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日本高炉数学模型的改进及实际应用情况

日期:2011-2-14 下午 04:36:44人气:2286

    预测高炉操作状态的方法有许多,如有根据高炉整体和各部位的平衡学或热平衡和物质平衡进行预测的方法;有根据Rist线图、反应动力学和传输动力学的综合模型进行预测的方法等。这两种方法已广泛应用于在所给出条件下高炉能否操作的预测和高炉综合操作状态的研究,尤其是Rist线图现在仍被用于高炉各局部方面的研究。另一方面,在高炉实际操作及其操作设计过程中,不仅要掌握作为操作值在检测端显示的信息,而且要掌握在目前或在导入新操作条件下炉内的现象和分布,在此基础上还要使高炉操作避免有可能发生的问题。基于此因,根据传递动力学和反应动力学来预测炉内现象成为了不可缺少的预测手段。本文就根据反应动力学预测的高炉综合模型在最近几年的发展动向进行解说,同时就高炉综合模型在实际操作中的应用方法、存在的问题及其发展趋势进行了介绍。

  高炉模型的改进

  日本根据反应动力学和传输现象学的微分方程式来表示炉内现象的炼铁用高炉数值模拟技术起源于20世纪60年代鞭等人的试验研究。根据这种方法开发数学模型的流派因解析方法和边界条件设定方法的不同而不同。在80年代以前,有的模型研究是从扩大应用考虑现象和反应的研究;有的模型研究是考虑非稳定项的研究;还有的模型研究是将炉内沿半径方向进行分割,然后分别开发了应用一维模型的准二维模型,进而向二维模型发展的研究。这些模型研究在结合高炉解体调查结果后,不仅弄清了高炉内部现象,而且还可应用于鼓风压力变化的预测、临界燃料比的推定、点火和休风操作的研究、富氧鼓风炼铁工艺的解析等。

  虽然这些概念已被部分应用于羽田野和栗田的二维模型及杉山和须贺田的二维模型中,但日本钢铁协会特定基础研究会下属的“填充层中气、固、液传输现象专业委员会”在1989年到1992年的研究中指出了炉下部现象采用多相流处理的重要性,并在其后的高炉数学模型开发中,把考虑到异相间具有双相相互作用的多流处理作为基础概念而加以利用。另外,该研究会还提出了“四流体模型”的概念,即对于高炉内的流动物质,除了气体、固体和液体三态外,还把细粉料作为一个独立相进行处理。细粉料在物理意义上是固体,但其运动形态与装入料不同。根据这一概念的数学模型也正向二维、二维非稳定、三维、三维非稳定的模型展开。

  
最新的模型构成例

  在高炉数学模型开发中,一般是以多相流处理方法作为其基础框架开展多维模型和非稳定模型的研究。本文就近年介绍的高炉综合模拟模型中流动和双向流动相互作用的问题,介绍了一些研究人员采用尽可能严密解析的模型进行研究的概况。

  在高炉软融带下部区域中,除风口鼓风及风口回旋区内生成的还原气体、进入风口前燃烧带的焦炭颗粒和软融带中产生的铁水及熔渣外,同时还有未燃粉煤及焦粉流动。这些物质分别根据不同的流动机理进行运动,另外由于参与的反应系不同,各相都有不同的速度、温度和组成,并以异相间的速度差和温度差作为驱动力,再通过反应和相变化对动量、热能和物质进行交换。因此,在表示各相的流动、传热和传质的基础公式中应考虑其影响。

  这里所举的气体、固体、液体和粉体运动的许多解析法都是针对各相提出的,另外还提出了将各种解析法组合起来的混相流解析的方法。在以高炉的生产模拟作为对象进行考虑时,不仅要解析各相的流动,而且还要同时对传热、传质和反应进行解析。在传质解析中,由于各项由数种到数十种化学成分构成,因此基本上应将所有化学元素的守恒联立起来进行求解,应求解方程式的数量很多。但是,对于作为非连续相在层内运动的粉体和液体,可以采用Euler法来表示其运动;对于固体(填充颗粒群)的运动,可以采用流体近似法来表示,由此可以用统一形式的守恒式来表示所有的宏观现象,并能应用相同的解析法。   在解析过程中,虽然应考虑的化学元素会因作为操作条件和解析结果所需信息对象的不同而不同,但在这些研究模型中,对于气相、固相、液相和粉体相,能考虑代入成分的最大值分别为12、12、9和19。

