Металлургическая теплотехника и теплоэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
On the problem of modeling temperature fields in bodies with variable boundaries
Статья научная
Introduction. When melting, solidifying and oxidizing a metal, the problem arises of calculating the temperature field in areas with time-varying boundaries. Usually, to solve the heat equation in such cases, the method of catching the boundary into a node of a spatial grid is used, which necessitates the use of a variable time step in calculations, in addition, the number of spatial nodes will also be variable. All this leads to a change in the amount of computational work. However, in many cases the method of grids with moving nodes may be more preferable, in this case there is no need to change the number of spatial nodes and the time step. Purpose of the study. Develop an algorithm for approximating the convective boundary condition for grids with moving nodes. Materials and methods. The analysis and generalization of literature data on the problem is carried out. It has been established that the direct replacement of derivatives in the boundary condition by finite differences leads to a large error in calculating the surface temperature and, as a result, the entire temperature field of the body. When using a grid with a constant spatial step for a finite-difference approximation of the boundary condition, one can use the Beck formula. There is no formula similar to the Beck formula in the literature for meshes with moving nodes, so the problem arises of determining such a formula. To solve the stated problem of approximation, the method of heat balance for an elementary cell near the surface of the body is applied. Results. An analogue of the Beck formula for grids with moving nodes is found. The obtained finite-difference formula was tested, including with the help of a computational experiment. Conclusion. The obtained formula for approximating the convective boundary condition for grids with moving nodes can be a kind of addition to the theoretical foundations of the method of grids with moving nodes used in practice for calculating temperature fields in areas with variable boundaries; its application makes it possible to increase the accuracy of calculating the temperature field of a body.
Бесплатно
Влияние наконечника на обратные токи закрученного дутья в фурме TSL
Статья научная
В представленной работе показаны исследования влияния конструкции наконечника на работу фурмы TSL. Использование и анализ результатов более 400 млн измерений контролируемых показателей плавки позволило прийти к заключению о видимом и значимом влиянии на особенности работы фурмы и её наконечника от дутьевых параметров плавки, которые, в свою очередь, влияют на величину эффективной крутки. Понимание особенностей закрученной струи, формирования дутьевого факела и воронки в расплаве позволило сделать обобщения данных и выявить зависимости работы фурмы с использованием предложенного математического аппарата. В ходе исследований на действующей печи в реальном режиме плавки в течение многолетнего периода наблюдений было изучено влияние на технологические показатели плавки и рабочую кампанию фурмы TSL конструктивных особенностей наконечника: длина, диаметр и пережимы. Контроль параметров дутья позволил выполнить оценку эффективной крутки дутьевой смеси и её влияние на работоспособность наконечника с целью обеспечения заданных режимов плавки и максимально повышения кампании работы фурмы. Исследования влияния длины и формы наконечника показали, что требуемая его минимальная длина должна быть на уровне 350–400 мм. Уменьшение длины наконечника до меньших размеров ухудшает параметры технологического процесса, снижает производительность печи и может приводить к выбросам расплава в результате его передува и вспенивания. Большая длина наконечника приводит к неудобствам в обслуживании фурм, в переходе фурмы в режим прямоточного дутья изза резкого уменьшения эффективной крутки, что негативно отражается на производительности печи и кампании наконечника. Пережим в устье наконечника, несмотря на теоретические преимущества, не дал видимых и контролируемых результатов в изменении работы печи. Теоретические расчёты по изменению диаметра наконечника показали сомнительную значимость этого мероприятия в связи с возрастанием вероятности попадания расплава в устье фурмы при постоянных колебаниях дутьевых параметров, приводящих к постоянно меняющимся параметрам крутки.
Бесплатно
Влияние формы и термической массивности тел на эффективность аккумуляционных процессов
Статья научная
При конструировании регенераторов и огнеупорного ограждения металлургических агрегатов для решения вопроса энерго- и ресурсосбережения большое значение имеют аккумуляционные процессы. В область рассмотрения попадают все регенеративные теплообменники, процессы тепловой обработки различных материалов - отжиг нерудных материалов, термообработка слоя металлоизделий, подогрев скрапа перед загрузкой в сталеплавильный агрегат. В работе представлены в обобщенном виде решения уравнения теплопроводности тел трех канонических форм: безграничной пластины, неограниченного цилиндра и шара, для которых приведены основные характерные параметры расчета теплового режима. Определены условия сходимости ряда, представляющего решение для температурного поля тел, и безразмерное время наступления регулярного режима, на основе чего предложена номограмма для определения количества аккумулированной теплоты. Также предложены аппроксимации для определения критических чисел подобия с учетом формы тела и его термической массивности. Рассмотрен один вариант практического применения предложенной номограммы.
