Математичне моделювання та автоматизоване керування процесом графітації в печах Ачесона
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Математичне моделювання та автоматизоване керування процесом графітації в печах Ачесона
|
|
| Creator |
Коржик, Михайло Володимирович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет України „КПІ”, Київ, 2010. Дисертація присвячена питанням автоматизованого керування процесом графітації в печах Ачесона постійного струму. Проведені експериментальні дослідження кампаній графітації виявили особливості протікання основних процесів в печі Ачесона. Здійснено декомпозицію задачі керування процессом. Сформульовано критерії оптимізації для часткових задач керування. Розроблені адаптивна модель температурного поля печі графітації та модель термопружного стану виробів під час кампанії графітації. Розроблено ефективний метод оцінювання ступеня графітації виробів під час кампанії графітації. Створено алгоритми керування стадіями процесу графітації. Створено дворівневу систему керування процесом графітації а печах Ачесона постійного струму, яка на базі розроблених алгоритмів забезпечує економію електроенергії до 18 % на кожну кампанію графітації та зменшує тривалість кампанії більш ніж удвічі. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация процессов управления. – Национальный технический университет Украины „КПИ”, Киев, 2010. Диссертация посвящена вопросам автоматизированного управления процессом графитации в печах Ачесона постоянного тока. Именно в таких печах осуществляется графитаця крупногабаритной продукции, к которой принадлежат электроды дуговых сталеплавильных печей, подовые блоки алюминиевых електролизеров и т.п. Печи Ачесона характеризуются существенной неравномерностью распределения температурного поля и нестабильностью электро- и теплофизических свойств материалов загрузки. Повысить эффективность графитации можно интенсификацией процесса. При быстром нагревании печи увеличивается неравномерность температурного поля и, как следствие, увеличиваются термонапряжения в изделиях. При этом косвенная оценка термоупругого состояния изделий приводит к перерасходу электроэнергии и снижает эффективность производства в целом. Другим фактором перерасхода электроэнергии есть неточное определение необходимой продолжительности кампании графитации. Анализ промышленного процесса графитации и обобщение современного состояния автоматизации в графитовом производстве показали необходимость создания системы управления, которая реализует оптимальную стратегию ведения процесса графитации а печах Ачесона постоянного тока, который позволяет уменьшить энергозатраты на каждую кампанию графитации при гарантированном высоком качестве конечной продукции. Кроме того, разработанная система позволяет сократить производственный цикл и увеличить коэффициент использования оборудования, которое повысит эффективность всего графитового производства и уменьшит себестоимость единицы конечной продукции. Проведенные экспериментальные исследования промышленного процесса графитации в печах Ачесона постоянного тока выявили особенности протекания электрических и термических процессов в печи графитации, а также позволили выяснить характер распределения температурного поля и выделить характеристические области для дальнейшего их моделирования. Анализ экспериментальных данных показал необходимость условно считать кампанию графитации состоящей из двух стадий. Осуществлена декомпозиция задачи управления процессом на две частичные задачи. Сформулированы критерии оптимизации для частичных задач управления. В качестве критерия управления на первой стадии взят предел прочности на растяжение материала изделий в осевом и радиальном направлениях. Для второй стадии в качестве критерия управления используется степень графитации изделий. Разработана адаптивная модель температурного поля печи графитации, которая учитывает затраты энергии на испарение влаги и способна работать в условиях неполной информации о влажности и электро- и теплофизических свойствах материалов загрузки. Проверка точности модели показала, что максимальная относительная погрешность определения температуры в керне печи графитации не превышает 10 %. Для определения оптимальной скорости разогрева разработана модель термоупругого состояния изделий во время кампании графитации, которая учитывает ортотропность свойств и термо-структурные преобразования углеродного материала изделий. Разработан эффективный метод оценивания степени графитации изделий во время кампании графитации, который может использоваться как в алгоритме системы управления, так и самостоятельно. Разработана упрощенная модель электрического поля керна печи графитации, которая может использоваться для оценочных расчетов распределения плотности тока в межрядовом пространстве керна. Предложена методика расчетов распределения плотности тока в межрядовом пространстве керна печи графитации при традиционной схеме пакетирования заготовок 555 мм. Созданы и исследованы новые алгоритмы управления стадиями процесса графитации, которые на основе прогнозирования состояния изделий обеспечивают близкое к оптимальному ведению процесса графитации в печах Ачесона постоянного тока. Создана двухуровневая система управления процессом графитации а печах Ачесона постоянного тока, которая на базе разработанных алгоритмов обеспечивает экономию электроэнергии до 18 % на каждую кампанию графитации и уменьшает продолжительность кампании более чем вдвое. Верхний уровень системы управления обеспечивает оптимизацию каждой стадии процесса. При этом нижний уровень обеспечивает реализацию субоптимальных режимов, определенных на верхнем уровне, и осуществляет управление процессом по регламенту в автономном режиме. Thesis for Ph.D. degree of technical sciences by speciality 05.13.07 – automation of controlling processes. – National technical university of Ukraine „KPI”, Kyiv, 2010. In this Ph.D. thesis the questions of automated control by graphitation process in Acheson DC kiln is considered. Fulfilled experimental researches of graphitation campaigns have revealed features of the basic processes passage in Acheson kiln. Decomposition of a problem of control by process is carried out. Optimisation criteria for partial problems of control are formulated. Are developed adaptive model of a temperature field of the graphitation kiln and model of a thermoelastic condition of products during graphitation campaign. The effective method of estimation of graphitation degree products is developed during graphitation campaign. Algorithms of control by stages of graphitation process are created. Two-level control system of graphitation process in Acheson DC kiln was designed, which on the basis of the developed algorithms provides economy of the electric power to 18 % on each graphitation campaign and reduces duration of campaign more than twice. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-09-14T14:52:46Z
2011-09-14T14:52:46Z 2010 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1057
|
|
| Language |
uk
|
|