  在实际解析时,使用与高炉的形状和内部区域分布相对应的连续曲线坐标,通过变换该曲线坐标系中的直角坐标系,采用容量控制法将上述表达式变形离散后,作为一组代数方程式,并在给出适当的初期条件和临界条件后进行联立求解,由此计算出炉内的温度和浓度等各变数的分布,并推定出高炉的操作状况。

  模型解析的应用实例

  1 喷煤量影响的解析

  Adilson等人用数学模型解析了风口喷煤量对炉内状况和操作值的影响,并对数学模型的妥当性进行了验证。根据喷煤比为100kg/thm、200kg/thm和250kg/thm时炉内温度的解析结果和测定结果的比较可知,在喷煤比为250kg/thm的情况下,虽然能看见高温区域的高度有一些差异,但高温区域在炉中心轴附近会迅速升高至炉上部,对于这一变化趋势和整个温度面的变化,解析结果能较好地再现测定结果。随着喷煤比的增加,炉内的温度分布会总体向上方移动,这一变化趋势也能较好地再现出来。表1示出主要操作值的比较。在这一系列解析中,鼓风温度、流量和装入料的分布等作为实际高炉操作中的可操作因素,成为了输入模型的参数,除此以外的参数,包括反应速度参数在内都可以采用相同的值。从结果来看,虽然CO的煤气利用率的推定误差变得稍大,但总体说来所获得的参数满足了作为高炉模拟装置所要求的精度。也就是说,原燃料的还原性和反应性在不同期间有可能是不同的,在考虑这些情况后,通过变换参数,有望进一步提高精度。

  2 废钢的装入

  废钢不是作为炼铁时还原所需的能源而添加,只是作为熔化所需的能源而添加,因此从炉上部装入废钢或金属铁时,有望提高高炉利用系数和降低燃料比。

  Austin等人以高炉装入废钢的操作为对象,不仅研究了废钢的装入量,还研究了炉料从炉顶装入时的分布。

  解析时设定了内容积为4900m3高炉的鼓风流量8750Nm3/min、焦比450kg/thm、喷煤比57kg/thm为基准条件。此时的日出铁量为8000t。关于装入料的粒度分布,矿石为15~40mm、焦炭为35.5~60mm、废钢为25mm。研究了三种废钢装入方法,即中心装入法、均匀装入法和周边装入法。

  计算了在铁水温度一定的条件下废钢装入量对各种操作值影响。解析时,将废钢/矿石比例保持在固定值,调整了焦炭量对矿石和废钢总量的比例,以使铁水温度保持一定。如果增加废钢对矿石的比例,无论采取何种废钢装入法,都有提高生产率、降低焦比的趋势。随着废钢比的增加,炉顶煤气利用率有逐渐减小的趋势,而炉顶煤气温度则会随废钢比的增加而呈下降的趋势,装入炉中心附近的废钢量越多,这种趋势就越明显。在采用中心装入法的情况下,风口回旋区的温度呈急剧下降的趋势。

  在把废钢作为原料装入时,只有替代矿石部分的废钢不需要还原,脉石成分熔化所需的能源和碳可以用废钢来替代。另外,在炉身部随着装入料中所含矿石比例的减少,因还原而消耗的CO量会减少,能确保CO的浓度。由于矿石进行的还原为间接还原,因此直接还原所消耗的碳量会减少。由此可以认为,随着废钢装入量的增加,燃料比会减小。关于煤气利用率下降的原因,可以根据矿石在炉身部还原所消耗的CO量减少得以说明。关于炉顶煤气温度下降的原因,可以认为这是由于随着废钢装入比例的增加,从炉顶装入的总装料量会增加,造成炉身部热流比增加所致。尤其是,在采用中心装入法的情况下,由于炉身中心部主要是温度较高的煤气在流通,因此当中心部装入大量废钢时,其影响就变得明显起来。

