Салихов Кирилл Зуфарович. Адаптивная система автоматического управления процессом охлаждения крупного стального слитка в ЗВО МНЛЗ: модели и алгоритмы

brief description

Салихов, Кирилл Зуфарович. Адаптивная система автоматического управления процессом охлаждения крупного стального слитка в ЗВО МНЛЗ: модели и алгоритмы : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Салихов Кирилл Зуфарович; [Место защиты: Моск. ин-т стали и сплавов].- Москва, 2011.- 158 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/1601

Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Национальный исследовательский технологический университет
«МИСиС»
На правах рукописи
04.2.01 1 5581 5 “
Салихов Кирилл Зуфарович
Адаптивная система автоматического управления
процессом охлаждения крупного стального слитка в
ЗВО МНЛЗ: модели и алгоритмы
Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами» (в металлургии)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: Заслуженный деятель науки России, доктор техн. наук, профессор Салихов З.Г.
Москва 2011 г.
Введение 5
Глава 1. Анализ состояния теории и практики управления процессом охлаждения стального слитка в зоне вторичного охлаждения (ЗВО)
машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) 12
Введение к главе 1 12
1.1. Наиболее распространенные типы МНЛЗ 13
1.2 Анализ подходов к построению математических моделей процессов кристаллизации металла при охлаждении слитка в ЗВО и основные причины снижения качества заготовок 21
1.3. Анализ наиболее широко применяемых известных способов
охлаждения слитка в ЗВО 26
1.3.1. Водно-струйный способ охлаждения слитка 28
1.3.2. Контактный способ охлаждения слитка 29
1.3.3. Радиационное охлаждение слитка 30
1.4. Принципы управления процессом охлаждения слитка в ЗВО 31
1.4.1. Принципы построения САУ процессом охлаждения слитка
в ЗВО с использованием его математической модели 32
1.4.2. Статические и динамические способы управления
охлаждением 36
1.5. Выводы по главе 1 42
Глава 2. Разработка физической и математической модели динамики движения хладагента при форсуночном способе охлаждения слитка в ЗВО, разработка алгоритмов идентификации модели и компьютерного исследования эффективности использования охлаждающего агента
(воды) 44
Введение к главе 2 44
2.1. Математическое описание динамики охлаждающей воды в ЗВО МНЛЗ [91] 45
2.2 Математические зависимости для оценки эффективности охлаждения 52
2.3. Идентификация математической модели поведения динамики
охлаждающего агента в ЗВО и исследование эффективности работы форсуночного охлаждения слитка 53
2.3.1. Анализ математического описания для моделирования
динамики поведения охладителя на поверхности слитка 53
2.3.2. Идентификация математической модели с помощью
лабораторной установки (физической модели) 54
2.4. Выводы по главе 2 63
Глава 3. Новый способ и устройство управления процессом охлаждения слитка на основе контактного метода съема тепла и разработка математической модели модернизированного процесса охлаждения
слитка в ЗВО 65
Введение к главе 3 65
3.1. Модернизированные способ и средство охлаждения слитка 66
3.2. Разработка математической модели модернизированного способа
управления процессом охлаждения слитка в ЗВО 72
3.3. Параметрическая идентификация модели модернизированного
управления процессом охлаждения слитка в ЗВО МНЛЗ 85
3.4. Выводы по главе 3 94
Глава 4. Разработка адаптивной системы автоматического управления
(АСАУ) модернизированным охлаждением слитка 95
Введение к главе 4 95
4.1. Анализ ЗВО как объекта управления 96
4.2. Разработка адаптивной системы автоматического управления
(АСАУ) модернизированным процессом роликового охлаждения слитка в ЗВО-Р 106
4.3. Описание структуры и функционирования контроллера
контактного охлаждения слитка 111
4.3.1. Описание структуры и функционирования блока
регулирования работы охлаждающего ролика 113
4.3.2. Принцип настройки локального(ых) регулятора(ов) 114
4.4. Описание структуры и функционирования блока управления
температурным профилем движущегося слитка-сляба 117
4.5. Выводы по главе 4 127
Заключение и общие выводы по диссертационной работе
Литература
Приложения

