Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ систем автоматизированного управления процессом нагрева металла в методических печах проходного типа 11
1.1 Описание методической проходной печи как объекта автоматического управления 11
1.2 Характеристика систем автоматизированного управления тепловым режимом нагревательных печей 13
1.3 Пути уменьшения непроизводительных потерь тепла в нижних зонах методических печей 24
1.4 Цели и задачи работы 29
Глава 2. Математическое обеспечение системы автоматического управления несимметричного нагрева непрерывнолитых заготовок в печах проходноготипа 31
2.1 Математическое описание процесса теплового состояния заготовок при нагреве в проходной методической печи 31
2.2 Методика определения топливосберегающей траектории управляющего воздействия при несимметричном нагреве заготовок в проходной методической печи 35
2.3 Структурная схема системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок в проходной методической печи 42
2.4 Структурная схема блока определения тепловых нагрузок в зонах проходной методической печи 47
2.5 Выводы по главе 2 51
Глава 3. Структура автоматической системы управления несимметричным нагревом металла в проходной методической печи 53
3.1 Алгоритмы функционирования блоков системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок в проходной методической печи 53
3.1.1 Алгоритм распределения температуры греющей среды в зонах печи 53
3.1.2 Алгоритм определения теплового состояния заготовок при нагреве в проходной методической печи 63
3.1.3 Алгоритм определения пространственной координаты заготовки при ее перемещении в проходной методической печи 68
3.1.4 Алгоритм определения тепловых нагрузок в рабочих зонах проходной методической печи 3.2 Информационное обеспечение автоматизированного управления нагревом в методических печах проходного типа 74
3.3 Интерфейсные решения программного обеспечения в системе управления нагревом заготовок в методической печи проходного типа 79
3.4 Результаты вычислительного эксперимента при моделировании топливосберегающей работы автоматизированной системы управления нагревом металла в методической печи проходного типа 85
3.5 Выводы по главе 3 88
Глава 4. Результаты исследования топливосберегающей системы управления процессом сжигания топлива в рабочем пространственагревательной печи 90
4.1 Схема системы автоматического управления процессом сжигания топлива в методической печи проходного типа 91
4.2 Результаты выбора температурного параметра для оптимизации управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве методической печи проходного типа 97
4.3 Принцип функционирования двухконтурной системы автоматической оптимизации управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве методической печи 103
4.4 Реализация помехоустойчивого оптимизирующего алгоритма управления процессом сжигания топлива 105
4.5 Результаты использования температуры поверхности нагреваемых заготовок для повышения оперативности и эффективности топливосберегающего управления нагревом непрерывнолитых слябовых заготовок 115
4.6 Выводы по главе 4 123
Заключение 125
Список использованных источников 127
- Характеристика систем автоматизированного управления тепловым режимом нагревательных печей
- Методика определения топливосберегающей траектории управляющего воздействия при несимметричном нагреве заготовок в проходной методической печи
- Алгоритм определения пространственной координаты заготовки при ее перемещении в проходной методической печи
- Результаты выбора температурного параметра для оптимизации управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве методической печи проходного типа
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производство листового проката на станах горячего проката является одним из сложнейших процессов металлургического производства. При реализации программ в оборонной, судостроительной и трубных отраслях промышленного производства, потребляющих широкополосный горячекатаный листовой прокат из специальных труднодефор-мируемых марок сталей, на первый план выдвигаются требования к качеству готового проката. Качество готового листового проката обеспечивается выполнением требований к технологии на каждом этапе металлургического производства, включая нагрев заготовок в методических печах перед обработкой давлением. Высокая энергоемкость производственных участков нагрева заготовок перед обработкой давлением в методических печах требует реализации топливосберегающих режимов нагрева, которые предъявляют для автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП) повышенные требования к информационному и математическому обеспечению процесса.
