедения». 2017. Вып. 26. С.124–138.
8. Труды XIII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Т. 1. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 218 с.
9. Найдек В.Л., Мельник С.Г., Верховлюк А.М. Кластеры – структурные составляющие металлических расплавов. Металл и литье Украины. 2015. № 7. С. 21–24.
10. Тогобицкая Д.Н., Пиптюк В.П., Логозинский И.Н., Левин Б.А., Козачек А.С., Кукса О.В., Лихачев Ю.М. Системный подход к выбору оптимального элементного состава стали, обеспечивающего требуемый уровень механических свойств. Системные технологии. Региональный сборник научных трудов. Днепропетровск. 2015. Вып. 2(97). С. 91–97.
11. Тогобицкая Д.Н., Пиптюк В.П., Логозинский И.Н., Левин Б.А., Козачек А.С., Кукса О.В., Лихачев Ю.М. Оптимизация химического состава стали 14Х17Н2 на основе концепции направленной химической святи. Сб. науч. тр. ИЧМ «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии». Днепропетровск. 2015. Вып. 30. С. 312–323.
12. Togobitskaya D.N., Piptyuk V.P., Petrov A.F., Grekov E.V., Mirgorodskaya A.S. Prediction of Ferroalloy Properties for Expert Evaluation of the Efficiency of their Use During Addition to Steel in a Ladle Furnace Unit. Metallurgist. 2019. Vol. 62. Iss. 11–12. P. 1115–1122. doi: https://doi.org/10.1007/s11015-019-00763-5.

13. Тогобицкая Д.Н., Шапер М., Гридин О., Левин Б.А., Снигура И.Р. Компьютерное моделирование температур плавления и кристаллизации сплавов специального назначения. Сталь. 2018. № 6. С. 11–15.
14. Бабаченко А.И., Тогобицкая Д.Н., Козачек А.С., Кононенко А.А., Кныш А.В., Снигура И.Р. Оптимизация химического состава стали для железнодорожных колес, обеспечивающего стабилизацию механических и повышение эксплуатационных свойств. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2016. № 2. С. 67–73.
15. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Хамхотько А.Ф., Степаненко Д.А., Оторвин П.И., Нынь С.В. Опыт создания и внедрения системы контроля и управления шлаковым режимом доменной плавки в шихтовых и технологических условиях заводов Украины. Сб. науч. тр. ИЧМ «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии». Днепропетровск. 2009. Вып. 19. С. 100–112.
16. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Степаненко Д.А. и др. Выбор состава доменной шихты, обеспечивающего направленное формирование жидких продуктов доменной плавки. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2016. № 3. С. 11–18.
17. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Степаненко Д.А., Скачко А.С. Комплексный подход к выбору оптимального состава доменной шихты. Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра. КПІ ім. Ігоря Сікорського. Київ, 2018. С. 321–335.
18. Togobitskaya D.N., Tsyupa N.A., Otorvin P.I., Skachko A.S. Removal of Alkaline Compounds from Blast Furnaces by Means of Slag. Steel in Translation. 2018. Vol. 48. No. 5. P. 301–306.
19. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Степаненко Д.А. Физико-химические основы выбора состава доменной шихты с целью направленного формирования продуктов плавки. Коллективный труд «Познание процессов доменной плавки». Днепр: Пороги, 2016. С. 286–321.