CC BY
7УДК 536.24
К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫМИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫМИ ПЕЧАМИ ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ1
А.А. Узенгер
Самарский государственный технический университет 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244
В статье рассматриваются основные задачи и методы их решения при проектировании энергосберегающих систем оптимального управления газовыми отражательными печами для плавления алюминиевых сплавов.
Ключевые слова: газовые отражательные печи, алюминиевые сплавы, оптимальное управление, система с распределенными параметрами.
Снижение энергозатрат и потребления топлива является одной из основных проблем в направлении модернизации промышленного производства Российской Федерации. Одним из наиболее энергоёмких потребителей в различных отраслях народного хозяйства являются промышленные газовые отражательные печи для плавления алюминиевых сплавов. В этих условиях возникает актуальная задача достижения максимальной технико-экономической эффективности их функционирования по критерию энергосбережения путем оптимизации проектных решений и режимов работы технологического оборудования.
Современные промышленные высокотемпературные отражательные печи для плавления алюминиевых сплавов характеризуются большой емкостью (25-40 т) и производительностью, недостижимой пока ни для одного из других типов известных печей, простой конструкции и обслуживания, легкостью производства основных технологических операций. Одновременно с несомненными преимуществами отражательные печи обладают рядом серьезных недостатков. Основными из недостатков являются: достаточно высокий угар металла; повышенная насыщенность расплава газом за счет взаимодействия его с печной атмосферой; возможность местного перегрева металла; неравномерность температурного поля ванны по ее глубине.
Температура расплава является одним из основных факторов, который определяет технологические операции в плавильной печи. К ним относятся, прежде всего, операции по присадке легирующих компонентов, таких как медь, магний, цинк и др. Существующая технология производства сплавов предусматривает строгие и достаточно узкие диапазоны температур расплава для присадки каждой компоненты [1]. Эта технология в настоящее время особо жестко нормирует верхний допустимый температурный предел расплава на весь период его нахождения в плавильной печи, диапазон которого в общем случае не превышает 15-30 °С.
Проектирование оптимальной по критерию энергосбережения системы управления плавильными отражательными печами заключается в решении ряда важных задач. Первой актуальной задачей является разработка математических моделей взаимосвязанных процессов внутреннего и внешнего теплообмена в плавильной печи. Нагрев жидкого
1 Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (проект № 16.740.11.0254) и ФЦП «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы» (проект № 2.1.2/4236) Министерства образования и науки РФ. Узенгер Алексей Андреевич - к. т. н., доцент.
металла в рабочем пространстве отражательных печей производится преимущественно излучением по закону Стефана - Больцмана при существенно неравномерном распределении по глубине ванны температуры жидкого металла. В связи с этим создание аналитических моделей возможно только при существенной схематизации и упрощении исходных дифференциальных уравнений теории теплопроводности, с использованием основ теории систем с распределенными параметрами [2].
Второй задачей является разработка и теоретическое обоснование алгоритмов оптимального управления по критериям быстродействия и энергосбережения. В технологии процессов плавления алюминиевых сплавов большое практическое значение имеет задача достижения требуемого конечного температурного распределения жидкометаллической ванны за минимально возможное время. Для решения этой задачи могут быть использованы методы теории оптимального управления с распределенными параметрами [3].
Третьей задачей является разработка на основе предлагаемых алгоритмов оптимального управления инженерных методик, создание и практическая реализация энергосберегающих технологий потребления топлива для промышленных печей отражательного типа. Решение данной задачи возможно при использовании современных высокоскоростных вычислительных систем, позволяющих реализовывать требуемые нелинейные алгоритмы оптимального управления в реальном масштабе времени.
На основе полученных результатов общего и частного характера может быть разработана и реализована на практике стратегия гарантированного достижения результата при организации энергосберегающих технологий, позволяющая получить требуемое распределение температурного поля жидкого металла в ванне газовой отражательной печи с максимально возможными показателями по выбранному критерию оптимальности в условиях заданных ограничений по предельным параметрам промышленного оборудования и технологических инструкций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Альтман М.Б. и др. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочник. - 2-е изд. перераб и доп. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с., ил.
2. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем распределенными параметрами. -М.: Высшая школа, 2003. - 299 с., ил.
3. Рапопорт Э.Я. Оптимальное управление системами с распределенными параметрами. - М.: Высшая школа, 2009. - 677 с., ил.
Статья поступила в редакцию 20 мая 2010 г.
TO THE QUESTION OF DESIGNING OF POWER SAVING UP SYSTEMS OF OPTIMUM CONTROL OF GAS REFLECTIVE FURNACES FOR FUSION OF ALUMINIUM ALLOYS
А.А. Uzenger
Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100
To article the primary goals and methods of their decision are considered at designing ofpow-er saving up systems of optimum control by gas reflective furnaces for fusion of aluminum alloys.
Key words: gas reflective furnaces, aluminum alloys, optimal control, distributed parameter system.
Aleksey А. Uzenger - Candidate of Technical Sciences, Associate professor.
