Метод и алгоритмы оптимизации режимов затвердевания, охлаждения и нагрева в системе оценки теплового состояния стальных слитков

• Автор: Антонова, Юлия Валерьевна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ РЕЖИМАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ
1.1 Анализ методов, моделей и алгоритмов обработки информации
для оценки параметров теплового состояния слитка
1.2 Характеристика тепловых режимов при производстве
стальных слитков, как объекта оптимизации и управления
1.3 Определение требований к математическому обеспечению
системы оценки теплового состояния стальных слитков
1.4 Выводы по главе
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СЛИТКА НА ЛИНИИ
«ИЗЛОЖНИЦА - ТЕРМОСТАТ - ПЕЧЬ»
2.1 Системная модель оптимизации режимов затвердевания,
охлаждения и нагрева стальных слитков
2.2 Разработка обобщенного метода обработки информации для оценки параметров теплового состояния слитков и оптимизации управления режимами затвердевания, охлаждения и нагрева на линии «изложница-термостат-печь»
2.3 Математическая модель управления тепловыми режимами
при производстве стальных слитков
2.3.1 Математическая модель затвердевания слитка в изложнице
2.3.2 Математическая модель охлаждения слитка
на воздухе и в термостате
2.3.3 Математическая модель нагрева слитка в печи
2.4 Метод оптимизации режимов затвердевания, охлаждения
и нагрева слитка в системе оценки теплового состояния
2.5 Выводы по главе
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ,
ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА СЛИТКОВ
3.1 Алгоритмы расчета температурного поля слитка
3.2 Тестирование алгоритмов решения системы конечно-разностных уравнений
3.3 Алгоритмы оптимизации режимов затвердевания, охлаждения и
нагрева слитков на линии «изложница-термостат-печь»
3.4 Выводы по главе
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДА
И АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ, ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВА СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ
4.1 Основные функциональные элементы и блоки
системы оценки теплового состояния стальных слитков
4.2 Методика настройки алгоритмического обеспечения
4.3 Результаты экспериментальных исследований
4.4 Перспективы применения разработанного метода
и алгоритмов
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время в металлургическом производстве повышаются требования к качеству продукции, снижению энергозатрат и улучшению экологической обстановки. Черная металлургия относится к одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Высокая энергоемкость металлургического производства при постоянном росте цен на топливо ставит на одно из первых мест проблемы энергосбережения и повышения качества продукции.
Жидкая сталь, получаемая в конверторах, электропечах и мартеновских печах, разливается на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и в изложницах.
Стальные слитки и заготовки, выходящие из разливочного агрегата (МНЛЗ, изложница) имеют высокую среднемассовую температуру (порядка 1000 °С) и содержат значительное количество физической теплоты, которая теряется полностью или частично на складе, при транспортировке и т.д., и в нагревательные печи прокатного производства заготовки часто поступают в холодном состоянии. В печах слитки необходимо нагреть до температуры 1200-г1250°С, чтобы обеспечить необходимую пластичность перед прокаткой или обжимом. При использовании физической теплоты слитков, выходящих из разливочного агрегата, в печах, может быть достигнута значительная экономия топлива. В этом случае целесообразно применять термостаты для сохранения физической теплоты слитков.
В научно-технической литературе имеется много работ, посвященных режимам затвердевания и охлаждения заготовок и слитков и оценке теплового состояния слитка в МНЛЗ и изложницах, например, работы А.Д. Акименко, Д.П. Евтеева, Е.М. Китаева, В.А. Емельянова, B.C. Рутеса, Ю.А. Самойловича, А.И. Вейника, В.А. Ефимова, Б.Т. Борисова, В.А. Журавлева, А.И. Цаплина, З.К. Кабакова, Н.И. Шестакова, и др. Также имеется много работ, посвященных режимам нагрева заготовок и слитков и прогнозированию их теплового состояния в нагревательных печах, например, работы М.А. Глинкова, В.А. Кривандина, Б.С.

С.И. Гинкулом [33] для нахождения режимов нагрева с минимальным окислением успешно использован метод линейного программирования, что потребовало линеаризации описания процессов нагрева и окисления.
Расчет нагрева и окисления металла, представленный в работах [17], проводился на аналоговой вычислительной машине. Варьируя время и скорость нагрева, толщину заготовок, авторы получили, что для относительно тонких (i?=30...80 мм) заготовок желательны режимы с возрастающей скоростью роста температуры поверхности, а для массивных тел - с постоянной или убывающей скоростью.
В.М. Рябковым [94] решалась задача нагрева с минимальным окислением слитков в колодцах с учетом только конвективного теплообмена. При больших числах Био (Bi) полученное решение совпало с результатами работ [74]. По данным работы [94] возможность уменьшения угара при холодном посаде слитков и при оптимальном режиме оценена в 15 %.
В.И. Губинский [34] исследовал двухстадийный режим, характерный для нагревательных колодцев: с постоянным потоком теплоты на металл (qn = const) до некоторого момента времени Foi и далее с постоянной температурой газа (Тг = const) до окончания процесса нагрева. Им предложена формула для расчета оптимального потока теплоты в первом периоде.
В работах [34] выполнено расчетное сопоставление оптимального двухстадийного режима и режима с возрастающей скоростью, предложенного в [15, 74], которое показало, что угар для обоих режимов оказался практически одинаков, причем время нагрева для двухстадийного режима нагрева оказалось меньше, что вполне естественно. Этот результат не согласуется с расчетными и экспериментальными данными [4,15,94], согласно которым режим с возрастающей скоростью нагрева позволяет уменьшить величину угара металла.
Расчетное сопоставление режимов нагрева по величине угара металла проводилось Ю.И. Розенгартом [92]. Оценка эффективности оптимального по угару режима нагрева с типовым режимом qn = const (первый период), Тпеч= const