  3 炉顶煤气再循环

  炉顶煤气再循环操作是把吹入炉内的热风部分置换成炉顶循环煤气,再从风口吹入的方法。在炉顶煤气循环量增加的情况下,由于流入炉内的氮量减少,因此反应气体的浓度会相对增加,同时因碳的循环会使碳在炉内的实际滞留时间延长,从而有可能提高碳的利用率,减少CO2向大气中的排放量。关于这种操作法,以前在小型高炉上进行了实验研究。有报告指出,一面从炉顶煤气中去除CO2,一面将其循环,并进行富氧鼓风,可以增加出铁量,降低燃料比。关于炉顶煤气循环,Austin等人采用数值实验法对三种循环法进行了研究。第一种方法为单纯置换法,它将鼓风流量保持一定,并将其中一部分单纯置换成炉顶煤气。第二种方法为富氧化置换法,它与单纯置换法一样,把一定比例的鼓风置换成炉顶煤气,而且还在鼓风中添加了氧,以使吹入炉内的风保持一定的氧量。但是,即使在这种情况下,鼓风的总流量仍保持不变。第三种方法为HGR置换法,它与富氧置换法一样,一面将氧流量和鼓风流量保持在一定,一面按一定的比例将鼓风置换成炉顶循环煤气,采用这种方法时应将炉顶煤气中的CO2去除后再循环。与废钢装入时一样,在解析过程中采用了限制条件,即在计算中反复变更O/C比,使铁水温度保持一定。

  对循环气体比例对高炉操作的影响进行了研究。在采用把炉顶煤气单纯与鼓风混合的单纯置换法的情况下,虽然循环的碳量会增加,但与此同时由于CO2被吹入风口前的燃烧带会产生碳素溶解反应的吸热,因此燃烧带的温度会下降。为补偿铁水温度的随之下降,不得不减少矿石的加入量,因此出铁量会减少,燃料比会增加。由于装入料中矿石比例的减少,装入料在炉内的下降速度降低,热流比增加,因此炉顶煤气温度呈上升的趋势。另外,受风口吹入的CO和CO2影响,校正煤气利用率也呈下降的趋势,即单纯在鼓风中混合炉顶煤气再循环的单纯置换法会降低高炉的效率。

  在鼓风过程中循环炉顶煤气时,即使在采用富氧化置换法的情况下,随着循环气体吹入比例的增加,高炉利用系数会下降,燃料比会增加,但其影响比单纯置换法更小。其它操作值也与单纯置换法一样呈相同的趋势。在采用富氧化置换法的条件下,为达到与不进行炉顶煤气再循环基准条件相同的操作效率,因此有必要进行更多的富氧操作。

  采用在鼓风中混合去除了CO2后的炉顶煤气的HRG置换法时,随着循环气体在鼓风中混合比例的增加,出铁量会增加,燃料比会下降。其效果与不进行循环的基准条件相比,最大出铁量有望提高大约25%,燃料比有望下降大约20%。煤气利用率也会随循环气体比例的增加而上升。虽然提高这一操作效率的趋势也与Tseitlin等人的研究报告是一致的,但看不到他们介绍的那种改善程度。但是,通过优化调整装入料的分布和原料性状等,就能够进一步提高操作效率。