Бесплатно
Идентификация математической модели нагрева слябов в регулярном режиме
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности процесса нагрева металла в методических печах задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения их систем управления, в частности, контура обратной связи по температурному состоянию нагреваемых заготовок, является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть особенности решения задачи параметрической идентификации модели нагрева в условиях регулярного теплового режима, имеющего место в томильных зонах методических печей. Материалы и методы. Проанализировано математическое описание процесса нагрева слябов в регулярном режиме. Применено линеаризующее преобразование уравнения, описывающего изменение во времени доступной для инструментального контроля температуры поверхности нагреваемой заготовки. Это позволило, в том числе и с помощью метода наименьших квадратов, найти явные аналитические решения рассматриаемой задачи идентификации. Результаты. Получены алгоритмы идентификации моделей внешнего теплообмена металла при условии наступления регулярного теплового режима, при этом рассмотрены случаи как симметричного, так и одностороннего, а также и несимметричного нагрева. Показано, что точность оценки искомых параметров зависит от погрешности установления регулярного теплового режима. Исследовано влияние систематической и случайной погрешностей измерения температуры поверхности на точность определения параметров теплообмена. Установлено, что случайные ошибки измерения практически не оказывают какого-либо заметного влияния на точность оценки параметров теплообмена, если для этого используются алгоритмы, полученные на основе точечного или интегрального метода наименьших квадратов. Систематическая же погрешность измерения не существенна лишь в том случае, если ее величина не превышает 20 град., ошибка расчета температурного поля металла по настроенной на реальный процесс модели при этом не будет превышать 25 град., что, как правило, приемлемо для практики. В этом случае с такой же погрешностью будет определяться и наибольший перепад температуры по сечению металла. Показано, что если для идентификации параметров теплообмена использовать точные данные о температуре поверхностей, а для последующего контроля наибольшего перепада температуры допускать измерение с погрешностью, то эта погрешность не должна превышать 25 град. В этом случае погрешность оценки всего температурного поля сляба также не будет превышать 25 град., однако погрешность определения наибольшего перепада составит уже только 20 град. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) методических печей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В системах автоматизации металлургических печей широко применяются релейно-импульсные регуляторы, содержащие в своем составе исполнительные механизмы (ИМ) постоянной скорости. В данной работе рассматривается задача формализации процедуры настройки широтно-импульсного модулятора (ШИМ), работающего в составе такого регулятора. Структура ШИМ содержит сумматор, интегратор и трехпозиционный релейный элемент (РЭ), имеющий зоны возврата в левой и правой частях его характеристики. Цель исследования. Установить зависимости скважности и периода следования импульсов от характеристик структурных элементов ШИМ. Оптимизация настройки ШИМ способствует как повышению качества переходных процессов в системах автоматического регулирования, так и улучшению их режима работы, что в конечном счете приводит к повышению эффективности работы печей. Материалы и методы. Выполнен обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме. Проведен физико-математический анализ процессов, протекающих в указанной структуре ШИМ. Результаты. Установлены зависимости, описывающие режим работы ШИМ от параметров содержащихся в нем элементов. В частности, показано, что с увеличением зоны возврата, а также и постоянной времени интегрирования интегратора период следования импульсов однозначно растет, а вследствие этого частота включения исполнительного механизма снижается. Вместе с тем с увеличением уровня выходного сигнала РЭ период уменьшается, а частота включения исполнительного механизма, наоборот, увеличивается. Показана привлекательная рациональность используемого в регулирующих микропроцессорных контроллерах типа РЕМИКОНТ подхода к задаче широтно-импульсной модуляции. Заключение. Полученные соотношения могут быть использованы для алгоритмизации процедуры настройки рассматриваемого типа ШИМ, что способствует повышению как качества регулирования технологических параметров металлургических печей, так и снижению износа исполнительного механизма и его пуско-регулирующей аппаратуры.
