CC BY
18
ПРЕДСТАВЛЕННЯ ТЕРМ1ЧНО1 ОБРОБКИ КОТУН1В НА КОНВЕСРН1Й ВИПАЛЮВАЛЬН1Й МАШИН1 ЯК СИСТЕМИ З РОЗПОД1ЛЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ
Постановка проблеми
До найбшьш актуальних проблем фабрик огрудкування гiрничо-збагачувальних комбiнатiв, зазвичай, вадносить-ся теплоенергетичне устаткування конвеерно! випалювально! машини (КВМ), що працюе у рiзних режимах, наванта-женнях, рiзноманiтних збуреннях, з сировиною та енергоноаями рiзних характеристик. Причиною зазначених змш часто е й робота шших контурiв регулювання, що взаемозв'язанi через об'ект. Значна частина часу персоналом, що експлуатуе системи регулювання, витрачаеться на виявлення й усунення техшчних несправностей i настроювання параметрiв регулювальних пристро!в. Як вiдомо, окремi елементи газоповиряних камер КВМ змiнюють сво! ди-намiчнi характеристики залежно ввд навантаження та iнших факторiв.
Продуктивносп вiддiлення огрудкування та опалення котушв повиннi бути мiж собою узгоджеш. Найкраще уз-годження, при якому обидва вiддiлення працюють в оптимальному режим^ тобто з повним завантаженням i максимальною продуктивнiстю, досягаеться при якомусь одному, зазвичай, коли не змiнюються фiзико-хiмiчнi властивостi котушв. У всiх iнших випадках виникае одна з таких двох ситуацш. Продуктивнiсть кожно! зони КВМ обмежуе темп роботи обладнання опалення. У цьому випадку оптимальним буде таке управлшня, при якому заданий розподш температури по всiм зонам у шару котушв досягаеться за мшмальний час. Це завдання про граничну швидкодiю.
Експлуатацiйний персонал, щоб уникнути частих перенастроювань регуляторiв, прагне встановити по можли-востi, «слабш» параметри налаштування, забезпечуючи стiйкiсть системи регулювання при рiзних режимах роботи об'екта. Природно, при цьому доводиться жертвувати характеристиками якостi системи регулювання. А для працез-датностi системи необхвдно, щоб процес автоматичного регулювання досягав певних яшсних показниюв. Вимоги до якосп процесу регулювання в кожному випадку можуть бути найрiзноманiтнiшими, однак з уах яшсних показнишв можна видiлити дек1лька найбiльш iстотних, наприклад, час регулювання й динамiчна похибка. Тому розробка систем, що можуть самостшно або пiд наглядом оператора пiдлаштовуватися пiд змiни об'екта керування, е актуальною науковою та практичною задачею.
Аналiз останшх досл1джень та публiкацiй
Масштабнi дослщження щодо збереження витрат енергоносив, що витрачаються на випалювання котунiв, прово-дяться як за кордоном, так i в нашiй кра!ш [1-4]. Питанню вивчення теплового режиму випалювання котушв було присвячено ряд робп при математичному описi теплофiзичноl моделi процесу в основу приймалися рiвняння теплового балансу (збереження енергп) i рiзних видав теплопередачi [5-9].
У зазначених роботах, а також в [10,11] дослщжуват дiлянки шару котунiв представляються у вигляда масиву ахЬхс блоков кубiчноl форми, для кожного з яких складалися системи рiвнянь. З огляду на те, що вiтчизняний розвиток процесу огрудкування рухаеться в напрямку збшьшення висоти випалювального шару котушв, застосування зазна-ченого методу тягне за собою складання десятков систем рiвнянь, що ускладнюе його практичне застосування. Також недолiком представлених математичних моделей можна вважати вщсутшсть у описi процесу виду палива i розташу-вання котунiв по висоп i ширинi палети, що зуст^чаеться i в бiльш тзтх роботах [10, 11, 13, 14], останне е основним фактором, що впливае на тепловий режим процесу випалювання котушв.
У роботах [5, 6] запропоноваш методи моделювання на основi формально-математичного опису фiзико-хiмiчних явищ i реалiзацi! обчислювального експерименту. У роботах [6, 9] викладеш основнi етапи розробки комплексно! математично! моделi, що вiдповiдае вимогам максимально! адекватносп реальним теплофiзичних i фiзико-хiмiчних процесiв, що прот1кають у шарi при спiканнi залiзорудних матерiалiв. Однак, зазначеш математичнi моделi розгляда-ють випалювальний агрегат у цiлому i не розглядають детально тепловий режим процесу випалювання.
