8.2. Динамическая математическая модель процесса
Модель позволяет описывать поведение печи в нормальном режиме восстановительной плавки и при переходных нештатных режимах, возникающих при переокислении шлакового расплава.
8.2.1.
Структурный синтез модели. Известны два основных методических подхода к построению математических моделей технологических процессов - детерминированный, базирующийся на детальном рассмотрении физико-химических, теп- лофизических, гидродинамических и др. особенностей процесса и статистический, при котором модель строится путем обработки накопленной статистической информации о работе изучаемого объекта.Анализ реального положения показывает, что для процесса РОМЕЛТ ни один из рассмотренных подходов не дает полной картины. Для детерминированного подхода промышленная печь, в которой реализован процесс жидкофазного восстановления, очень сложна, а для статистического описания в настоящее время недостаточно экспериментальных данных, с одной стороны, и с другой - статистическое описание обычно не позволяет в сложных нелинейных системах вполне однозначно разделить влияние отдельных технологических или конструктивных факторов. Поэтому в работе был принят комбинированный подход. Структура математической модели процесса жидкофазного восстановления формировалась на основании общих физико- химических, теплофизических и физико-механических закономерностей процесса, а величины параметров сформированной структуры модели получали решением задачи
идентификации, используя при этом экспериментальные данные опытных плавок, проведенных на опытной установке РОМЕЛТ.
8.2.2. Общая структура процесса РОМЕЛТ. Плавильно-восстановительная печь РОМЕЛТ представляет собой проточный реактор, в котором при одновременной загрузке железосодержащего сырья и твердого углеродистого топлива, а также подаче кислородсодержащего дутья происходит плавление шихты и восстановление оксидов железа из расплава с образованием жидких продуктов плавки и железоуглеродистого промежуточного продукта (чугуна).
Дутье в печь подают как ниже уровня поверхности шлакового расплава, обеспечивая тем самым его интенсивный барботаж, так и над расплавом, дожигая газы и частично возвращая полученное при этом тепло в ванну. Таким образом, конструктивные особенности печи позволяют рассматривать раздельно химические и тепловые процессы, протекающие в шлаковой реакционной зоне, в зоне дожигания, в зоне спокойного шлака и в зоне промежуточного железоуглеродистого продукта при обязательном учете обмена между упомянутыми зонами. Принятое рассмотрение позволяет представить блок-схему математической модели процесса в виде четырех взаимосвязанных блоков, как это показано на рис. 94. Ниже приводится синтез структур математических моделей упомянутых блоков и связей между ними.Зона "барботируемый шлак". Предположим, что железо в сырье находится только в виде двух оксидов: вюстита (FeO) и гематита (Fe203).
Восстановление железа из расплава происходит как непосредственно углеродом угля (8.10), так и в пузырях СО, содержащих угольные частицы (8.11):
(FeO) + С = [Fe] + СО - Я! (8.10) (FeO) + СО = [Fe] + С02 - q2 (8.11)
Примем, что восстановление гематита до вюстита происходит по реакции:
(Fe203) + СО = 2(FeO) + С02 - q3 (8.12)
Монооксид углерода, используемый для восстановления железа по реакциям (8.10) и (8.11), образуется при неполном сжигании (газификации) угля в шлаковой ванне.
Примем, что в шлаковой ванне протекают также реакции:
Отходящие газы t Поток кислорода J I Блок [ 1-2 Зона дожигания Сырье -1 Топливо - Дутье- 1Блок
Р 1-1 Барботнруемый шлак Капли ЖУЩ 11лак^ t Газ СО |Блок 2-1 Спокойный шлак ~*Шлак -> (Блок 2-2 Железоуглеро-дистый продукт (ЖУП) Рис. 94 Блок-схема динамической модели процесса РОМЕЛТ
C + C02 = 2C0-q4 (8.13)
C + 02 = C02 + q5 (8.14)
С +1/2 02 = СО - q<5 (8.15)
СО +1/2 02 = С02 + q7 (8.16)
Н20(пар) + С = СО + Н2 - q8 (8.17)
Приход тепла в реакционную зону обеспечивается, во-первых, физическим теплом Q°, вносимым с входными потоками сырья, угля, дутья нижних фурм, во-
^ с Л
вторых, теплом Q , Q и Q экзотермических реакций (8.11), (8.14) и (8.15), в-третьих, теплом Озд, возвращаемым из зоны дожигания.
Тепло расходуется на эндотермические реакции (8.10), (8.12), (8.13) и (8.17) (Q1, Q3, Q4, Q8), отводится вместе с водой, охлаждающей кессоны (QKec), а также теряется с выходными потоками шлака, металла, газа (QSb Qm« Qg)- В модели учитывается также теплообмен зоны барботируемого шлака с зонами спокойного шлака и металла (поток Qcn), которые могут оказывать существенное демпфирующее влияние на тепловой режим в реакционной зоне ввиду сопоставимости объемов спокойного и барботируемого слоев расплавов.Состояние режима зоны барботируемого шлака описывается концентрациями FeO-Csir0 и C-Csic в расплаве, концентрациями СО-С^ и C02-Cslco2 в газовой фазе и температурой Т слоя.
Динамическая модель зоны барботируемого шлака включает в себя пять уравнений, описывающих основные параметры системы - концентрации оксидов железа, углерода, СО, С02 и температуру:
Еще по теме 8.2. Динамическая математическая модель процесса:
- 1. Система экономико-математических моделей, используемых в прогнозировании синтетических показателей экономического и социального развития Грузинской ССР
- ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
- Математическое моделирование процесса РОМЕЛТ с целью исследования влияния технологических параметров на показатели процесса
- ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МГД
- 3.4.5. Математическая модель формирования фракционного состава угля в шлаковой ванне
- 8.1. Статистическая модель процесса
- 8.2. Динамическая математическая модель процесса
- Структура обобщенной математической модели.
- 8.2.8. Имитационное моделирование технологического процесса и оценки адекватности модели по данным работы опытной установки.
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯРАСПИСАНИЙ В СИСТЕМЕ ОКПАВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
- 4.4. Математическая модель ОКП для единичного производства
- 4.5.3. Математические модели расписаний с совместными обслуживающими устройствами
- 4.5.3.1. Математическая модель формирования межцеховых расписаний для нескольких ГПК и СОУ с одинаковым составом функционала и ограничений
- 4.5.3.2. Математическая модель формирования межцеховых расписаний для нескольких ГПК и СОУ с различным составом функционала и ограничений
- 4.6. Автоматизация формирования математических моделей ОКП