Бесплатно
К проблеме анализа и синтеза регуляторов в системах автоматизации металлургических печей
Статья научная
Введение. Качественная реализация металлургических и иных технологий в настоящее время совершенно немыслима без автоматизации. Поэтому задача построения высококачественных систем автоматического управления технологическими процессами в металлургической и других отраслях промышленности является в настоящее время вполне актуальной. Цель исследования. Найти формализованное решение задачи выбора структуры и настроек автоматических регуляторов применительно к регулируемым участкам со свойствами и характеристиками, которые наблюдаются прежде всего в металлургических печах. Материалы и методы. В статье проведен анализ современного состояния проблемы, указаны характерные особенности известных в литературе методов решения данной задачи, в частности, регуляторов с моделью и с управлением по прогнозу. Установлено, что нельзя признать окончательно решенной проблему выбора и настройки автоматических регуляторов. Результаты. Предложено решение задачи структурно-параметрического синтеза регуляторов по эталонной передаточной функции замкнутой системы, выбор которой детально обоснован в работе. Указано, что данный подход дает однозначные ответы на вопросы о том, какой регулятор следует использовать для данного объекта управления и каковы должны быть его настройки. Это является весьма значимым достоинством предлагаемого решения. На основе проведенных исследований показано, что сконструированные таким образом для металлургических объектов системы автоматического регулирования (САР) обладают должными запасами устойчивости и приемлемым качеством переходных процессов. Для случая неформализованного выбора типа регулятора из ПИД-семейства разработаны процедуры численной оптимизации его настроек по дифференциальному уравнению объекта управления, параметрическая идентификация которого может быть проведена как по экспериментальной кривой разгона, так и по экспериментальной переходной функции работающей замкнутой САР. Приведены результаты настройки ПИ-регулятора давления в рабочем пространстве методической печи. Для объектов управления, оснащенных позиционными исполнительными устройствами, замена которых часто не выгодна по тем или иным соображениям, решена задача численной настройки двухпозиционных и трехпозиционных систем автоматического регулирования. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при конструировании современных САР локальных параметров в металлургической и других отраслях промышленности.
Бесплатно
К решению задачи контроля температуры металла в АСУ ТП методических печей
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача совершенствования автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: установить наиболее рациональные способы и процедуры решения задачи контроля температуры металла в рамках АСУ ТП методических печей. Материалы и методы. Выполнен анализ и обобщение литературных данных по проблеме. Посредством физико-технического подхода определены приемлемые технические структуры подсистем контроля. Результаты. Рекомендована система, включающая как датчик температуры кладки или температуры рабочего пространства в зоне, так и два пирометра, один из которых свизирован на металл, находящийся в начале зоны, а второй - на ее конечном участке. Такая система, во-первых, будет определять средневзвешенную температуру металла в зоне, что весьма важно для качественной работы систем автоматического регулирования (САР) температурного режима зоны, а во-вторых, систематическая погрешность измерения будет исключаться с помощью датчика температуры кладки или температуры рабочего пространства. Указаны причины, из-за которых предпочтительнее использовать датчик радиационной температуры рабочего пространства. Такие исправленные сигналы пирометров могут быть использованы не только в САР температурного режима зон печи, но, например, и для адаптации используемых моделей нагрева. Обоснована структура математической модели, пригодная для контура обратной связи АСУ ТП, показана целесообразность описания нагрева слябов одномерным уравнением теплопроводности в сочетании с зональным методом расчета и экспериментальной настройкой моделей внешнего теплообмена. Приведена характеристика различных алгоритмов контроля температурных полей слябов. Отмечена допустимость условно симметричного описания процесса нагрева, обусловленная возможностью такого выбора уставок (заданий) регуляторов температуры нижних зон методических печей, при котором динамика среднемассовых температур верхней и нижней половин сляба будет практически полностью совпадать. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
К решению задачи об управляемости нагрева металла в промышленных печах
Статья научная
В рабочем пространстве камерных или в зоне проходных нагревательных печей одновременно греются слитки или заготовки с различными теплофизическими и иными характеристиками. Вследствие этого для каждого слитка и каждой заготовки оптимальные с точки зрения выбранного критерия траектории нагрева будут различными. Вместе с тем из-за конструктивных особенностей нагревательных печей на все слитки или заготовки приходится одно управляющее воздействие - температура рабочего пространства (обеспечивается соответствующим расходом топлива в рабочее пространство) камерной печи или в зоне проходной. В связи с этим вполне естественно возникает вопрос о том, принципиально возможно ли в такой ситуации создать индивидуальные траектории нагрева для каждого слитка или заготовки, т. е. в работе рассмотрено решение задачи об управляемости процесса нагрева металла в промышленных печах прокатного производства. Для решения этой задачи предложено математическое описание процесса нагрева. Это описание представляет собой матричную систему дифференциальных уравнений первого порядка. Найдены условия полной управляемости объекта. При этом была вычислена матрица управляемости, показано, что ее определитель может быть выражен через определитель Вандермонда. Это обстоятельство существенно упростило определение условий управляемости. Установлено, что для полной управляемости объекта необходимо, чтобы нагреваемые слитки или заготовки имели бы различные постоянные времени нагрева, что обуславливается различными теплофизическими либо геометрическими характеристиками. В большинстве практических случаев такого различия обычно нет, поэтому процесс нагрева металла в промышленных печах, как правило, является неполностью управляемым. Вследствие этого максимальный эффект с точки зрения выбранного критерия качества нагрева обычно не может быть получен.