Современные высокопроизводительные прокатные станы работают в нестационарных режимах. Более 20% потребляемого топлива в металлургическом производстве затрачивается на нагрев металла. Расход топлива на нагрев непрерывнолитых слябовых заготовок перед обработкой давлением на отечественных широкополосных станах горячей прокатки на 20-40% больше, чем на аналогичных зарубежных агрегатах. Поэтому рассматриваемые в диссертационной работе теоретические и практические решения по снижению удельного расхода условного топлива при нагреве металла являются актуальными и практически значимыми.
Исследованию энергосберегающего оптимального управления тепловым режимом методических печей, как сложных объектов с распределенными параметрами, посвящены работы А.Г. Бутковского, М.Д. Климовицкого, В.Г. Лиси-енко, В.А. Маковского, С.А. Малого, В.И. Панферова, В.М. Рябкова и др. В известных работах основное внимание уделено вопросам формирования условий распределения тепловых нагрузок по зонам нагрева в основном при стационарных условиях работы методических печей при симметричном нагреве металла без учета взаимовлияния на процесс зон нагрева и условий оптимального управления процессом сжигания топлива.
Анализ конструкции методической печи проходного типа как объекта автоматизации показал ее сложность и возможность совершенствования системы автоматизированного управления нагревом металла. Однако до настоящего времени остаются нерешенными проблемы:
– отсутствие решений, позволяющих теоретически обосновать возможность работы методической печи в режиме топливосберегающего оптимального управления при нестационарной работе прокатного стана;
– отсутствие способов и методик построения систем автоматической оптимизации управления режимами работы методической печи, обеспечивающие минимальные тепловые потери в нижних зонах печи;
– отсутствие информации об обоснованном снижении подачи топлива в нижние зоны с целью минимизации общих затрат топлива на нагрев непрерыв-нолитых заготовок в условиях нестационарных режимов работы методических печей.
Объект исследования - система управления нагревом заготовок в методической печи проходного типа.
Предмет исследования - информационное, математическое и программное обеспечение многоуровневой системы автоматизированного и топливосбе-регающего управления нагревом в условиях несимметричного распределения топлива по верхним и нижним зонам печи.
Цель исследования - снижение расхода топлива в нижних зонах методической печи проходного типа при нагреве непрерывнолитых заготовок на основе управления с несимметричным распределением топлива между верхними и нижними зонами нагрева.
Задачи исследования:
-
анализ методической печи проходного типа как объекта автоматического управления, традиционных способов и режимов нагрева непрерывнолитых заготовок, а также обоснование разработки системы автоматического управления, способной обеспечить минимальные тепловые потери;
-
разработка математического обеспечения для описания теплового состояния заготовки при нагреве в методической печи проходного типа для дальнейшего его использования в структуре системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок;
-
разработка структуры системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок, включающей комплекс алгоритмов управления, состав информационного обеспечения и интерфейсные решения для программного обеспечения;
-
разработка помехоустойчивого алгоритма управления процессом сжигания топлива в зонах методической печи проходного типа;
-
проведение вычислительного эксперимента для исследования эффективности топливосберегающего управления нагревом непрерывнолитых заготовок с несимметричным распределением топлива.
Методы исследования. В диссертационной работе проведены исследования с использованием методов: математического моделирования, теории теплопроводности, теории оптимального управления, динамической поисковой оптимизации управления технологическими процессами.
Научная новизна работы состоит в следующем:
– разработана математическая модель несимметричного топливосбере-гающего управления режимом нагрева непрерывнолитых заготовок, отличающаяся от ранее известных использованием принципа максимума Л.С. Понтря-гина в условиях нестационарного режима работы печей с учетом технологических ограничений;
– разработана структурная схема системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок в проходной методической печи, содержащая комплекс взаимосвязанных алгоритмов для описания процессов: рас-
пределения температур греющей среды, теплового состояния заготовки, определения пространственной координаты заготовки по длине печи и определения тепловых нагрузок в рабочих зонах печи;
– предложен помехоустойчивый алгоритм топливосберегающего управления процессом сжигания топлива в условиях нестационарного режима работы печи, отличающийся от ранее известных исключением вмешательства технологического персонала и периодического поискового режима.
Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы и подтверждены математическими доказательствами и сопоставлением результатов вычислительного эксперимента с результатами промышленного исследования.
