Модель скоростного конвективного нагрева металла для использования в алгоритмах АСУТП

Технологические процессы обработки металлов в космическом машиностроении содержат такие обязательные операции, как подготовка исходного материала, его нагрев, прокатка и отделка. Нагрев металла перед прокаткой повышает его пластичность и улучшает физико-механические свойства. Повышенные требования применяются при обработке титановых и алюминиевых сплавов к температурным режимам первоначальных, промежуточных подогревов, отжигам, искусственному старению. Строгое соблюдение этих требований обеспечивает стойкость металла к высоким и низким температурам, вибрационным нагрузкам и воздействию радиации. Одним из актуальных направлений совершенствования технологического режима нагрева металла является внедрение современных АСУТП-печей, что, в свою очередь, требует энергосберегающих и обеспечивающих заданные требования к нагреву алгоритмов управления. Такие алгоритмы для правильного прогнозирования должны использовать математические модели процессов. Целью работы является создание модели для использования в алгоритмах АСУТП, которая позволит управлять скоростным конвективным нагревом металлических слитков. Для тестирования и определения границ применения расчеты по разработанной модели в обыкновенных дифференциальных уравнениях сравнивались с расчетами по эталонной модели, основанной на нестационарном уравнении теплопроводности. Рассматривался нагрев материалов с высокой и низкой теплопроводностью. Использовались аналитические и численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений; аналитическое и конечно-разностное решение третьей краевой задачи для уравнения теплопроводности. Предложена упрощенная модель нагрева материалов в печи скоростного конвективного нагрева, пост-роенная на обыкновенных дифференциальных уравнениях и позволяющая при работе в составе АСУТП рассчитывать скорости и режимы нагревов, оценивать равномерности нагревов слитков для предоставления этих данных оператору или для автоматического принятия решения об изменении подводимой мощности или изменении времени нагрева.