  在采用各种置换法进行解析的最大置换率条件下,炉内温度分布的解析结果和基准条件时的情况表明,在基准条件下,在距炉缸中心死料柱上部边缘大约一定高度的地方形成了一定厚度的软融带(该软融带定义为1473K~1673K之间的区域)。采用单纯转换法时,在炉中心附近,软融带会上升到炉的上部,整个软融带的厚度变得非常厚。在采用这种单纯转换法的条件下,尽管出铁量会减少,即装入料的流通量会减少,但软融带厚度会迅速增大,这是由于从风口回旋区释放气体的移动显热量少,熔化生成的铁和渣所需时间增大的缘故。即使采用富氧转换法,也会产生同样的趋势,但这一趋势比单纯转换法的稍稍平稳。

  采用将循环气体中的CO2分离后混入鼓风中的HRG置换法时,虽然软融带厚度比基准条件时的稍厚一点,但炉内的温度分布与基准条件时的基本相似。另一方面关于矿石还原率的分布,在基准条件下,还原在软融带下端附近结束,而采用HRG置换法时,还原在1273K等温线附近才结束。从这一部分到软融带上部边缘只有装入料被加热,没有发生反应和相变化。如果能通过降低炉内填充层高度来压缩该惰性部分,就有可能减少炉墙的热损失量,进一步提高操作效率。

  4 根据推算结果的系统解析

  前文介绍的过程解析表明,不论采用何种方法,只要调整操作条件,就有望提高效率,如提高高炉利用系数和降低燃料比等。我们根据上述的解析结果和从风口吹入天然气的操作,在采用数学模型所得的操作状态预测值的基础上,研究了这些高炉操作条件变更对炼铁系统的热平衡和物质平衡的影响。这里所指的炼铁系统由高炉、焦炉、CDQ、烧结机和热风炉构成,根据解析所得的高炉的焦炭、矿石、粉煤的使用量和鼓风条件,通过变更系统内各工序的处理量,计算出了作为整个系统所需的原料、能量和二氧化碳排放量等。另外,此时高炉炉顶的煤气组成,即发热量会因操作条件不同而变化,因此调整了炉顶煤气所含燃料气体的组成和流量,以便使各工序中的每单位处理量的热态条件保持一定。

  其结果表明,装入废钢之类的还原铁可以同时减少能源消耗量和二氧化碳排放量,有望能起到减少对环境负荷的即时功效性。另外,使用天然气之类的含氢燃料对于减少二氧化碳的排放量有很大的作用。

  高炉数学模型在实际操作中的应用

  尽管高炉数学模型的构成和使用例子是以一般杂志性的论文形式而发表,但在采用实际高炉生产的企业却在各方面对高炉数学模型加以利用。高炉数学模型的最基本使用法就是对模型进行设定或把实际生产中的操作条件作为解析的初期条件和临界条件输入模型,然后进行数值解析。由此计算出的结果具有与给出条件下的高炉内部状况和操作状况相对应的迈向最终操作状况的过渡特性,或具有与这些初期状况所给出的最终临界条件相对应的迈向最终操作状况的过渡特性。通过此研究能进行新操作条件的设定和操作条件变更时操作安全性的验证。因此,可以认为这种利用法有助于高炉的短、中期操作设计和操作计划的研究,它是根据装入料分布、原燃料特性、鼓风条件等种种操作条件变更而产生的操作条件的变化进行设计和研究的。

  以前所介绍的根据动力学和传递现象学建立的模型基础式基本上是根据热平衡、物质平衡和动量平衡来解析的,由这些解析所得的结果对整个热平衡和物质平衡来说具有十分高的精度。而且关于流动解析法和所使用的速度常数,在采用时也进行了充分的预先研究和验证,即使其中的一部分采用了简化的方法,但解析结果也具有一定水准以上的定量性。因此对操作状况进行预测的方法,如将纯粹操作条件的变更归结相反的几种现象的操作状态预测方法与数学模型开发的原本目的也相符,因而非常有效。但是,关于铁水中微量元素的浓度,考虑到若能在其溶解过程中从动力学上达到平衡,就有望得到相应的预测精度,但当它受动力学支配时,就无法获得将预测结果用于定量研究的精度,这是目前的状况。这不仅是由于可应用于数学模型的有关反应机理和反应速度的信息量不足的缘故,而且还由于在炉下部等形成了温度和浓度梯度陡坡的反应场所中反应物质的流动区域、流量和滞留时间的分布预测精度及其验证目前尚不充分所致。在如上所述的模型利用法中,为扩大数值解析的应用范围和解析的现象,有必要提高模型解析的预测精度。因此,各种现象的解析及其现象的定量化和公式化是不可缺少的,其中很多与炉下部的多相现象有关,有待于从实验和理论上进行解释明白。它包括如下几点:

