Диференціальні коефіцієнти засвоєння в комп'ютерних системах проєктування і управління плавкою сталі

Анотація

В роботі виконано термодинамічний аналіз систем «метал-шлак» і «метал-шлак-газ» з використанням методу хімічних потенціалів Гіббса. Введено поняття диференціальних коефіцієнтів засвоєння (ДКЗ), що враховують всі перехресні ефекти впливу одних хімічних елементів в металі на вміст інших. Дано визначення ДКЗ як зміни маси i-го елемента в металі при додаванні одиниці маси j-го елемента в систему. Отримано аналітичні вирази для ДКЗ, що необхідні для ефективного вирішення зворотної задачі в системах проєктування і управління процесами плавки і легування рідкої сталі. Сформульовано специфічні вимоги до компонентів квадратної матриці ДКЗ щодо її дії на вектори валентностей хімічних елементів в шлаку і складу рівноважного металу і шлаку. Запропоновано спосіб перевірки використовуваних термодинамічних моделей багатокомпонентних розчинів в металі і шлаку за допомогою аналітичного обчислення ДКЗ. Введено поняття диференціальної концентраційної матриці (ДКМ) як похідної від ДКЗ, елементи якої дорівнюють зміні концентрації i-го елемента в металі при додаванні одиниці маси j-го елемента в систему. Показано, що ДКМ може бути використана для класифікації різних матеріалів за їх впливом на вміст кисню, сірки, фосфору та інших домішок в сталі в точці поточного стану системи «метал-шлакгаз». Отримано системи нерівностей з матрицями ДКЗ або ДКМ для оптимізації кількості матеріалів симплексметодом за умови гарантованого попадання в заданий хімічний склад напівпродукту або марочний склад сталі. Проведено аналіз можливого впливу технологічних і організаційних обмежень на рішення розширеної системи нерівностей. Наведено приклади практичного застосування ДКЗ в системах контролю сталеплавильного виробництва. Зроблено висновок, що використання ДКЗ є ключовою особливістю і необхідним елементом сучасних комп'ютерних систем проєктування та управління плавкою і позапічною обробкою сталі.