Методи автоматичного керування режимами охолодження на основі адаптивної математичної моделі теплових процесів в злитку і в стінках кристалізатора. Алгоритми прогнозного керування охолодженням злитку, які забезпечують стабілізацію температурного режиму.
Аннотация к работе
Державний вищий навчальний заклад Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукЗахист дисертації відбудеться "8 "квітня 2010р. о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 11.052.03 Донецького національного технічного університету Міністерства освіти та науки України, за адресою: 83001, м. Дисертація присвячена задачам розробки системи автоматичного керування режимами охолодження безперервного злитку на основі адаптивної математичної моделі теплових процесів, що відбуваються всередині злитку і в стінках кристалізатора МБЛЗ. Особлива увага приділена математичному моделюванню квазістаціонарного й нестаціонарного процесів теплопередачі й тепло-масоперенесення з урахуванням фазового переходу, що дозволяє в режимі реального часу спостерігати теплові процеси, які відбуваються в безперервному злитку і в стінках кристалізатора, вивчати чутливість різних керованих параметрів процесу до змін керуючих параметрів, робити оперативну оцінку теплового стану злитку. На основі математичної моделі, що дає оперативну оцінку температурного стану безперервного злитку, запропоновані й програмно реалізовані нові алгоритми прогнозного керування охолодженням злитку, які забезпечують стабілізацію необхідного температурного режиму, що в свою чергу дозволяє підвищити якість виробленого металу. Рассмотрены вопросы идентификации распределенных параметров внешнего теплообмена, в частности коэффициентов конвективной теплоотдачи на поверхности непрерывного слитка в двух различных ситуациях: 1) когда во время пусконаладочных работ производятся измерения температуры поверхности слитка во многих точках; 2) когда в производственных условиях данные о тепловом состоянии слитка ограничиваются показаниями температуры в небольшом количестве точек.Безперервне розливання забезпечує високий ступінь однорідності заготовок, дозволяє впровадити повну механізацію й комплексну автоматизацію процесу, скорочує цикл металургійного виробництва, поліпшує умови праці й істотно знижує викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище. Такі моделі засновані на нелінійних диференціальних рівняннях у частинних похідних, містять граничні умови різного роду, а також умови для визначення положення межі фазового переходу і не підлягають аналітичному рішенню. Розробка алгоритмів керування на основі оперативної оцінки теплового стану злитку, яка є результатом розрахунків за адаптивною математичною моделлю, робить можливим побудову найбільш ефективної системи керування процесами охолодження МБЛЗ, що в свою чергу дозволить підвищити якість продукції металургійного виробництва. Набули подальшого розвитку математичні моделі обєкта керування, які описують квазістаціонарний та нестаціонарний процеси тепло-масоперенесення в злитку й теплообміну в стінках кристалізатора МБЛЗ із урахуванням комплексу параметрів безперервного розливання, необхідного для розробки системи автоматичного керування охолодженням. Вперше розроблені алгоритми рішення задач тепло-масоперенесення в злитку з визначенням положення межі фазового переходу, що роблять можливим в режимі реального часу отримувати оперативну оцінку теплового стану злитку і використовувати її як на етапі проектування, так і під час роботи САК МБЛЗ.У другому розділі "Розробка й дослідження математичних моделей теплофізичних процесів, що відбуваються у злитку під час безперервного розливання сталі" розроблені математичні моделі квазістаціонарного й нестаціонарного процесів тепло-масоперенесення всередині безперервного злитку й теплообміну всередині стінок кристалізатора МБЛЗ. Теплові процеси ділянки злитку всередині кристалізатора описуються наступними рівняннями: , , , , , , , , де - швидкість витягування злитку, - температура в рідкій і твердій фазах, - питома теплоємність металу, - густина, - теплопровідність, - приведений коефіцієнт випромінювання, - абсолютна температура випромінюючої рідкої сталі, - абсолютна температура навколишнього середовища, - коефіцієнт теплопровідності газової суміші в зазорі між стінкою кристалізатора і поверхнею злитку, , - температура поверхонь злитку й кристалізатора відповідно; - ефективна товщина газового зазору, - границя розподілу фаз, - прихована теплота кристалізації, - температура кристалізації (середня з інтервалу ліквідус - солідус), - нормаль до поверхні розподілу фаз. Теплові процеси в стінці кристалізатора описуються рівняннями: , , , , , , де - коефіцієнт тепловіддачі від стінки кристалізатора до охолоджуючої води, - температура охолоджуючої води, - коефіцієнти тепловіддачі від стінки кристалізатора в навколишнє середовище, - температура навколишнього середовища.