  ●炉内流动的粉体及液体的动态、静态滞留量的分离和两者的质量交换速度;
  ●装入料的劣化和粒度的减小及随之发生的粉化速度;
  ●嵌镶状多的成分和复合物的溶化行为和溶化速度;
  ●微量成分在铁水中的溶解速度;
  ●液体、粉体间的相互作用;
  ●渗碳的机理和速度;
  ●炉缸中心死料柱的更新机理、更新速度和填充构造(无渗透层和积蓄)。

  对于上述几点,目前正在进行研究的课题有“利用文部科学省科技振兴调整费进行的有关能耗减半和环境负荷最小化的高炉创新炼铁反应研究”和“日本钢铁协会进行的旨在使CO2发生量最小化的高炉临界现象控制研究”。用公式表示这些未解释明白的现象时,如果增加模型中应考虑现象的数量,或提高所使用的子模型的精度,也能提高用数学模型解析高炉操作的精度,但与此同时,由于计算工作量增大,因此数值解析所需的时间也将增加。另外通过数学模型的多维化和非稳定化,也提高了解析精度,但描述模型的程序也随之变得复杂和庞大。另一方面,最近计算机计算速度已达到异常的迅速,采用一般的台式电脑,即CPU为1GHz的32位处理器就能进行大约90×25个组合数的二维稳定解析,一般只要20分钟左右就能够获得结果。另外,如果考虑到近来计算机计算性能的提高,即CPU和存储功能的不断提高,在模型开发时还有必要考虑到在操作现场就能“当场”应用数学模型计算结果的想法。

  为在现场利用模型解析,有以下两种方法:一种是与以往的方法一样,先将特定的条件输入模型,然后对该结果所得的过渡特性和稳定解析进行研究;另一种是逆解析法,它根据操作中出现的变化和更改,对炉内状况或未来的操作状况进行预测。前者是应用于较短期的预测,即确保变更操作后的稳定状态,确认在伴随变更的变化过程中发生的问题或目前稳定操作的持续性等。后者是根据推定的内部状况及其变化,研究未来的操作设计,以避免炉况不顺和保持高炉效率。为实现上述目的,可以采取以下几种应用方法:一种是在模型中给出根据实际生产条件所设的临界条件、计算模型中的某些参数(例如,软化熔融特性和软熔带位置等),以便能再现操作中所得的各种测定值,并根据所得的内部分布和以此为出发点的非稳定解析来研究操作的方法;另一种是把预先进行的各种各样条件下的解析结果整理成数据库,然后根据测定的操作值通过某些已知系统加以利用的方法。采用这些应用方法都能使操作中时时刻刻变化的测定值与模型的预测值相对应。虽然在高炉操作参数中有不少是变化的和响应的时间常数或大或变动范围只有一点点,但即使在这种条件下,为了能进行相当长时间的准确预测,因此提高模型的定量性是不可缺少的条件。为提高模型的定量性,除了对上述所举的未弄清的现象进行解析和研究外,当然还应提高模型内与反应和物性值有关的参数的预测精度。另一方面,为实现“当场”解析,现场所使用的语言和指标与实际输入模型的数字或作为结果而输出的数字相吻合也是很重要的。例如,关于装入料的稳定性,有很多是采用JIS法来表示,还有很多是各公司用各自规定的CRI和RI这一指标来表示的,但有必要明确这些指标与组合到模型内的反应子模型中的参数之间的相互关系,从而能在反应速度因素中正确地反映出原燃料所具有的反应特性。

