Совершенствование процесса управления охлаждением заготовок мнлз в асу тп

Скачать 266.99 Kb.

Название	Совершенствование процесса управления охлаждением заготовок мнлз в асу тп
страница	2/4
Дата публикации	24.03.2015
Размер	266.99 Kb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Право > Автореферат

1 2 3 4

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одними из важнейших факторов при получении качественных заготовок являются температура слитков и режим их охлаждения. Неправильная организация вторичного охлаждения может привести к появлению внутренних и поверхностных дефектов в отливаемых заготовках вследствие возникновения в различных слоях формирующейся оболочки недопустимо высоких термических напряжений. Для повышения качества и снижения себестоимости предлагается использовать разработанную динамическую адаптивную систему управления температурным состоянием заготовок МНЛЗ.

Структурная схема комплекса технических средств системы управления представлена на рис. 1. Данные со станций удаленного ввода-вывода ET200М поступают на контроллеры по сети Profibus, далее с контроллеров по сети Ethernet через коммутатор поступают на АРМ в главном посту управления, на котором установлен программный комплекс системы управления. Система управления рассчитывает необходимые расходы охладителя в соответствии с динамической моделью и функцией регулирования и передает заданные значения расходов обратно на станции удаленного ввода-вывода.

Рис. 1. Структурная схема комплекса технических средств разрабатываемой системы применительно к сортовой МНЛЗ №2 ЭСПЦ ОАО ММК

В разработанной системе управления за основу взята динамическая модель процесса охлаждения заготовок.

Моделирование теплового и напряженного состояния заготовок. Рационализация управления охлаждением непрерывнолитых заготовок

Динамическая модель теплового состояния заготовок

При нестационарных условиях разливки наблюдаются переходные режимы в температурном поле заготовок, которые статические модели расчета температуры поперечного сечения заготовок во времени не позволяют отследить. Для этой цели предлагается использовать динамическую модель охлаждения заготовок, которая позволяет определять температуру по всему объему заготовок во времени.

В модели используется дифференциальное уравнение теплопроводности с внутренними источниками тепла в четырехмерной системе координат (система координат неподвижна, относительно нее со скоростью во времени движется непрерывнолитая заготовка, ось z направлена по оси движения, оси x и y соответственно по толщине и ширине заготовки), которое имеет вид:

(1)

где – температурное поле, °С; -время, с; – скорость разливки в данный момент времени, м/с; – плотность внутренних источников теплоты, Вт/м³; – удельная теплоемкость стали при данной температуре, кДж/кгК; – плотность стали при данной температуре, кг/м³; – коэффициент эффективной теплопроводности при данной температуре, Вт/мК.

С введением величины – относительного количества твердой фазы для кристаллизующегося слоя выражение (1) запишется в виде:

, (2)

где – высвобождаемое тепло при фазовом переходе, кДж/кг; – плотность затвердевшей стали, кг/м³; – плотность внутренних источников теплоты за счет структурных переходов, Вт/м³.

Известно, что при затвердевании бинарный сплав железа с углеродом претерпевает не только фазовый, но и структурный переход. Наибольшее тепловыделение происходит при фазовом переходе, но при точных расчетах следует учитывать и тепловыделение, возникающее при охлаждении за счет структурных переходов. Для учета выделяющейся теплоты структурных переходов вводится величина относительного количества вещества с определенной структурой .

Для упрощения методики решения задач затвердевания теплоту кристаллизации и структурных превращений учитывают при помощи введения эффективной теплоемкости . Используя подстановку
, запишем дифференциальное уравнение теплопроводности:

, (3)

где величина Сэ – эффективная теплоемкость, являющаяся функцией тепла кристаллизации, задается в виде:

. (4)

Начальные условия состоят в задании для некоторого начального момента времени распределения температур . В данной модели за начальные условия принят установившийся режим разливки.

Для задания граничных условий вдоль продольной оси МНЛЗ можно выделить несколько характерных зон: зону кристаллизатора, ЗВО и зону воздушного охлаждения. В зоне кристаллизатора учитывается теплоотдача за счет контакта заготовки с водоохлаждаемым кристаллизатором. В секциях ЗВО учитывается теплоотдача за счет водяного охлаждения, за счет теплового излучения, естественной и вынужденной конвекции, контакта с роликами. В зоне воздушного охлаждения учитывается теплоотдача за счет излучения, естественной и вынужденной конвекции и контакта с роликами.