Практическая значимость работы заключается в разработке алгоритмов и программных модулей для визуализации и моделирования управления нагревом заготовок в методических печах проходного типа. Алгоритмы и программное обеспечение системы автоматического управления опробованы в ЗАО «КонсОМ» (г. Магнитогорск), а также учебном процессе ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Значимость разработанных технических решений подтверждена свидетельством о регистрации программы для ЭВМ. Технические решения для трех отечественных типов методических печей по использованию близких к топливосберегающим режимам нагрева позволили уменьшить затраты топлива на нагрев от 3 до 4 % без ухудшения качества нагрева.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
математическое обеспечение для описания теплового состояния заготовки при нагреве в методической печи проходного типа для дальнейшего его использования в структуре системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок;
-
комплекс алгоритмов в структурной схеме системы автоматического управления несимметричным нагревом заготовок в проходной методической печи для описания процессов: распределения температур греющей среды, теплового состояния заготовки, определения пространственной координаты печи и определения тепловых нагрузок в рабочих зонах печи;
3) методика определения траектории управляющего воздействия при
несимметричном нагреве заготовок в проходной методической печи;
4) принцип функционирования двухконтурной системы автоматической
управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве методической
печи в нестационарных условиях работы, выполняющей быстрое изменение
требуемого значения расхода воздуха и точную настройку процесса сжигания
топлива.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на международных и российских научно-практических конференциях: «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург, 2013 г.); «Автоматизация и управление технологическими и производственными
процессами» (Уфа, 2013 г.) и «Тенденции развития науки и образовании» (Смоленск, 2016 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 27 научных работах, в числе которых 6 статей в журналах из Перечня изданий, рекомендованных ВАК, 1 монография, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 97 наименований, приложений. Объём диссертации составляет 140 страниц текста, 2 таблицы, 47 иллюстраций.
Характеристика систем автоматизированного управления тепловым режимом нагревательных печей
По результатам ранее проведенных исследований авторами [11, 13] ус тановлено, что для методических печей стана 2500 ОАО «ММК» до реконст рукции коэффициент несимметричности составлял от до . Такие значения коэффициента характерны для печей толкательного способа пере мещения металла и обусловлено значительными потерями тепла с водой, ох лаждающей опорные (глиссажные) трубы, и подсосами холодного атмосфер ного воздуха в нижние зоны печи, обычно находящиеся под небольшим раз режением. Одним из путей снижения непроизводительных потерь тепла яв ляется экранирование глиссажных (опорных) труб огнеупорными или кера мическими волокнистыми материалами [40-46, 68]. Мероприятия по умень шению потерь тепла с водой, охлаждающей элементы (конструкции печей), позволяют уменьшить удельный расход условного топлива до 20%.
В работе [47] для снижения потерь тепла предложено использование вместо водяного испарительное охлаждение и теплоизоляцию конструктивных элементов печей. Для снижения потерь тепла в местах непосредственного контакта нагреваемого металла с опорными трубами используют различные конструкции рейтеров – неохлаждаемых элементов, приваренных к опорным трубам [48]. Использование рейтеров способствует снижению проблемы «темных пятен» [48] и уменьшению продольной разнотолщинности при прокатке заготовок. Конструктивные решения относительно к водоохла-ждаемым элементам нижних зон методических печей являются эффективными, но недолговечными и дорогостоящими мероприятиями как в отношении финансовых затрат, так и временных, связанных с остановкой печей на ремонт.
Эффективным резервом снижения расхода топлива без значительных затрат является использование систем автоматического управления нагревом заготовок, минимизирующих подачу топлива в нижние зоны при безусловном обеспечении гарантированного нагрева металла до требуемого температурного состояния.
Известны работы [39], в которых для компенсации тепловых потерь в нижних зонах предлагается увеличить температурные уставки зональным регуляторам температуры в нижних зонах. Этим обеспечивают условия симметричного режима нагрева, но одновременно возрастают тепловые потери на охлаждение элементов печи, что приводит к неоправданно завышенному удельному расходу топлива. При работе методической печи с максимальной производительностью самым топливосберегающим режимом является режим максимального быстродействия с максимальными расходами топлива во всех зонах печи [1]. При наличии же резерва времени на нагрев следует подавать топливо в нижние зоны только в минимально необходимом количестве для обеспечения нагрева металла на выходе из печи за заданное время.