Бесплатно
Контроль качества нагрева стали в печах по температуре поверхности заготовок в томильной зоне
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования. Рассматривается решение проблемы контроля перепада температуры по сечению заготовок по скорости изменения температуры их поверхности в томильных зонах методических печей. Показано, что использование такого подхода позволяет в принципе исключить влияние поверхностного слоя окалины на точность оценки контролируемого параметра. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников и проведено обобщение известных результатов по проблеме дифференцирования промышленных сигналов. Выделены апробированные варианты решения этой задачи: 1) с предварительной аппроксимацией измеренных данных некоторой функцией; 2) прямое многоточечное цифровое дифференцирование. Результаты. Установлены условия применимости как первого, так и второго вариантов для решения задачи контроля перепада температуры в томильных зонах методических печей. Конкретно при этом использовали четырехточечный цифровой дифференциатор температуры поверхности сляба. Для большей точности оценки перепада температуры предусматривали включение в схему цифровой обработки экспериментальных данных еще и алгоритма предварительной фильтрации. Алгоритм фильтрации найден из решения задачи оптимизации, отмечено, что данный алгоритм по структуре аналогичен алгоритмам фильтрации, построенным согласно известным подходам Р. Калмана. Приводятся результаты вычислительных экспериментов. Показано, что предварительная фильтрация существенно повышает точность оценки параметра методом цифрового дифференцирования. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП методических печей.
Бесплатно
Методика расчёта параметров закрученных струй применительно к фурме TSL
Статья научная
Фурма типа TSL работает в режиме крутки спутных струй воздуха охлаждения и кислородовоздушной смеси (КВС). Это позволяет обеспечивать её охлаждение при погружении в расплав и организацию высокотемпературных процессов автогенной плавки в условиях печей Аусмелт и Айзасмелт. Вращение дутьевого факела улучшает массообмен в печи и повышает её производительность. Рассмотрение теоретических основ процессов крутки спутных струй, позволило разработать методику расчёта их основных параметров для условий плавки в печи Аусмелт и сделать математический анализ для различных режимов дутья. В соответствии с выполненной оценкой мы наблюдаем зависимость эффективной крутки как от конструктивной крутки, так и от количества и скорости истечения дутьевой смеси из завихрителей. Увеличение эффективной крутки спутных потоков создаёт предпосылки для образования обратных токов в устье фурмы, диаметр воронки которых становится сопоставимым с диаметрами внутренних труб фурмы. Увеличение диаметра воронки обратных токов сопровождается ростом угла раскрытия струи и уменьшением глубины проникновения в расплав дутьевого факела. Для оценки эффективности крутки предложена модель её расчёта применительно к печам Аусмелт и Айзасмелт. Контроль параметров крутки позволяет прогнозировать технологические параметры плавки и эффективно управлять процессом переработки сырья. Одновременно с этим при понимании параметров конструктивной крутки для конкретной используемой фурмы оператор на печи по изменению контролируемого приборами противодавления (сопротивления) дутью может контролировать состояние наконечника фурмы, не вынимая её из расплава, тем самым оптимизируя режим плавки и сокращая время простоя для обслуживания фурмы.
Бесплатно
Моделирование и идентификация процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябовых заготовок
Статья научная
Введение. Рассматривается задача параметрической идентификации математической модели процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябов в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Актуальность работы обуславливается прежде всего тем, что качество получаемого таким образом изделия в существенной мере зависит от режима работы ЗВО. Технологический процесс достаточно сложный, не полностью изученный и, как следствие, пока еще плохо управляемый. Цель исследования: разработать процедуру параметрической идентификации модели процесса охлаждения и затвердевания металла по данным доступных для непосредственного измерения величин.
