The model of carbon raw material heat treatment in electric calciner

Олексій Анатолійович Жученко, Микола Григорович Хібеба
2019 Vìsnik Žitomirsʹkogo Deržavnogo Tehnologìčnogo Unìversitetu: Tehnìčnì Nauki  
О.А. Жученко, к.т.н., доц М.Г. Хібеба, аспірант Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Модель термічної обробки вуглецевої сировини в електрокальцинаторі Висока якість системи керування процесом термічної обробки вуглецевої сировини дозволяє зменшити вихід бракованої продукції на наступних етапах виробництва вуглецевих виробів та підвищити якість готової продукції. Синтез таких систем можливий лише за умови докладного дослідження
more » ... ного дослідження процесів, що протікають на даному етапі виробництва. Враховуючи, що проведення досліджень на реальних об'єктах практично неможливе, єдиною альтернативою залишається метод математичного моделювання. Враховуючи значний час розрахунку повної математичної моделі процесу з'являється необхідність у пошуку і реалізації методів її спрощення. У цьому дослідженні на основі аналізу існуючих методів спрощення математичних моделей об'єктів з розподіленими параметрами обґрунтовано вибір методу Фур'є для спрощення математичної моделі процесу термічної обробки вуглецевої сировини в електрокальцинаторі. Розроблено спрощену математичну модель вказаного процесу. Визначено оптимальні структури спрощених математичних моделей. Проведено їх параметричну ідентифікацію. Досліджена відповідність результатів розрахунків за спрощеною та початковою математичними моделями. В результаті отримано модель, що досить точно відображає температурні поля, отримані за допомогою повної моделі та має досить незначний час розрахунку (декілька секунд). У подальших дослідженнях планується провести перевірку на адекватність отриманої моделі експериментальним даним. Після цього модель може бути використана як для подальшого дослідження температурних полів робочої зони електрокальцинатора в процесі термічної обробки вуглецевої сировини, так і для синтезу системи керування цим процесом у реальному часі. Ключові слова: виробництво вуглецевих виробів; електрокальцинатор; математична модель; метод Фур'є; структурна та параметрична ідентифікація. Постановка проблеми. На сьогоднішній день виробництво вуглецевих виробів є надзвичайно важливим, оскільки продукція цього виробництва застосовується в різних галузях промисловості: чорній та кольоровій металургії, машинобудуванні, хімічній промисловості та інших. Постійне вдосконалення технологій виплавки чавуну, сталі, феросплавів, кольорових металів і сплавів обумовлює необхідність подальшого розвитку виробництва, підвищення якості і конкурентоспроможності вуглеграфітових виробів [1]. Як наслідок підвищуються вимоги, що ставляться до матеріалів з яких виготовляються ці вироби. Одним з визначальних технологічних процесів виробництва вуглецевої продукції є термічна обробка вуглецевої сировини в електричній печі шахтного типу (електрокальцинаторі), під час якої формуються властивості вуглецевої сировини, що впливають як на перебіг наступних технологічних процесів виробництва, так і, зрештою, на якість готової продукції [2, 3] . Синтез системи керування процесом термічної обробки сировини в електрокальцинаторі, яка забезпечувала б оптимальні режими його функціонування, неможливий без попереднього дослідження самого процесу. Дослідження на реальних об'єктах в умовах діючого виробництва досить затратне та може призвести до виходу з ладу технологічного обладнання, що фактично робить неможливим проведення промислового експерименту. Єдиною альтернативою в такій ситуації виступає метод математичного моделювання. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Математичному моделюванню процесу термічної обробки вуглецевої сировини присвячена значна кількість наукових праць [2, [4][5][6] [7] [8] [9][10][11][12][13]. При моделюванні термічної обробки вуглецевої сировини неможливо нехтувати розподілом параметрів та нелінійною природою процесів, оскільки це особливості спричинюють ряд проблем, які понижують якість обробки та здебільшого і є об'єктом досліджень. Тому у зазначених вище роботах, як правило, математична модель являє собою систему нелінійних нестаціонарних рівнянь у частинних похідних. Час розрахунку такої моделі на сучасному стаціонарному комп'ютері складає декілька годин. Така тривалість розрахунку, по-перше, суттєво ускладнює безпосередньо дослідження процесу і, по-друге, робить неможливим використання такої моделі у системах керування реального часу. Названі обставини висувають нагальну задачу спрощення початкової складної моделі.
doi:10.26642/tn-2019-1(83)-107-114 fatcat:4ecfxom52jepnoequrgz3cswoi