Необходимо отметить, что топливосберегающее управление нагревом металла в методических печах с минимизацией подачи топлива в нижние зоны объективно увеличивает вероятность выдачи на стан заготовки с недостаточной температурой нагрева и связанных с этим негативных последствий в прокатном производстве. Эта ситуация возможна в условиях нестационарной работы прокатного стана, при которой его производительность стохастически изменяется от 200 до 1000 т/ч [76]. Для устранения описанной ситуации в печи должен быть обеспечен обоснованный запас нагретого и готового к выдаче металла в зависимости от текущей производительности прокатного стана. Система топливосберегающего управления нагревом должна непре рывно анализировать состояние процесса и не допускать возможности не санкционированной выдачи на стан заготовки с пониженной температурой. Для этого необходимо своевременно переходить на требуемую температур ную траекторию или автоматически осуществлять переход от стратегии топ ливосбережения на режим максимальной производительности и наоборот [76]. Наличие технологических и конструктивных ограничений оказывает значительное влияние на эффективность топливосберегающих режимов на грева [52]. Если условно принять затраты тепловой энергии при реализации топливосберегающего режима без учета ограничений за , то при учете ограничения на управляющее воздействие затраты тепловой энергии увеличиваются до ; соблюдение ограничений на температуру рабочего пространства и температуру поверхности нагреваемого металла увеличивает затраты до ; соблюдение дополнительного огра ничения на температурный перепад по сечению нагреваемой заготовки увеличивает затраты топлива до [52]. В на стоящее время затраты топлива на стане 2000 ОАО «ММК» составляют от до [52]. Это означает наличие резерва и возможности использова ния топливосберегающих режимов нагрева за счет снижения подачи топлива в нижние зоны нагрева.
В приведенных ранее работах [5-7] математические модели процесса управления нагревом не предусматривают разбиение рабочего пространства печи на отдельные зоны. При этом подходе к описанию процесса не рассматривается и не учитывается взаимовлияние соседних отапливаемых зон. В работе А.Г. Алехина и М.П. Кухтина [50] предлагается использовать математическую модель для описания теплового состояния заготовки, созданную на базе зонального метода расчета, позволяющего решать задачи сопряженного радиационно-конвективного теплообмена. Согласно зональному методу, развитию которого способствовал В.Г. Лисиенко, все рабочее пространство печи разбивается на объемные (газовые) и поверхностные (кладка и металл) рас 29 четные участки (зоны), в пределах которых температура, радиационные и те-плофизические характеристики принимаются постоянными. Такая математическая модель позволяет достаточно точно определять геометрию рабочего пространства печи, учитывать неоднородность оптических и теплофизиче-ских характеристик рабочего пространства за счет выделения количества объемных и поверхностных зон. Модель позволяет определять двусторонний несимметричный нагрев металла при нестационарных условиях, благодаря использованию коэффициентов формы массивного тела.