  关于实际检测端信息和解析结果吻合的问题,以前所发表的一般性高炉综合模型的构成仍有改善的余地。例如,铁水和炉渣温度对高炉铁水的质量来说很重要,尽管检测端的信息对表示高炉操作状况很重要,但作为高炉操作的综合数学模型,除了Takatani等人的模型是把渣面以下的炉缸作为完全混合槽进行处理外,其它很多模型是把从炉底部的渣面到炉顶部的装入料表面的范围设定为解析的对象区域,因此无法根据模型解析的结果来直接表示铁水和炉渣温度。炉内软融带产生的铁水和熔渣一面从炉下部的焦炭填充层中滴下,一面被加热,并根据温度和流量在水平方向的分布流入炉缸。这些液体到达炉缸后会因炉底部的填充结构和出铁渣及条件的不同,在无焦空间的形成和消失所产生的驱动力的驱动下从出铁口排出。铁水的流出温度取决于铁水流出期间伴随着流体在填充层中的流动而发生的流体混合和通过炉底和炉墙而产生的热放散,在检测端能检测出温度。因此,有必要将检测端的铁水和熔渣温度的信息与模型的解析结果进行对照,此时必须对考虑到炉缸传热的金属液流动性的模型进行合并。Takatani等人的模型能较好地再现铁水温度。该模型采用考虑到炉墙热损失的完全混合槽来再现炉缸的铁水温度。而且他们还指出采用炉墙损毁推定模型解析按时间顺序进行的(准稳定状态的连续)炉缸部金属液流动性时发现,流入铁浴的铁水流量在水平方向的分布对炉底最终损毁形状(即,炉底耐火砖内的温度分布)的影响小。包括该模型在内,80年代进行的炉缸金属液流动性解析所采用的模型基本上是对固定的铁水面和单相的稳定流动性进行假设。但是,大家知道铁水和炉底间的总传热系数在没有金属液流动(即使是一点点流动也没有)和有金属液流动的情况下都会发生大的变化。因此,可以认为在假设稳定流动性的解析中,总传热系数是包含非稳定性传热的参数,它是因出铁槽更换导致炉底部铁水流动和流动停止而产生的。为准确预测总传热系数与不同出铁图形的对应性和铁水温度,因此有必要考虑这种非稳定流动传热的参数。

  最近正在开发考虑到炉底部铁、渣界面和表面移动的非稳定流动解析模型。虽然目前该模型只考虑流动解析,但所采用解析方法能预测作为出铁参数之一的出渣率(出渣时间在出铁渣时间中所占的比例)。包括以往的炉缸流动解析法在内,该炉缸部流动解析模型采用了与高炉综合模型基本相同的方法进行解析。将来通过在该模型中增加传热,并与综合模型连接起来,在增加模型解析结果和实际操作值对比项目的同时,有望开发出高精度预测出铁渣温度的方法。

  在此之前所介绍的有关提高模型精度的项目基本上是以前模型开发的延伸,但在实际高炉中,因固体、液体和粉体的非连续性和随机过程的混入,因而会导致各检测端的信息发生变化,例如,悬料、坐料、崩料和风压变化等。包括我们研究的模型在内,由于许多高炉模型都是把这些非连续相作为准连续相进行处理,或采用Euler法来表示非连续相的运动,因此采用非连续性模型和随机过程模型处理可使非连续相的运动达到了均衡。关于这种现象,一部分暗示着根据流通阻力和压力损失等的预测值能够预测炉况发生不顺的可能性,但无法直接预测现象本身产生的原因。因此采用以往法的模拟结果是,尽管能对稳定操作进行预测,但无法消除因物质的非连续性运动而产生的变化。在实际操作中,尽管炉况在外表上稳定,但作为炉况变化的前兆,仍发生因物质的非连续性运动而产生的变化。