bibliography

Общие выводы по работе
1. Из анализа состояния техники в области управления процессом охлаждения непрерывнолитых слитков в ЗВО следует, что: информационное обеспечение этого процесса недостаточно изучено; существующие математические модели и способы управления основаны на вероятностных технологических и управляющих параметрах, что не позволяет реализовать САУ, обеспечивающих получение качественных заготовок, т.е. требуется коренная модернизация как информационной части, так и управляющей части системы автоматического управления (САУ) охлаждением слитка в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ.
2. Впервые разработаны: физическая и математическая модели динамики движения охлаждающего агента (воды) при форсуночном охлаждении слитка в ЗВО МНЛЗ; алгоритмы идентификации математической модели и функционирования компьютерного моделирования.
3. Исследованиями на разработанной математической модели доказано,
что форсуночный способ управления процессом охлаждения имеет ранее не выявленный существенный недостаток, а именно - подача хладагента через форсунки на поверхность слитка образует ламинарный теплонепроводящий поток нагретого хладагента между направляющими роликами, который снижает к.п.д. использования охлаждающего агента до (30 — 40)%. Кроме того, подтверждена идея автора о том, что использование форсуночного способа охлаждения позволяет регулировать величину расхода
охлаждающего агента на процесс охлаждения в ЗВО только в узких пределах, не всегда соответствующих требованиям обеспечения равномерности распределения охладителя на поверхности слитка из регламентных условий обеспечения интенсивности процесса охлаждения слитка в ЗВО, т.е. качество заготовки не всегда может быть обеспечено при форсуночном охлаждении.
4. Разработаны новые способ и средства охлаждения слитка в ЗВО МНЛЗ, заключающиеся в том, что охлаждающий агент (холодная вода, жидкий азот, и др.) подают под давлением через направляющие ролики МНЛЗ, выполненные полыми и заполненные медными шариками, и создают тем самым турбулентный поток охлаждающего агента, измеряют температуру входного и выходного потока и по ним непрерывно и непосредственно определяют фактические значения коэффициентов теплосъема со слитка, а по разнице температур выходных потоков соседних роликов определяют границы жидкой фазы слитка.
5. Разработана математическая модель модернизированного способа охлаждения слитка в ЗВО, при которой впервые использован принцип многозонного разбиения поперечного сечения слитка, обеспечивающая расчет материальных и тепловых потоков в сечениях слитка при его движении вдоль технологической оси МНЛЗ и непрерывном контроле фактических значений коэффициентов теплосъема и интенсивности охлаждения слитка.
6. Впервые разработаны алгоритм динамического компьютерного моделирования процесса роликового охлаждения и методология процедуры динамической идентификации модели модернизированного процесса охлаждения слитка при его непрерывном движении вдоль технологической линии МНЛЗ.
7. Впервые, на основе модернизированного способа охлаждения крупногабаритных непрерывнолитых слитков в МНЛЗ, создана 3-х контурная АСАУ, в структуру которой включен многокоординатный идентификатор процесса охлаждения слитка полыми роликами с турбулентным потоком охлаждающего агента, выполняющий функции наблюдения и адаптации системы по результатам прямого контроля значений коэффициентов теплосъема в реальном времени движения слитка, а также непрерывного контроля размера границы жидкого и кристаллического состояния металла в слитке.
8. Впервые доказано имитационным моделированием, что реализация созданной АСАУ, обеспечивает повышение точности управления в 2,5 раза при выполнении заданной или регламентной траектории охлаждения слитка в ЗВО-Р, удовлетворяющего условиям получения качественных крупных стальных заготовок, т.е. снизить количество бракованных непрерывнолитых заготовок в 1,5-2 раза (рис. 4.15).