Методика определения топливосберегающей траектории управляющего воздействия при несимметричном нагреве заготовок в проходной методической печи
Блок моделирования процесса нагрева заготовок описывает распределение температуры по сечению нагреваемой заготовки с учетом всех тепло-физических характеристик, относящихся к данной марке заготовки. Модель нагрева заготовки составлена с учетом следующих основных требований: 1. Модель должна обеспечить информацию о температуре металла с заданной точностью, исходя из выбранной цели управления. 2. Заданная точность должна быть получена с наибольшей степенью простоты. 3. Модель должна учитывать только те факторы, которые изменяются в процессе работы объекта. 4. В процессе работы может произойти изменение параметров процесса нагрева в печи, поэтому необходимо автоматически подстраивать модель к этим изменениям. Предполагая, что в начальный момент времени тело является равномерно прогретым до температуры , запишем начальное условие (3.4) Граничное условие при является следствием симметрии темпера турного поля (3.5) На поверхности пластины будем считать заданным граничное условие третьего рода, соответствующее постоянной температуре поверхности тела и постоянному, не зависящему от температуры, коэффициенту теплоотда чи , : (3.6) Основная идея метода конечных разностей заключается в том, что не прерывные области изменения пространственной переменной по толщине за готовки заменяются совокупностью дискретно расположенных уз ловых точек при равномерном их расположении на отрезке с шагом , где – число точек по сечению заготовок. Аналогично вместо непрерывного изменения температурного поля в заготовке во времени рассмотрим значения температур в фиксированные мо менты времени при с шагом определяющим интер вал между двумя последовательными моментами времени. В плоскости образуется совокупность узловых точек с координа тами , создающих прямоугольную сетку, а расчет температурного поля сводится к определению сеточный функции , приближенно характеризую щей температуру заготовки в узловых точках. Принцип составления такой Распределение дискретной сеточной функции по толщине пластины для двух последовательных моментов времени схемы представлен на рисунке 3.7. При использовании разностной схемы для решения одномерной задачи теплопроводности применен метод баланса, суть которого заключается в составлении уравнений теплового баланса для каждой элементарной ячейки сеточной области с учетом законов сохранения энергии и переноса тепла [10].
При замене непрерывной функции дискретной сеточной функ цией необходимо заменить дифференциальное уравнение теплопроводно сти с соответствующими краевыми условиями системой алгебраических (разностных) уравнений, связывающих значения сеточной функции в соседних узловых точках. Такая система алгебраических уравнений, являющихся приближенной математической моделью процесса теплопроводности, называется разностной схемой решения исходной краевой задачи.
Для каждого внутреннего узла запишем уравнение неявной четырехточечной разностной схемы расчета нагрева заготовки: (3.7) Для граничных узлов запишем уравнение теплового баланса: при (3.8) или (3.9) при (3.10) или , (3.11) где ; – коэффициент теплоотдачи, ; – коэффици ент теплопроводности, ; – коэффициент теплоемкости, Приведенная система разностных уравнений представляет собой сис тему линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных температур , , которую в матричном виде можно записать следующим образом: где – матрица коэффициентов, входящих в левые части уравнений; – столбец свободных членов, определяемых температурами в предыдущий мо мент времени; – столбец искомых значений температур в по следующий момент времени.
Для решения этой системы могут быть применены различные методы решения систем линейных уравнении – как прямые, так и итерационные. Наиболее эффективным оказывается использование метода прогонки, учитывающего характерную особенность матрицы , а именно то, что отличными от нуля являются лишь те ее элементы, которые располагаются на трех диагоналях.
Опираясь на уравнения (3.4) – (3.10) сформулируем алгоритм функционирования блока для определения теплового состояния заготовки при несимметричном нагреве: 1) произвести определение вспомогательных коэффициентов и для верхнего граничного узла: (3.12) где – коэффициент температуропроводности, ; – интервал между двумя последовательными моментами времени, ; – расстояние между двумя соседними узловыми точками заготовки, ; – коэффициент тепло проводности, ; – температура греющей среды верхней зоны пе чи, ; 2) определить коэффициенты и по формулам: (3.13) 3) определить температуру граничной точки нижней поверхности : (3.14) 4) последовательно найти все остальные значения температур в дис кретных точках сетки: (3.15) Для каждого цикла расчета в блок поступают следующие сигналы, приведенные в таблице 3.2.
По текущему положению заготовки определяется значение температу ры греющей среды и происходит расчет теплового состояния заготовки . При появлении сигнала о поступлении новой заготовки с датчика тем пературы, установленного на входе печи , происходит формирование но вого массива данных, содержащего значения теплового распределения заго товки. За первоначальное температурное распределение заготовки принима ем значение . Сигнал датчика температуры, установленного на выходе печи , показывает, что заготовка вышла из печи. В последующем цикле расчета массив данных заготовки освобождается. 3.1.3 Алгоритм определения пространственной координаты заготовки при ее перемещении в проходной методической печи Заготовки в процессе нагрева перемещаются по длине рабочего пространства с переменной скоростью. Обычно темп перемещения заготовок технологического комплекса «Методическая печь – Стан горячей прокатки» задается тем агрегатом, который является «узким» местом, сдерживающим по производительности остальные агрегаты промышленного комплекса.
