УДК
669.162.16
Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Теплых
Е.О., Салахов Р.А.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический
университет
им. Г.И. Носова»
Чевычелов А.В., Бегинюк В.А.
ОАО “Магнитогорский металлургический
комбинат”
Влияние
расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты в зависимости от
условий хода доменной плавки
Вдувание природного газа в горн доменной печи
позволяет сократить удельное потребление кокса в доменную плавку. Коэффициент
замены им твердого топлива меняется в интервале от 0,6 до 0,8 кг/м3
в зависимости от расхода природного газа. Так как цена его ниже чем у кокса в 2,5
раза, то увеличение расхода газа на тонну чугуна существенно повысит
экономичность доменной плавки. Однако это мероприятие может приводить и к ухудшению
хода доменного процесса. Поэтому необходимо создавать условия, которые
обеспечат его эффективное использование.
С помощью нейронных сетей исследовали влияние расхода
природного газа на коэффициент сопротивления шихты в нижней части печи в
зависимости от условий хода доменной плавки.
Для построения нейронной сети выбрали
следующие параметры:
– содержание в дутье кислорода;
– расход природного газа;
– расход пара на увлажнение;
– температура горячего дутья;
– содержание в шихте FeO, MgO, Al2O3;
– основность шихты;
– содержание в агломерате фракции 0-5 мм;
– истираемость (М10), прочность на удар
(М25),
реакционная способность (CRI), горячая прочность (CSR) кокса;
– интенсивность по сырью.
Выходным параметром служил коэффициент
сопротивления шихты в нижней части печи, вычисленный по преобразованной
формуле Стефановича М.А.
где:
Pд – давление горячего дутья, кПа; ∆Pн – нижний
перепад давления газов, кПа; Vд – расход холодного дутья, м3/мин
на 1 м3 полезного объема печи.
В
результате исследований выбрали сеть с минимальными значениями ошибок (рис. 1).
Рисунок 1 – Структура нейронной сети для
определения коэффициента сопротивления в нижней части печи
Представленная нейронная сеть построена на
основе многослойного персептрона. Она состоит из четырех слоев: входной
образованный 14 нейронами, первый скрытый – 13, второй скрытый – 6 и выходной –
1 нейроном.
Обучение нейронной сети проводили на
основе базы данных, в которую вошли суточные сведения обо всех параметрах. Для
обучения модели приняли алгоритм обратного распределения. На сеть подавали
входные сигналы, которые распространяясь по ней, обрабатываются по определенным
правилам и выдают некоторый выходной параметр. Затем он сравнивается с
фактическим значением и вычисляется их разница, которая передается обратно от
выходного к входному слою. Происходит обновление весов. Путем повторяющегося
обучения на множестве фактических данных происходит последовательное
приближение к оптимальным значениям весов. Конечная цель состоит в нахождении
минимума функции ошибки [2].
Тестировали модель на адекватность,
используя данные, не входящие в обучающую выборку, а, значит, неизвестные сети.
Критерием адекватности служит “Отношение стандартов”, которое представляет
частное от деления стандартного отклонения ошибки и стандартного отклонения
данных (табл. 1). Чем ниже это отношение, тем выше оценивается работа сети [2].
Средняя относительная ошибка прогноза составила 0,28, максимальная из всей
выборки – 2,82 %.
Таблица 1
Результаты сравнения фактических и
прогнозируемых данных
|
Наименование показателей |
Значения |
|
Относительная
ошибка прогноза: средняя
максимальная |
0,28 2,82 |
|
Отношение
стандартов |
0,1 |
|
Корреляция |
0,99 |
Значимость факторов, входящих в модель,
оценили по величине коэффициента отношения [1] (табл. 2).
Таблица 2
Интервалы, полученные на печи в период ее работы с
коксовым орешком, в пределах которых производилось обучение сети и анализ ее
чувствительности к различным переменным.
|
Наименование показателей |
Значение |
Ранг |
Коэффициент |
||
|
min |
max |
Среднее значение |
|||
|
Содержание в дутье кислорода, % |
24,3 |
29 |
27 |
1 |
1,78 |
|
Расход природного газа, м3/т
чугуна |
84,5 |
131,9 |
120,5 |
5 |
1,20 |
|
Расход пара на увлажнение,
г/м3 |
0 |
12,2 |
6,1 |
10 |
1,08 |
|
Температура горячего дутья,
0С |
1103 |
1187 |
1171 |
2 |
1,44 |
|
Содержание в шихте, % FeO MgO Al2O3 |
7,4 1,52 1,97 |
10,62 1,72 2,29 |
9,11 1,63 2,19 |
13 8 3 |
1,01 1,13 1,36 |
|
Основность, %; |
0,93 |
1,09 |
1,02 |
12 |
1,04 |
|
Характеристики кокса, %: M10 M25 CRI CSR |
8,33 84,9 30,5 55,5 |
9,63 87 31,9 57,4 |
9,07 86 31,4 56,4 |
6 14 4 7 |
1,17 - 1,34 1,16 |
|
Содержание мелочи в
агломерате, % |
6,8 |
16,65 |
10,38 |
11 |
1,06 |
|
Интенсивность по сырью,
т/(м3 сутки) |
2,95 |
4,43 |
3,96 |
9 |
1,10 |
В столбце “ранг” проведено ранжирование
факторов. Согласно табл. 2 расход природного газа оказывает достаточно
существенное действие на
. Коэффициент влияния равен 1,78.
В зависимости от условий хода доменной
плавки имелось прямое и обратное влияние расхода природного газа на коэффициент
сопротивления шихты в нижней части доменной (рис. 2).
Согласно рис. 2 при низком содержании
кислорода (менее 25 %) увеличение расхода природного газа действовало в
направлении увеличения коэффициента сопротивления шихты в нижней части печи.
При содержании кислорода в дутье более 25 % действие расхода природного газа
имело обратный характер и сопровождалось улучшением газопроницаемости в нижней
части печи.
a
б
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента сопротивления
шихты в нижней части печи от расхода природного газа при содержании кислорода в
дутье 24,3 % и 29 %
Прямое и обратное влияние расхода природного газа на 
от концентрации
кислорода в дутье могло быть обусловлено действием этих параметров на
восстановление, плавление и шлакообразование. Концентрация кислорода в дутье
менее 25 % и расход природного газа менее 90 м3/т чугуна
обеспечивают нормальное распределение процессов по высоте печи. Повышение
расхода природного газа способствует увеличению протяженности зон плавления и
шлакообразования, что приводит к
увеличению коэффициента сопротивления шихты движению газов в нижней
части печи. Содержание кислорода более 25 % при низком расходе природного газа
приводит к сужению зоны плавления и шлакообразования, что способствует
наложению на них процессов восстановления. Это может сопровождаться
вспениванием шлака и вследствие чего ухудшением газопроницаемости материалов в
нижней части печи. Повышение расхода природного газа обеспечивает увеличение
протяженности зоны вязкопластичного состояния до нормальной высоты, что действует
в направлении снижения коэффициента сопротивления шихты.
Заключение
Влияние расхода природного газа на
коэффициент сопротивления шихты в нижней части доменной печи имело прямое и
обратное влияние в зависимости от содержания кислорода в дутье. Для эффективного
увеличения расхода природного газа требовалось повысить концентрацию кислорода
в дутье.
Библиографический список
1.
Хайкин С. Нейронные
сети. Полный курс. – М.: Вильямс. 2006. 1104 с.