Граничное условие в кристаллизаторе описывается уравнением:

, (5)

где – соответствует или при расчете по толщине или по ширине; – изменение нестационарного температурного поля по или , °С/м; – коэффициент теплоотдачи в кристаллизаторе, Вт/м²К; и – соответственно температура поверхности затвердевающего слитка и среды определенной зоны, °С; – толщина медной стенки кристаллизатора, м; – коэффициент эффективной теплопроводности меди, Вт/мК; – параметр идентификации.

Граничное условие в ЗВО описывается уравнением:
, (6)

где , , , , – соответственно коэффициенты теплоотдачи вследствие водяного охлаждения, теплового излучения, естественной и вынужденной конвекции, контакта с роликами, Вт/м²К.

Граничное условие в зоне воздушного охлаждения описывается уравнением:

. (7)

Таким образом, математическая задача состоит в определении поля температур во времени , удовлетворяющей начальным условиям, граничным условиям (5), (6), (7) и являющаяся решением дифференциального уравнения (3), в котором и являются функциями температуры. Независимыми размерными величинами задачи являются , а температура – искомая функция.

Термонапряжения в непрерывнолитых заготовках

Термическое напряжение в затвердевающей оболочке взаимосвязано с распределением температуры по ее толщине. В свою очередь, температурное поле (распределение температуры по толщине затвердевающих заготовок) взаимосвязано с постоянно изменяющейся толщиной затвердевшей части. Исследования Ю.А. Самойловича показывают, что при определенных условиях температурное поле затвердевающей оболочки стабилизируется. Последняя стадия затвердевания обычно характеризуется повышенной скоростью, и она не подчиняется закону квадратного корня.

В соответствии с этим распределение температуры в затвердевающей оболочке можно аппроксимировать линейным законом. Максимальное термическое напряжение в этом случае рассчитывается по следующей формуле:

, (8)

где - коэффициент терморасширения или сжатия отливаемой стали; – модуль Юнга,кг/см²; – температура солидус, С; – температура ребра (поскольку на ребре возникают наиболее опасные растягивающие напряжения) заготовок, где оцениваются термические напряжения, С.

Для обеспечения высокого качества заготовок и предотвращения разрыва затвердевшей корочки необходимо, чтобы значение термических напряжений не превышало предельно допустимое напряжение отливаемой стали :

. (9)

И так как резкие изменения интенсивности теплоотвода повышают вероятность появления трещин и прорывов, нужно стремиться к уменьшению градиента температур по толщине и длине заготовок.

Рационализация процесса охлаждения заготовок

Для рационализации процесса охлаждения в соответствии с требованиями, предъявляемыми к технологии непрерывной разливки и качеству непрерывнолитых заготовок необходимо обеспечение следующих условий:

среднемассовая температура по сечению должна принимать заданное значение на выходе из МНЛЗ:

, (10)

функция перепада температур по объему заготовок должна принимать минимальное значение:

, (11)

абсолютные расходы охладителя должны быть минимальными по каждой из зон вторичного охлаждения:

. (12)

Таким образом, требуется организовать процесс охлаждения с учетом выполнения условий (10), (11), (12). Однако, для предотвращения аварийных режимов работы системы управления необходимо наложить ограничения на условия охлаждения заготовок:

по достижению полного затвердевания заготовок перед машиной газовой резки ;
по максимальному перепаду или градиенту температур, возникающих в поперечном сечении заготовок и оказывающих непосредственное влияние на нарушение сплошности заготовок ;
по максимальной температуре поверхности заготовок, вышедших из кристаллизатора .

Для выполнения условий (10), (11), (12) предлагается взять за основу среднемассовую температуру заготовок как комплексный параметр. Делается следующее заключение, что если среднемассовая температура заготовок снижается по линейному закону (от фактической среднемассовой температуры на выходе из кристаллизатора до заданной среднемассовой температуры на выходе из МНЛЗ), то обеспечивается:

достижение заданной температуры на выходе из МНЛЗ при минимальном значении модуля градиента температур по длине (т. к. температура уменьшается равномерно);
минимальное значение модуля градиента температур по поперечному сечению заготовок в направлении оси x – и y – (поскольку не происходит переохлаждения поверхности заготовок);
наименьший расход воды на охлаждение в секциях ЗВО, при котором достигается заданная температура на выходе из МНЛЗ.

Т.е. выполняются все три условия, поставленные в работе.

