Модель термообработки металлических изделий в вакууме


 

В статье приводятся результаты исследований процессов нагрева металлических труб в вакуумных электропечах сопротивления, проводимых с помощью программного обеспечения, написанного на языкax C++, Matlab и реализованного на базе персонального компьютера.

  • Дополнительная информация


    • Авторы:Лебедев И.А., Пономарёв А.П.
    • Организация:ИПУ РАН, Машиностроительный завод
    • Скачать доклад:Сборник докладов 2014

Суть предложенной модели заключается в представлении всего печного пространства в виде массива точек с некоторыми физическими и оптическими свойствами, участвующих во взаимном теплообмене, путем лучистого обмена и теплопроводности. Оптические свойства принимаются независимыми от длины волны, а отражение чисто диффузным. В качестве модели теплопроводности используется механизм передачи тепла через однородную плоскую стенку при стационарных условиях. Численные исследования полученной модели показываются различия в нагреве трубы, в зависимости от их количества и положения. Исследуется неравномерность нагрева вдоль отжигаемого изделия и предлагаются способы его уменьшения.

Вакуумные печные агрегаты нашли широкое применение для проведения термических отжигов изделий различного назначения. Одним из важнейших преимуществ электронагрева в вакууме является возможность безокислительного нагрева металлов.

На предприятиях для термообработки металлических изделий (например, труб) часто используются вакуумные печные агрегаты. Особенностью данных аппаратов является большая потребляемая мощность и значительное время работы в динамических режимах, что усложняет расчет оптимального управления и ведет к значительным энергетическим потерям. Подавляющее большинство существующих алгоритмов управления не учитывают большую аккумулирующую способность печных агрегатов (запаздывание) и неточность задания начальных условий. Теоретические исследования показывают, что в случае оптимального управления нагревом можно сэкономить порядка 10-30 % электроэнергии.

Контроль равномерности температуры рабочего пространства печи обеспечивает стабильность параметров качества (микроструктуры, механических свойств) термически обработанных труб. К тому же, более плавное управление позволяет продлить срок эксплуатации печного агрегата. Одним из главных сдерживающих факторов повсеместного внедрения оптимального энергосберегающего управления является отсутствие простой, наглядной и универсальной модели распределения тепловых потоков внутри печных агрегатов, вследствие чего, на производстве нет точной информации о происходящих внутри процессах, например, степени нагрева изделий.

Чаще всего режим работы нагревателей обеспечивается системой автоматического регулирования (САР) на базе многоконтурного ПИД-регулирования. САР в общем случае многомерная, в структуре таких систем всегда присутствуют перекрёстные связи. Функционирование таких связей приводит к изменению температурного поля в рабочем объеме. Другими словами, управляющее воздействие на любой из контуров влияет на параметры управления двух других контуров.

Для подстройки коэффициентов ПИД-управления существует в данный момент процедура, называемая тарировкой: вместо труб в печном пространстве равномерно размещают термопары (ТП). По отклонениям зафиксированной величины температуры от температуры технологического режима (уставки) находятся поправки для коэффициентов [3, 4].

Существующие системы управления не учитывают распространение энергии излучением, в том числе, качество поверхности (коэффициенты отражения) и положение изделия относительно нагревателей. Следует отметить, что прямой контроль температуры непосредственно вдоль изделия практически невозможен в тех. процессе. В качестве технического решения можно использовать компьютерную модель изменения величины локального нагрева, вычислить неравномерность нагрева изделий. Использовать результаты расчета для динамической адаптации САР раздельно для каждой зоны нагрева.

Для этой цели необходимо разработать программное обеспечение системы управления, позволяющее максимально приблизить неравномерность нагрева изделий к нулю. В качестве основы для разработки ПО предложена модифицированная математическая модель процесса нагрева изделий в вакууме на основе зонального метода расчета. Разработанное программное обеспечение позволяет оценивать величину неравномерности нагрева в зависимости от начальных условий, конструктивных особенностей и технологических режимов (мощности, количества нагревательных элементов, скорости нагрева и т.д.).

Заинтересовался?

Скачай полную версию

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий