РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ И ЕЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

Краткое содержание

 ОСНОВНИЙ ЗМІСТ 

У  вступi  обґрунтовані  актуальність  теми  дисертації  й  відповідність

роботи  основним  цілям  і  завданням  розвитку  гірничо-металургійного

комплексу України, позначеним у нормативних документах Кабінету Міністрів

України, а також мета, завдання, об'єкт, предмет і методи дослідження, наукова

новизна й практичне значення отриманих у дисертації результатів, особистий

внесок здобувача, апробація результатів роботи.  

У першому розділі «Огляд рішень у сфері вибору раціональних теплових

параметрів  реалізації  технологій  розливання  сталi  й  теплової  обробки

заготовок»  розглянуто  сучасний  рівень  технологій  систем  виробництва

безперервнолитої заготовки і її теплової обробки та напрямки їх удосконалення. 

Проаналізовано роль систем виробництва безперервнолитої заготовки і її

теплової  обробки  у  формуванні    собівартості  та  якості  прокатної  продукції.

Обґрунтовано  необхідність  безперервного  вдосконалення  технологічних

процесів  цих  систем  і  підкреслено  роль  таких  досліджень  для  української 

промисловості  й  економіки.  Науково-технічна  проблема  вдосконалення

технологічних  та  конструктивних  параметрів  технологій  безперервного

  8

розливання  сталі  й  теплової  обробки  заготовок  успішно  досліджувалася  і

досліджується  багатьма  вітчизняними  та  іноземними  вченими,  серед  яких

необхідно  відзначити  таких  авторів  як  Рутес  В.С.,  Сладкоштєєв  В.Т.,      

Дюдкін  Д.О.,  Смірнов  О.М.,  Мizikar  E.,  Wolf  M.,  Глінков  В.O.,  Тайц  Н.Ю.,

Семікін  І.Д., Кривандін  В.О., Губинський В.Й. та інших.  Однак на сьогодні в

названій  галузі  лишається  ряд  серйозних  проблем,  зокрема  теплотехнічного

характеру, які потребують вирішення. 

  Так,  у  вітчизняній  металургії  безперервним  способом  розливається

близько  50%  сталі,  яка  виплавляється.  Основною  причиною  такого  низького

показника  є  недолік  інвестицій  на  придбання  МБЛЗ.  Додаткові  стримуючі

фактори  зумовлені  проблемами,  пов'язаними  з  освоєнням  розливання

високоякісних  марок  сталi,  та  високим  ступенем  залежності  вітчизняних

підприємств  від  іноземних  фірм-постачальників  МБЛЗ  у  плані  керуючих

алгоритмів.  Обґрунтовано,  що  й  на  теперішній  час  навіть  при  реалізації

класичних  технологій  безперервного  розливання  сталi  залишається  ряд

аспектів,  що  вимагають  удосконалення, у тому числі  й  у  площині  теплової

роботи кристалiзатора й зони вторинного охолодження (необхідність створення

системи  моніторингу  теплового  стану  заготовки  в  межах  МБЛЗ,  вивчення

впливу  зношування  внутрішньої  поверхні  кристалiзатора  на  тепловий  стан

заготовки, вивчення роботи ЗВО в позаштатних ситуаціях тощо) для зростання

продуктивності,  розширення  сортаменту  сталей,  що  розливаються,

попередження аварій.

Продемонстровано,  що  у  світовій  практиці  відбувається  інтенсивний

розвиток  технологій  сполученого  розливання-прокатки,  при  цьому  значні

резерви  їх  удосконалення  знаходяться  в  пошуку  раціональних  параметрів

реалізації цих технологій. У вітчизняній чорній металургії процеси сполученого

розливання-прокатки не реалізуються й обсяг наукових досліджень, виконаних

у  цьому  напрямку,  особливо  у  площині  теплової  роботи  таких  комплексів,

недостатній.  Обґрунтовано,  що  необхідною  умовою  ефективної  реалізації

сполучених процесів розливання-прокатки є створення методів комплексного

вивчення  теплового  стану  заготовок  на  ділянці  розливання  –  нагрівання  під

прокатку. 

Показано,  що  значна  частина  пічних агрегатів,  які  використовуються  в

Україні  для  теплової  обробки  заготовок,  характеризуються  дуже  низьким

рівнем  енергоефективності.  Ситуація  може  бути  виправлена  за  рахунок

уведення в експлуатацію нових ресурсоенергозберігаючих пiчних агрегатів, або

внаслідок  реконструкції  існуючих  агрегатів.  Стосовно  операцій  теплової

обробки заготовок у печах для відомих напрямків удосконалення конструкції

агрегатів  (наприклад,  реконструкція  базової  футерiвки  за  рахунок  додавання

шару  керамоволокнистих  матеріалів;  заміна  пристроїв  для  утилізації  тепла

продуктів  згоряння,  що  залишають  камеру  печі,  на  більш  ефективні)  є

необхідним  створення методів аналізу проектів з реконструкції існуючих або

створення нових пічних агрегатів.  

Проаналізовано  відомі  положення  про  роботу  систем  імпульсного

опалення.  Показано,  з  одного  боку,  перспективність  технологій  імпульсного

  9

опалення  в  плані  інтенсифікації  теплообміну,  економії  палива  й  підтримки

рівномірного розподілу температури продуктів згоряння в печі,  а  з іншого –

недостатність  наявних  відомостей  для  створення  універсальних  підходів  до

рішення завдань імпульсного нагрівання й термообробки заготовок у печах. 

Обґрунтовано  необхідність  удосконалення  систем  АСУ  ТП,  керуючих

роботою  пічних  агрегатів  при  нагріванні  й  термічній  обробці  заготовок.

Показано, що для рішення цього завдання система повинна поряд з підтримкою

параметрів  процесу  на  заданому  рівні  нести  в  собі  функцію  теплового

моніторингу.  

Розглянуто  питання  створення  й  використання  математичних  моделей,

що  базуються  на  диференційному  описі  процесів,  для  дослідження,

удосконалювання  й  оптимізації  теплових  процесів  у  розглянутих  системах.

Зроблено  висновок  про  необхідність  створення  математичної  моделі,  за

допомогою якої можна було б вивчати теплові процеси, що відбуваються  як

при  безперервному  розливанні  сталі, так і при тепловій обробці  заготовок, що

має характеристики, якi дозволяють використовувати таку модель для розробки 

систем АСУ ТП, а також для безпосередньої участі в них.

  Важливість проведення зазначених у розділі досліджень підтверджується

відсутністю у вітчизняній практиці методології оцінки проектів з реконструкції

або створення нового устаткування і, насамперед, їх теплотехнічної складової й

повною  залежністю  від  іноземного  постачальника  устаткування  в  плані

керуючих алгоритмів і методів визначення раціональних режимів експлуатації.

Викладені  в  розділі  матеріали  розкривають  актуальність  проведення

досліджень  у  зазначених  напрямках  і  дозволяють  сформулювати  мету  й

завдання дисертаційної роботи, наведені в її загальній характеристиці.

У  другому  розділі  «Основні  методики  дослідження  теплотехнічних

процесів у системах виробництва безперервнолитої заготовки та  її  теплової

обробки»  вирішуються  завдання  створення  єдиного  універсального

математичного  комплексу,  за  допомогою  якого  можна  досліджувати

теплотехнічні процеси в технологіях безперервного розливання сталi й теплової

обробки заготовок у печах, а також завдання розробки методики дослідження

впливу  імпульсних  режимів  подавання  теплоносія  на  інтенсивність

конвективного теплообміну, що передбачає створення лабораторної установки,

її  тарирування  на  безiмпульсних  режимах  обтікання,  описуваних  відомими

рівняннями,  рішення  питання  про  спосіб  інтерпретації  отриманого

експериментального матеріалу.

Розроблений у дисертації математичний комплекс дозволяє досліджувати

теплотехнічні процеси технологій безперервного розливання сталi  й теплової

обробки  заготовок  як  окремо  (розімкнута  схема),  так  і  в  межах  єдиного

технологічного  ланцюжка  (сполучені  процеси).  Цей  комплекс  містить  у  собі

загальне ядро, що базується на диференційному описі процесів, і змінні набори

умов однозначності для досліджуваних технологій.  

На стадії розробки до математичної моделі поставлено  низку вимог, які

уможливлюють  її  участь  в  алгоритмах  систем  АСУ  ТП:  висока  швидкість 

  10

обчислень  (темп  обчислення  випереджає  темп  реального  часу),  безумовна

стійкість, достатній для практичних розрахунків рівень точності. 

На  підставі  досвіду  дослідників  Ткаченка  В.М.  та  Гінкула  С.І.,  які

спеціалізуються на математичному моделюванні теплових процесів плавлення-затвердіння,  а  також  нагрівання-охолодження  матеріалів,  математичне

формулювання  моделі,  що  розроблюється,  для  задоволення  поставленим

вимогам  представлено  одним  диференційним  рівнянням  нестаціонарної

теплопровідності із внутрішніми джерелами теплоти, яке в загальному вигляді