Рассчитанные по динамической модели среднемассовые температуры заготовок вдоль оси МНЛЗ при существующем режиме охлаждения заготовок и при рациональном режиме охлаждения представлены на рис. 2 и рис. 3.

1 – среднемассовая температура, ºС; 2 – температура ребра заготовки, ºС; 3 – температура центра заготовки, ºС; 4 – оптимальная среднемассовая температура, ºС

Рис. 2. Рассчитанные по динамической модели среднемассовые температуры заготовок вдоль оси МНЛЗ при существующем режиме охлаждения заготовок

1 – среднемассовая температура, ºС; 2 – температура ребра заготовки, ºС; 3 – температура центра заготовки, ºС; 4 – оптимальная среднемассовая температура, ºС

Рис. 3. Рассчитанные по динамической модели среднемассовые температуры заготовок вдоль оси МНЛЗ при рациональном режиме охлаждения

На рис. 3 видно, что среднемассовая температура заготовок вдоль оси МНЛЗ снижается практически по линейному закону, что обеспечивает минимальное значение модуля градиента температуры по объему и наименьший расход охладителя. При минимальном значении модуля градиента температур по длине и поперечному сечению заготовок снижается вероятность образования внутренних и поверхностных трещин из-за уменьшения термических напряжений. При режиме разливки, представленном на рис. 2, получается перерасход охлаждающей воды, а при режиме разливки, представленном на рис. 3, расход воды ниже.

В литературе встречаются рекомендации по поддержанию распределения температуры на поверхности заготовок, но среднемассовая температура – это комплексный параметр, учитывающий и температуру поверхности, и температуру внутри заготовок. Однако, для предупреждения экстренных ситуаций в системе управления необходимо предусмотреть алгоритм предотвращения излишнего перегрева и переохлаждения поверхности.

1 2 3 4

Похожие:

	Совершенствование процесса управления охлаждением заготовок мнлз в асу тп Специальность 05. 13. 06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)		Асу тп на базе микропроцессорных устройств рза, аскуэ и телемеханики.... Енэс и распределительных сетей. Реализация команд управления, выработанных на любых уровнях управления, производится также на подстанциях....
	Реферат На тему: «Автоматизированные системы управления» В известном смысле последние 30 лет стали годами автоматизированных систем управления – асу. С вопросами асу сегодня так или иначе...		Совершенствование процесса управления развитием малого бизнеса на... Диссертация выполнена на кафедре менеджмента и государственного и муниципального управления Таганрогского института управления и...
	Практическое занятие 7 Наименование занятия: асу различного назначения,... Цель: Изучить виды и назначения различных асу. Отработать навыки написания рефератов		Перечень условных обозначений и сокращений К примеру, замена заготовок на станках, фасовка продукции небольших размеров, извлечение деталей или их заготовок из печей каления...
	Курсовая работа Тема: «Сечение многогранников» Важнейшей задачей педагогической науки является совершенствование планирования процесса обучения в целом и повышение эффективности...		II. Теоретическая часть Вопросы: Назовите основные профили сортового проката Цели: продолжить формирование умений размечать поверхности заготовок из сортового металлического проката; сформировать желание рационализировать...
	Совершенствование процесса управления производственно-торговой политикой... ДМ212. 208. 28 при фгоу впо «Южный федеральный университет» по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. М. Горького, 80, ауд. 220		План научно-практического семинара «Совершенствование учебно-воспитательного... План научно-практического семинара Совершенствование учебно-воспитательного процесса
	Этика и культура управления Дисциплина Эику – отрасль науки «менеджмент», интегрирующая достижения различных наук в области этики, культуры и управления и направленная...		Реферат Отчет 97 с., 2 таблицы, 1 приложение, 199 источников Правовое регулирование управления пакетами акций, рассмотрение споров, инфорсмент, совершенствование нормативно-правового регулирования...
	Анализ и совершенствование методов управления предприятием малого бизнеса Мероприятия по улучшению эффективности управления предприятием ООО «СтройДекор» 41		1 Основные сведения об измерениях Базовой системой любой автоматизированной системы управления технологическими процессами (асу тп) является системой автоматического...
	Задачи: Совершенствование организационной структуры управления школой... Реализация в мбоу сош №21 Комплексной программы модернизации образования Московской области		Рефераты публикуемых статей Проблемы создания асу тп преобразовательных подстанций, электропередач и вставок постоянного тока. Асанбаев Ю. А. – Автоматизированные...

Школьные материалы