Бесплатно
О методе экспонент в задачах моделирования нагрева металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: изучить особенности применения предложенного в научной литературе метода экспонент для описания температурных полей заготовок при нагреве в печах: выясняется вопрос о том, насколько указанный подход соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. При этом следует подчеркнуть, что данный метод интересен прежде всего для реализации режима реального времени в АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
О параболической аппроксимации температурного поля слябов при нагреве в методических печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования математического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: установить конкретику реализации упоминаемого в литературе параболического подхода к описанию температурных полей заготовок при нагреве в методических печах.
Бесплатно
О расчетно-инструментальном контроле качества нагрева и термообработки металла в печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой или при его термообработке задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных и термических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть решение задачи контроля перепада температуры по сечению металла при его нагреве перед прокаткой или в процессе термообработки. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников по проблеме. Проведено обобщение результатов ранее выполненных работ как для случаев выдержки при постоянной температуре рабочего пространства, так и при постоянной температуре поверхности заготовки, а также и для случая нагрева массивных тел произвольной формы. Результаты. Показано, что решение задачи контроля можно свести либо к измерению текущей плотности теплового потока внутрь металла, либо же к измерению разности температур печи и поверхности сляба. Исследовано влияние на структуру алгоритмов контроля различных особенностей реального процесса выдержки. Приведено решение задачи контроля для случая массивных тел произвольной формы. Получены соотношения для контроля, аналогичные алгоритмам контроля для слитков и слябов. Указан способ настройки алгоритмов контроля на реальный процесс по данным текущих измерений в регулярном режиме. Установлено, что для случая симметричного или одностороннего нагрева слябов в методических печах для настройки достаточно измерять температуру только одной из поверхностей, при несимметричном нагреве требуется измерять температуры обеих поверхностей. Для случая выдержки рулонов холоднокатаной ленты в колпаковых печах необходимо измерять температуру в трех различных по радиусу точках основания нижнего рулона с помощью контактных термопар. После настройки для контроля в любом случае достаточно измерять температуру лишь в одной точке поверхности. Исследовано влияние погрешностей измерения температуры поверхности металла на точность настройки алгоритмов контроля и на точность оценки максимального перепада температуры по его сечению. Приведены варианты реализации алгоритмов контроля в промышленных условиях. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП нагревательных и термических печей.
Бесплатно
Об оценке наблюдаемости температурного поля слябов при нагреве в методических печах
Статья научная
Рассматривается задача оценки наблюдаемости температурного поля слябов при их нагреве в методических печах. Ее актуальность обуславливается тем, что для непосредственного измерения доступна только температура поверхности металла, для построения высококачественных систем управления необходима, однако, информация и о температуре внутренних точек. Известно, что для решения, в том числе и данной задачи, необходима настроенная на «реальный процесс» модель нестационарного теплообмена, которая по физике явлений является вообще-то моделью с распределенными параметрами. Для оценки наблюдаемости проведена пространственная дискретизация уравнения теплопроводности, описывающего внутренний теплообмен металла. За счет этого математическое описание переведено в класс систем с сосредоточенными параметрами. Установлено, что во всех рассмотренных случаях - когда поперечное сечение заготовки условно разбито на несколько расчетных слоев - объект вполне наблюдаем, т. е. температурное поле заготовки в некоторый момент времени может быть однозначно определено по данным измерения температуры поверхности и температуры рабочего пространства на некотором последующем отрезке времени. Приводятся конкретные алгоритмы решения задачи, также определено влияние погрешностей измерения температуры поверхности на точность оценки. Таким образом, показано, что непрерывный контроль температуры по ходу процесса нагрева с самого его начала не является в принципе абсолютно необходимым для того, чтобы иметь возможность определять температурное поле сляба в какие-то ответственные моменты времени. Результаты работы могут быть использованы при построении автоматизированных систем управления методическими нагревательными печами прокатного производства.
Бесплатно
Об экономичном управлении нагревом металла в протяжных печах и агрегатах
Статья научная
Введение. Рассматривается актуальная проблема оптимизации управления нагревом металла в протяжных печах и агрегатах. Цель исследования: разработать алгоритм расчета распределения температуры рабочего пространства по зонам, обеспечивающий реализацию принципа управления, экономичного по расходу топлива или электроэнергии на нагрев.