Збереження високо! якосп керування контурами та елементами устаткування, що сприяе економi! ресурсiв та енергоносив, пiдвищенню продуктивностi, якостi котушв, строку служби обладнання, позитивно вообразиться на загальнiй робот тдконтрольних технологiчних процесiв та iнженерних систем найшло в1дображення в [2-4, 9].
Синтез придатних до використання систем керування КВМ ускладнюеться суттевим запiзненням, характерним для конгурiв керування теплоенергетичними процесами. В1д цих режимiв i характеристик залежить як1сть виготовле-них котунiв i продукгивнiсть КВМ [1-4]. Сьогодш на КВМ, як правило, застосовуються регулювальнi прилади й iншi елементи систем автоматичного управлшня, параметри яких встановлюються при налагодженш й пiсля цього зали-шаються незмiнними для кожно! газоповiтряно!' камери КВМ [3, 7]. Так1 регулятори в1дносно до об' екпв зi змiнними динамiчними характеристиками в основному не можуть забезпечити яшсного регулювання, а iнодi навiть стшкого процесу, хоча в деяких випадках вдаеться задовшьно вирiшити це завдання установкою, так званих, компромюних налаштувань [5-7].
НАУКОВО-ТЕХН1Ч НА 1НФОРМАЦ1Я
На пракгищ часто об'екги регулювання КВМ, яш характеризуються великою складнiстю математичного опису !х руху, що обумовлено високим порядком !х диференцiального рiвняння, наявшстю гостро коливальних i навiть не-стшких ланок. Домогтися високо! якосп процесiв у так1й системi рашше розглянутими порiвняно простими ршення-ми з одним зовшшшм зв'язком i одним регулятором, як правило, не вдаеться. Але для регулювання об'ектами КВМ може виявитися ефективними способи управлшня, як1 наданi у лiтературi [8-14].
Для аналiзу обсягiв видшення i поглинання теплоти в елементарному обсязi шару когунiв доцiльно скористатися описом процесу на базi балансового методу з урахуванням теплових процейв у шарi когунiв.
Формулювання мети роботи
Продуктивнiсть обмежена погужшстю обробного устаткування, i, отже, темп роботи кожно! зони фiксований. У цьому випадку виникае завдання - за заданий час забезпечити найкращу яшсть виготовлених когунiв. Критерiем оптимальностi гут е як1сть випалення когунiв, виражена тим чи шшим чином. Нижче наводиться одна з можливих постановок задачi такого роду. Тому метою роботи е варiант представлення термiчноl обробки котушв на конвеернiй опалювальнiй машинi, як систему з розподшеними параметрами.
Викладення матерiалу та результати
У зот КВМ вiдбуваеться нагрiвання когунiв двома грiючими середовищами (два пальники) з двох сторш з температурами и(() i м2(/). Нехай розподiл темперагури 6 (х, /) шару когунiв по довженнi машини х (-Ь < х < + Ь) i за часом t (0 < х < Т) тдпорядковуеться диференцiальному рiвнянню в часткових похiдних другого порядку - рiвняння тепло-провiдностi Фур'е (1):
59 дt
■ = а-
д 26 дх2
(1)
де а - коефщент температуропровщносп.
£ деяке початкове (при t = 0) розподiл темперагури по товщиш (2):
6( х,0) = 60( х).
Крайовi умови (зв'язок з грiючими середовищами на кшцях заготовки) визначаюгься виразами (3)№
(2)
хдб дх
= а^щ^) -6(Ь,t)]
х=Ь
-Х
59 дх
= а^ШО -6(-Ь,0]
х=-Ь
(3)
де Х - коефiцiент теплопровiдностi; а1, а2 - коефiцiенти теплообмiну мiж середовищем, що грiе i котунами.
На керуючi функцп, що харакгеризують температури середовища, що грiе, и1(() i и2 (t), накладаються обмежен ня (4):
А < u1(t) < А2
Аз < и2 (0 < А4
(4)
При неприпустимостi рiзких перепадiв темперагури всерединi котуна, що на^ваеться, обмежуеться градiент внутрiшнього температурного поля (5):
56
дх
< А5
(5)
Завдання оптимального випалення котушв при фжсованому часi нагрiву формуються так: знайти такий закон змiни температури середовища, що грiе, в чай, щоб за час Т забезпечити мшмальне вщхилення розподiлу темперагури шару котушв ввд заданого розподiлу.
Ввдхилення вiд заданого розподалу можна охарактеризувати, наприклад,таким функцiоналом (6):
3 = 116( х) -6( х, Т )|у дх,
(6)
1607-6885 Новi маmерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2015
141
де 6 (х) - заданий розподш, що визначаеться технологiчними вимогами; Y - додатне число.
