2. Методы расчета процессов плавки стали

Математические методы расчеты процессов плавки стали позволяют, не прибегая к прямым производственным экспериментам, обеспечивать оптимальные режимы плавок, проводимых при заданных производственных условиях (заданной марке стали, заданных шихтовых материалах, типе агрегата, его производительности и т.д.).

Математические методы расчеты процессов плавки стали позволяют решать следующие задачи:

– определение для конкретных условий возможности достижения необходимого значения одного из параметров плавки (температуры металла, содержания вредных примесей – серы, фосфора и т.д.);

– определение целесообразности получения заданной марки стали при принятых конкретных условиях её проведения;

– выбор варианта выплавки стали с целью получения заданной массы жидкой стали с требуемым составом и температурой при минимальных затратах сырья, времени, труда и различных видов энергии;

Математическая модель является основой алгоритма, который представляет собой последовательность выполнения вычислительных действий, позволяющих переводить исходные данные в искомый результат (в параметры процесса).

Математическая модель плавки, позволяющая определять исходные значения параметров (химический состав, температуру, расход материалов и т.д.), а также конечные значения параметров (химический состав и температуру металла и шлака) называется статической моделью.

Математическая модель плавки, позволяющая определять не только исходные и конкретные параметры, но и текущие (промежуточные, в любой момент плавки) называется динамической моделью.

При наличии достаточного объема экспериментальных (лабораторных, производственных) данных, можно с помощью методов математической статистики (обычно – регрессионного анализа) получить уравнения регрессии, устанавливающие статистическую (не функциональную) связь между параметрами плавки и влияющими на них факторами. Такая математическая модель, носит название статистической. Её недостатком является то, что она не раскрывает физической сущности процесса плавки, поскольку не учитывает функциональную связь между параметрами процесса и влияющими на него факторами. Такая зависимость справедлива только для данных конкретных условий.

Математическую модель, состоящая из уравнений, выражающих функциональные связи между параметрами процесса плавки и факторами влияющими на них, называют детерминированной. Эта модель может считаться универсальной, поскольку позволяет решать любые научные и практические задачи.

При математическом описании сталеплавильного процесса принято подразделять все величины, определяющие ход и результаты плавки, следующим образом:

– величины, характеризующие ход и результаты плавки – их называют параметрами процесса, выходными величинами, критериями оптимизации, целевой функцией и т.д.;

– величины, от которых зависят параметры – факторы, входные величины, аргументы и т.д.

3. Порядок расчета плавки

Проведение расчетов производится в два приема – предварительный и окончательный.

Предварительный расчет выполняется с целью установления технологической схемы плавки – процесс может быть одношлаковый или многошлаковый.

Окончательный расчет выполняется для установления оптимального режима (расход исходных материалов и энергоресурсов, определение выхода и состава плавки).

Определение любого параметра плавки производится по формуле, полученной из уравнения материального и теплового балансов, путем определения их относительного искомого параметра. При этом неизвестные параметры и основные факторы, входящие в формулу, определяют предварительным расчетом, исходя из положений теории и практического опыта.

При расчете параметров плавки вначале определяют тот параметр, на величину которого влияние других (еще неизвестных) меньше, чем влияние определяемого на уже известные.

Определение основных параметров плавки производится на 100 кг чугуна и стали. Расход материалов и выход продуктов плавки в основных расчетах выражается на 100 кг металлошихты (в процентах от массы металлошихты), что создает удобство при экономической оценке процесса плавки и практическом управлении плавкой.