Бесплатно
Об экспоненциальной модели нагрева слябов в методических печах
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) методических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть задачу физической обусловленности и параметрической настройки так называемой экспоненциальной модели, часто применяемой для описания нагрева слябов в методических печах прокатного производства. Выясняется вопрос о том, насколько экспоненциальная модель соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. Материалы и методы. Производится сравнение как структур моделей - физической модели на основе уравнения теплопроводности и экспоненциальной модели, так и результатов расчета среднемассовой температуры металла по этим моделям. Результаты. Показано, что экспоненциальная модель в точности соответствует физике процесса нагрева только для термически тонких тел. Получено дифференциальное уравнение для ошибки расчета среднемассовой температуры термически массивных тел. При этом анализируются три режима нагрева: при постоянной температуре рабочего пространства и при линейном и экспоненциальном росте этой температуры. Приведено решение уравнения для ошибки расчета при нагреве при постоянной температуре рабочего пространства. Установлено, что экспоненциальная модель удовлетворительно описывает процесс, как правило, только для режима нагрева при постоянной температуре рабочего пространства. Найдено рациональное значение настраиваемого параметра экспоненциальной модели. Указывается достаточно простая схема перехода от параметров модели, ядром которой является дифференциальное уравнение теплопроводности, к параметрам упрощенной экспоненциальной модели для среднемассовой температуры. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП методических печей.
Бесплатно
Особенности работы вертикальной фурмы в прямоточном режиме
Статья научная
Для интенсификации процессов пирометаллургической переработки сырья тяжёлых цветных металлов широко используются автогенные режимы переработки, реализуемые в специальных пирометаллургических агрегатах. Одной из активно внедряемых в мире технологий плавки является процесс с использованием фурм типа TSL в печах Аусмелт и Айзасмелт. Фурмы TSL сохраняют свою стойкость за счёт обеспечения формирования слоя гарнисажа на теле фурмы при вдувании кислородовоздушной смеси (КВС) в расплав через вертикальную трубу особой конструкции. Практика реализации подобных процессов показала теоретическую и фактическую возможность использования дутья как с закручиванием (фурма TSL), так и без закручивания дутьевого потока. Подача природного газа в центральную часть воздушного дутья без закручивания оказывает влияние на общую крутку закрученных потоков при продувке расплава в печи. Существенные отклонения технологических параметров плавки от типового режима работы фурмы типа TSL возникают при организации прямоточного режима дутьевых смесей для всех спутных струй. С целью углубления анализа отличительных особенностей прямоточных и закрученных струй показаны основные параметры дутьевых смесей при истечении из фурмы и их взаимное влияние на характеристики факела. Для определения параметров вертикальной фурмы и её технологических особенностей предложена методика расчёта и оценки прямоточных струй для дутьевой смеси в условиях вертикального плавильного печного агрегата. При прямоточном истечении дутьевой смеси воздуха и кислорода для различных соотношений представлен математический аппарат с целью оценки диаметра дутьевой воронки и глубины её проникновения в расплав. Применительно к аппаратурному оформлению печей Аусмелт и Айзасмелт при оснащении их прямоточными фурмами показана модель формирования зон циркуляции расплава во внутреннем горне и их влияние на технологические параметры плавки.
Бесплатно
Система управления температурой муфельной электропечи с адаптивным регулятором температуры
Статья научная
Представлена модель адаптивной системы управления температурой муфельной электропечи сопротивления (ЭПС) типа МП-2УМ, реализованная в программной среде MATLAB. Основу модели системы составляет блок электропечи, разработанный с использованием данных, полученных в результате эксперимента, проведенного на действующей полупромышленной ЭПС типа МП2-УМ, а также с использованием линейных моделей объектов и дискретной активной идентификации. В модели реализованы ввод исходных данных процесса термообработки и обрабатываемого металла с использованием блока задания температурного режима печи, расчет температуры нагреваемого металла с использованием показаний эффективной температуры печи, определяемой термопарой и температурой пирометра, имитация графиков изменения температуры внутри камеры печи и график изменения коэффициента передачи настройки ПИД-регулятора, тем самым решаются задача оптимального управления тепловыми режимами электропечи по выбранным критериям и задача информационного обеспечения, позволяющая технологу более точно проводить процесс термообработки, предоставляя ему дополнительную информацию, недоступную для прямого измерения. Рассмотрена работа созданной модели системы на примере отжига прутка из сплава технического титана марки ВТ1-0, широко используемого при изготовлении различных изделий, соответствующего жестким требованиям эксплуатационных характеристик. Данная модель также может быть использована для обучения персонала предприятий промышленного металлургического комплекса с целью повышения их квалификации и уровня профессиональной подготовки, а также в учебном процессе для высших учебных заведений.
Бесплатно
