Planning of numerical and physical experiment in simulation of technological processes

Abstract

Информационные технологии и автоматизация в черной металлургии УДК 669. 168:541.11 ПЛАНИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОГО И ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Акбердин А.А., д.т.н, профессор, заведующий лабораторией «Бор» Ким А.С., д.т.н, главный научный сотрудник лаборатории «Бор» Султангазиев Р.Б., PhD, старший научный сотрудник лаборатории «Бор» ( sulrus83@mail.ru ) Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева (100009, Республика Казахстан, Караганда, ул. Ермекова, 63) Аннотация. Технологические процессы являются многофакторными. Выбор наиболее значимых из них для корректного анализа объекта исследований является важной задачей. Для такого ранжирования факторов исследователи обычно опираются на собственный опыт или мнения специалистов в этой области, оценивая их согласованность по математическим критериям. Однако при разработке нового процесса такой подход не может быть использован. В этом случае прибегают к экспериментальным методам отбора факторов. Но затратность, длительность, а иногда и невозможность использования этого метода очевидна. В настоящей работе использован другой подход. Было учтено, что термодинамическое моделирование является экспериментом, но только численным. Поэтому к нему можно применить метод математичес кого планирования эксперимента, позволяющий при одном расчете учесть влияние на целевую функцию более десятка факторов. Получаемые в этом случае частные зависимости показателей процесса позволяют без постановки физических экспериментов отсеять малозначимые факторы и оставить сильные. Другим важным преимуществом применения предлагаемого подхода является возможность оценки динамики изменения фазового и элементного состава продуктов плавки, порога реализуемости процесса по шихтовым и температурным условиям с контролем достоверности полученных данных по математическим критериям. Метод позволяет также вывести обобщенное уравнение зависимости контролируемого параметра процесса от всех влияющих факторов, что невозможно при обычном моделировании. Для иллюстрации такой подход применен в ходе разработки технологии производства ферробора карботермическим способом с использованием местного сырья. Термодинамическое моделирование выполнено с применением заранее отобранных расчетным путем факторов. Их же использовали при физическом моделировании процесса на высокотемпературной печи. Эксперимент подтвердил значимость отобранных теоретическим способом факторов. Применением метода планирования достигнуто также сокращение количества численных экспериментов в 25, а физических в 125 раз без ущерба для точности прогнозируемых данных. Использование изложенного подхода позволяет сопоставлением расчетных данных с результатами физического эксперимента разработать меры по приближению практических результатов к равновесным с применением сильно действующих факторов. Ключевые слова: термодинамическое и физическое моделирование, факторы, планирование эксперимента, уравнение регрессии, коэффициент детерминации.

Analysis of the Granulometric Composition of the Feedstock Influence on Mechanical Properties of Iron Ore Pellets

“…Consequently, an increase in the heating rate can manifest itself not only in the pellets strength decrease, but also in a change in their technological properties. The oxidation process during pellet heating is divided into lowtemperature (300 -500 °C), medium-temperature (500 -850 °C) and high-temperature (> 850 °C) stages [18,19].…”