При Y = 2 отримуемо середне квадратичне вщхилення. При отгашзацп нагрiву мш]шзуеться функцюнал J.
Висновки
Особливiсть розглянуто1 задачi полягае в тому, що керований об'ект е системою з розподшеними параметрами i
описуеться диференцiальним рiвнянням у часткових похiдних. Таку систему розглядають як граничний випадок
системи iз зосередженими постшними при несшнченному збiльшеннi числа li фазових координат.
Список лтератури
1. Пирматов Д. С. Математическая модель тепловой обработки окатышей в обжиговой машине / Пирматов Д. С. // Сборник трудов всероссийской конференции : Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве НТ-2010. - Воронеж, 2010. - С. 88-89.
2. Юсфин Ю. С. Интенсификация производства и улучшение качества сырых окатышей / Юсфин Ю. С., Пашков Н. Ф., Антоненко Л. К. - М. : Металлургия, 1994. - 240 с.
3. Буткарев А. А. Исследование и совершенствование процесса управления термообработкой окатышей на обжиговых конвейерных машинах / А. А. Буткарев // Сталь. - 2011 - № 5. - С. 4-8.
4. Буткарев Г. М. Математические модели для управления процессом производства окатышей на конвейерной машине / Буткарев Г. М. Майзель, Е. В. Некрасова Е. В. // Сталь. - 2000. - № 3. - С. 10-13.
5. Боковикова А. Х. Компьютерный расчет тепло массообменных процессов при окислительном обжиге окатышей на конвейерной машине / А. Х. Боковикова, В. М. Малкин, С. Г. Меломуд // Сталь. - 1995. - № 4. - С. 8-10.
6. Бережной Н. Н. Математическое моделирование температурного поля окатыша / Н. Н. Бережной, В. М. Серебреников, А. В. Зайцев // Вюник Кривор1зького техшчного ушверситету : Зб. наук. праць. - Кривий Pin КТУ, 2008. - Вип. 20. - С. 188193.
7. Рубан С. А. Розробка принцишв керування температурним режимом процесу випалювання котушв з використанням прогнозуючих ANFIS-моделей / Рубан С. А., Лобов В.Й. // Радюелектронжа. 1нформатика. Управлшня. - 2008. - С. 69-74.
8. Цаплин А. И. Моделирование теплофизических процессов и объектов в металлургии: учеб. пособие / А. И. Цаплин, И. Л. Никулин. - Пермь : Изд-во Перм. гос. техн. унив., 2011. - 299 с.
9. Боковиков Б. А. Математическое моделирование динамики процесса обжига окатышей на конвейерной машине / Б. А. Боковиков, В. М. Малкин, М. И. Найдич // Металлургическая теплотехника. - 2002. - № 8. - С. 25-31.
10. Лобов В. Й. Моделювання розподшу температур у шарi залiзорудних обкотишiв газопов^ряно! камери в конвеерних печах фабрики оГрудкування / Лобов В. Й., Котляр М. О. // Научный вестник Национального горного университета. - 2015. -№ 2. - С. 109-117.
11. Лобов В. Й. Дослщження термiчноi' обробки шару обкотишiв в газопов^рянш камерi обпалювально! машиш конвеерного типу / Лобов В. Й., Котляр М. О. // Научный вестник Национального горного университета. - 2015. - № 3. - С. 131-136.
12. Рубан С. А. Комп'ютерне моделювання алгоритму оптимального керування температурним режимом випалювання котушв з використанням прогнозуючих ANFIS-моделей / С. А. Рубан, В. И. Лобов // Вюник КТУ: зб. наук. праць. - Кривий Рп* : КТУ, 2008. - Вип. 21. - С. 150-154.
13. Lobov V. Investigation of temperature distribution along the height of the layer of pellets on conveyor roasting machine / V. Lobov, K. Lobova, M. Koltiar // Metallurgical and Mining Industry. - 2015. - № 4. - Р. 34-38.
14. Lobova K. Pellets Temperature distribution on a conveyor roasting machine / K. Lobova // Metallurgical and Mining Industry. -2015. - № 8. - Р. 12-15.
Одержано 11.12.2015
© Канд. техн. наук В. Й. Лобов, К. В. Лобова
KpHBopi3bK^ нацюнальний ушверситет, м. Кривий Pir
Lobov I., Lobova K. Presentation of the thermal treatment of pellets on the conveyor
of the burning car as a system with distributed parameters