  从数学模型在实际操作中应用的观点来看,可以认为物质的非连续性和随机过程的导入在今后的模型开发中占有重要的位置。对于包括这种非连续性和随机过程在内的现象,例如粉粒体形成桥接的现象,其发生场所和发生时间在很大程度上受概率论的支配,现象本身的发生原因还有很多未弄清的问题。关于解析法,既有在某种程度上确立了粉粒体运动现象的解析法,如DEM(离散单元法),还有填充层中不饱和液体运动现象的解析法,但这种解析法不仅尚未确立,而且现象本身的发生原因尚有未弄清的东西。这些现象被认为是控制高炉各种临界状态的现象,日本钢铁协会的研究会也将这种现象作为研究课题进行研究。
                    
    表1  操作参数的计算值和测定值的比较            
  ——————————————————————————————————————————
  操作参数          PCR:100kg/hm            PCR:200kg/hm          PCR:250kg/hm
                测定  计算 误差 ,%     测定    计算  误差,%   测定  计算  误差,%
  ——————————————————————————————————————————
  生产率,kg/s  96.8  98.2    2.8       106.5   107.0     0.5     78.8  96.4     1.4
  焦比,kg/hm    381   388    1.8        31.3     310     0.9      291   291     0.1
  渣比,kg/hm    270   255    5.5         261     255     2.3      265   272     2.6
  气体,K        443   465    3.8         514     549     6.8      -     -      -
  ηCO,%      51.3  56.0    9.1        50.6    53.0     4.7     49.2  52.0     5.6
  ——————————————————————————————————————————

  对于非连续相的行为,如果要采用跟踪粉粒体运动的DEM之类的解析法来表示非连续相的运动,就必须跟踪大量的各种要素(颗粒和液滴)变化行为。关于采用DEM解析颗粒运动的方法,还有的提出根据摩擦和力学特性来减少作为解析对象的要素数量,但高炉的装入料本身就是传热介质和反应物,在对它们进行解析的同时,采取减少计算要素数量这种办法不一定适用。另外,采用这种解析法所得的解析可以详细说明包括非连续性和随机过程在内的整个现象中的瞬间发生的局部现象。相反,为说明操作的时间和空间尺度,所需要的信息量和计算量之大可能是目前作为主要解析法所无法比拟的。为减少计算工作量,也许还应采取某种方法使空间和时间达到均衡化。不管怎么说,在高炉模型中采用这种非连续性和随机过程与以往的模型开发方向有很大的不同,也许有必要将其作为高炉模型试验的范例。

  关于高炉模型在实际操作中的展开和应用范围扩大的研究,在此之前主要是从提高模型自身精度和模型构成的方面进行介绍。以前开发的模型很多都是由擅长计算机和计算语言的研究人员和技术人员进行开发、利用。由于输入数学模型的数据一般采用数值或数学公式的形式进行输入的,因此为用数学模型进行操作模拟,只要准备输入数据就可以,但还必须具有相应的数学、反应动力学或计算机语言等方面的知识。从这一点看,它也是影响高炉数学模型扩大应用的障碍之一。换言之,为在高炉操作现场能简便应用数学模型,因此需要有一种能简单、迅速地将用户想要研究的条件传递到数学模型中的方法,即需要一种能把用户的要求转换成数值式输入信息的用户界面装置。这种装置的开发也与模型自身的高精度化一样是一个重要的课题。

  上所述的今后模型开发方向示于表2。只要能解决这些课题,数学模型有效应用于高炉实际操作现场的机会就会大增,希望能尽早采取措施。
    
    表2   未来高炉模型改进的重要课题
  ———————————————————————
    课题                措施                      
  ———————————————————————
  提高精度      将未弄清的现象公式化        
                例如,渗碳                  
                粉体和液体的动态/静态分离
                炉缸中心死料柱的更新   
  ———————————————————————
  扩大应用      工业反应指标和比例参 数的量化
  应用简单      开发友好用户界面 
  ———————————————————————

责编:黄秀声 来源:世界金属导报

数据来源:http://www.csteelnews.com/101392/101430/27976.html

 

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