Алгоритм определения пространственной координаты заготовки при ее перемещении в проходной методической печи
Анализируя траекторию изменения распределения температуры греющей среды по длине рабочего пространства, видно, что как для верхних, так и для нижних зон интенсификация процесса нагрева осуществляется на конечном интервале времени нагрева. Это соответствует основополагающему принципу топливосберегающего режима нагрева.
Анализируя полученные в процессе моделирования данные изменения подачи топлива в зоны печи, выявлена следующая динамическая закономерность. При увеличении темпа прохождения заготовки в печи подача в верхние и нижние зоны с увеличением темпа прохождения заготовки увеличивается. Данная динамика процесса подачи топлива является общеизвестной истиной, так как с увеличением темпа заготовка проходит расстояние за разное время, т.е. необходимо меньше времени на нагрев заготовки, что компенсируется увеличением подачи тепла в зоны. Интересной закономерностью является то, что при увеличении темпа прохождения заготовок сначала увеличивается подача топлива в верхние зоны, начиная с последних зон. Как только нагрузка всех верхних зон становиться максимальной, начинается процесс подачи топлива в нижние зоны аналогичным образом.
Процесс изменения подачи топлива в зоны при различном тепловом состоянии заготовки поступающей в печь, можно разделить на случая. При нулевом или близком к нулевому темпу прохождения заготовки значения подачи топлива практически не меняются. Данный факт определяется тем, что на нагрев заготовки выделяется большое количество времени, заготовка успевает нагреться при минимально возможных уставках в нижних зонах независимо от ее первоначального теплового состояния.
Для случая, когда заготовка должна нагреться с максимальной скоро стью, несмотря на любое состояние, система ведет процесс нагрева с макси мальными тепловыми нагрузками. Для среднего уровня темпа ин тенсифицирован процесс нагрева лишь к концу требуемого времени нагрева, т.е. в последних по ходу металла зонах печи, что соответствует общеприня тым закономерностям топливосберегающей стратегии нагрева металла. Если же проанализировать распределение нагрузок между верхними и нижними зонами, то видно, что в верхние зоны подано гораздо больше топлива, чем в нижние.
С первых по ходу зон регуляторы верхних зон подают максимальное количество топлива, тем самым максимально используют тепло на нагрев заготовок. Регуляторы нижних зон открывают заслонки таким образом, чтобы подача тепла в нижних зонах была минимальная, тем самым снижают потери тепла с водоохлаждающими элементами нижних зон. На последних по ходу зонах тепла верхних зон не хватает для того, чтобы заготовка выходила из печи с заданным тепловым состоянием, следовательно, подключаются нижние зоны путем установки максимального значения подачи топлива. То есть на всем протяжении рабочего пространства система при нагреве заготовки по топливосберегающей траектории в верхние зоны подает максимально возможный объем топлива, а в нижних зонах происходит интенсификация подачи топлива ближе к последним зонам, по мере увеличения производительности печи.
Получено множество траекторий распределения тепловых нагрузок в методической печи при различных темпах прохождения заготовок, а также при различном начальном тепловом состоянии заготовок. На основании этих данных получены зависимости распределений топлива по зонам печи при различных темпах и начальных состояний заготовки. В процессе моделирования работы рассматриваемой системы топливосберегющего несимметричного управления режимом нагрева получены результаты, подтверждающие нормальное функционирование программного обеспечения и работоспособность принятого режима управления.
Подводя итог вышесказанному, можно предположить, что динамика изменения распределения тепловых нагрузок имеет определенную функциональную зависимость от темпа прохождения заготовки по рабочему пространству печи (времени нагрева) и начального теплового состояния. Дальнейшим этапом усовершенствования системы автоматического топливосбе-регающего управления нагревом заготовок в печи является нахождение такой зависимости и выражение ее в явном формализованном математическом виде.
