Расчеты металлургических процессов

Математическое моделирование металлургических процессов

Математическая модель может быть получена в результате использования теоретического, формально - статистического и комбинированного методов.

Теоретический метод предполагает определение причинно - следственных связей на основании информации, накопленной различными науками, и позволяет получить конкретные результаты только для простейших процессов.

Формально-статистический метод эквивалентен известному кибернетическому методу «черного ящика». Реализация метода не требует обратной связи с исследуемым объектом, поэтому он не может быть применен на стадии проектирования. Этот метод используется в исследованиях по оптимизации параметров существующих объектов.

Комбинированный метод заключается в том, что для качественной характеристики объекта используются дифференциальные уравнения, описывающие процессы, а отдельные коэффициенты уравнений находят формально-статистическими методами. При этом краевые условия для решения дифференциальных уравнений можно определить экспериментальными методами.

Применение компьютеров в научных исследованиях является обязательным.

Персональные ЭВМ (ПК) используются для автоматизации исследований и обработки результатов наблюдений. В этом случае ПК непосредственно включают в состав экспериментальной установки. Результаты наблюдений вводятся в ЭВМ без участия исследователя, что очень важно при высокой скорости процесса и большом объеме информации. Такие системы обеспечивают сбор первичного материала, предварительную обработку данных, хранение сведений во время эксперимента, контроль за ходом опыта, централизованное отображение информации, окончательную обработку и выдачу результатов.

В общем случае для решения задачи необходимо составить программу расчета и ввести в ЭВМ исходные данные. Более простой путь - использование готовых программ, например, нахождение корней уравнений высоких степеней, численного интегрирования, обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов, корреляционного анализа и т.д.

Расчеты металлургических процессов в действующих и проектируемых агрегатах проводят, чтобы оценить основные технико-экономические показатели: производительность оборудования и удельный расход сырых материалов, топлива и энергоресурсов для получения продукта с заданными свойствами. С этой целью рассчитывают материальные и тепловые балансы, шихту различных вариантов технологического процесса и состав готового продукта. Шихту, материальный и тепловой баланс рассчитывают на единицу готовой продукции или на 100 кг. шихты, в сталеплавильных процессах на 100 кг. металлошихты, в ферросплавной - на 100кг. исходных руд. Балансовые расчеты фиксируют начальное и конечное состояние процесса. Каждое балансовое уравнение имеет две части - приход и расход, которые приравнивают друг к другу.

Для расчета шихты и материального баланса металлургического процесса необходимо иметь следующие исходные данные:

Химический состав материалов, используемых в процессе. Для сталеплавильных агрегатов - металлошихта, раскислители, шлакообразующие, заправочные материалы, футеровка, и т.д.
Химический состав готового продукта - содержание химических элементов в стали (ферросплавах).
Удельный расход материалов: футеровки, заправочных материалов, шлакообразующих и т.д.
Показатели распределения примесей между металлом и шлаком.
Значение потерь. Сюда относятся потери тепла в окружающую среду, шихты и металла с дымовыми газами, шлаком, выбросами.

Тепловые балансы составляют после материальных. Для этих расчетов необходимо знать тепловые эффекты химических реакций, теплоту фазовых превращений и др.