Результаты выбора температурного параметра для оптимизации управления процессом сжигания топлива в рабочем пространстве методической печи проходного типа
Эти значения соответствуют продолжительностям рабочего движения и обеспечивают поддержание оп тимизируемого параметра практически на экстремальном значении . При программной реализации данного ОАУ с использованием современных МРК могут возникнуть проблемы, связанные с возможными ошибками в оп ределении интегральной оценки . Это обусловлено наличием значительной инерционности датчиков температуры, для которых постоянная времени штатной термопары в массивном защитном чехле составляет – , на личием люфтов в приводе и сочленении ИМ с регулирующим клапаном (РК) расхода воздуха, наличием выбега ИМ, когда тормозная система неисправна или совсем отсутствует, и т.п. Поэтому исследование работы САОУ и прак тическое доказательство работоспособности выбранного ОАУ в условиях, близких к реальным, было осуществлено на компьютеризированном опытном стенде, полностью имитирующем работу САОУ в производственных услови ях с использованием промышленных технических средств и программного обеспечения.
Результаты проведенных теоретических и практических исследований доказали работоспособность ОАУ процессом сжигания топлива. Как показы вает практический опыт использования 2-контурной САОУ процессом сжи гания топлива на методической печи стана 2500 ОАО «ММК», реально обес печивается снижение удельного расхода топлива на по сравнению с используемым способом объемного пропорционирования расходов при родного газа и воздуха.
Результаты использования температуры поверхности нагреваемых заготовок для повышения оперативности и эффективности топливосберегающего управления нагревом непрерывнолитых слябовых заготовок
В условиях неравномерной производительности широкополосных станов горячей прокатки, при которой часовая производительность стана изменяется в широком диапазоне, необходимо повышение оперативности управления нагревом. Как отмечалось ранее, обоснованным возражением технологического персонала против использования топливосберегающих оптимальных режимов управления нагревом металла является «повышение опасности выдачи на стан недогретой заготовки и возникновение последующих нежелательных негативных последствий». В данном случае речь идет о необходимости учета наличия в печи разумно обоснованного запаса готового к выдаче нагретого металла и повышения оперативности управления тепловым режимом при нагреве металла в нестационарном режиме работы. Основными направлениями совершенствования информационного обеспечения являются следующие: – повышение достоверности и оперативности количественной оценки используемого для управления тепловым режимом в отапливаемых зонах изменения температурного параметра, характеризующего текущее температурное состояние нагреваемого металла; – определение на момент посада каждой заготовки в печь прогнозируемого минимального времени нагрева этой заготовки для оценки обоснованного запаса нагретого металла в печи. Выполнение отмеченных мероприятий позволит целенаправленно и эффективно использовать топливосберегающие режимы управления нагре вом при наличии резерва времени на нагрев, по отношению к режиму макси мальной производительности печи, при минимально возможном времени на грева, при условии соблюдения всех технологических ограничений и требуе мого качества нагрева. Традиционно в качестве температурного параметра в системах автоматизированного управления тепловым режимом нагреватель ных печей используется температура рабочего пространства или температура греющей среды, измеряемая термопарами градуировок ТПП или ТПР. Тер мопары в массивных защитных карборундовых стаканах устанавливаются в боковые стены печи в каждой отапливаемой зоне, иногда с двух сторон при широких печах, предназначенных для нагрева -метровых непрерывноли тых заготовок.
Этот способ получения необходимой информации о текущем температурном режиме в управляемой зоне в стационарных условиях работы печи в условиях переменной производительности печи при одновременном нагреве заготовок, значительно отличающихся по теплофизическим свойствам и по начальному тепловому состоянию, неоперативно и неоднозначно характеризует тепловое состояние нагреваемого металла [76].
В качестве примера рассмотрим изменение во времени температуры греющей среды, температуры поверхности и расхода природного газа в третьей сварочной зоне методической печи №1 стана 2000 ОАО «ММК», представленное на рисунке 4.16, при управлении расходом газа по температуре рабочего пространства.