Аннотация
В статье представлены результаты научного исследования по построению системы автоматизированного проектирования конструкции секций вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок. Результаты анализа показали наличие необходимого теоретического аппарата в области математического моделирования теплового состояния тел и недостаточное развитие специализированных систем автоматизированного проектирования в области металлургии. В основу системы положена математическая модель теплового состояния заготовки и выполнено формализованное описание двух требований к поперечному тепловому профилю ее поверхности. Авторы работы предлагают оригинальную постановку задачи оптимизации для поиска множества векторов переменной длины с координатами, определяющими положение форсунок в каждом межроликовом пространстве. Методика решения оптимизационной задачи содержит два основных блока: решение задачи теплопроводности и итерационный выбор наилучшего решения, удовлетворяющего критерию оптимизации. Авторами предлагается структура интерактивной системы анализа и синтеза проектных решений по выбору схемы расположения форсунок в секциях вторичного охлаждения, содержащая три сценария взаимодействия «проектировщик – система». В работе приводится анализ одного из полученных проектных решений. Результаты анализа показали, что полученное решение позволяет обеспечить сглаженный поперечный тепловой профиль поверхности заготовки. Получение оптимального решения по выбору координат форсунок в одном межроликовом пространстве требует около 300 итераций. Расчет одной схемы занимает около двух часов.
Ключевые слова
Системы компьютерного инжиниринга, прогностическое моделирование, система анализа и синтеза проектных решений, машина непрерывного литья заготовок, конструкция секции вторичного охлаждения, схема расположения форсунок.
1. Буланов Л.В., Корзунин Л.Г. Машины непрерывного литья заготовок. Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы «Марат», 2004.
2. Вдовин К.Н., Точилкин В.В., Ячиков И.М. Непрерывная разливка стали. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012.
3. Vdovin KN, Pozin AE, Petrov IE, Podosyan AA, Tochilkin VV (2013) Ingot contact with the broad mold walls in continuous slab-casting machines. Steel in Translation 43(7): 452–454
4. Huang X, Thomas BG (1993) Modeling of steel grade transi-tion in continuous slab casting processes. Metallurgical Trans-actions B 24(2): 379–393
5. Berdnikov SN, Pozin AE, Podosyan AA, Berdnikov AS, Mokhov VA, Vdovin KN (2012) Improving narrow mold walls in continuous slab-casting machines. Steel in Translation 42(2): 180–182
6. Zhou X (2009) Heat transfer during spray water cooling using steady experiment. University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana-Champaign
7. Li C (2004) Thermomechanical Finite-Element Model of Shell Behavior in Continuous Casting of Steel. Metallurgical and materials transactions 35B: 57–60
8. Zhang Q (2010) A Heat Transfer and Solidification Model of Continuous Cast. Advanced Materials Research: 154–155
9. Horsky J, Raudensky M (2005) Measurement of heat transfer characteristics of secondary cooling in continuous casting, Hradec nad Moravici: 23–31
10. Shen H, Hardin R, MacKenzie R and [et. al] (2002) Simulation Using Realistic Spray Cooling for the Continuous Casting of Multi-component Steel. Journal of Materials Science and Technology 18: 123–128
11. Zhang X, Jiang Z, Tieu A and [et al.] (2009) Analysis of sur-face temperature and thermal stress field of slab continuous casting. Advanced Materials Research: 554–559.
12. Tutarovs VD, Logunova OS (2002) Analysis of the surface temperature of continuously cast ingot beyond the zones of air cooling. International Journal of Heat and Mass Transfer 45(22): 4381–4399
13. Logunova OS, Matsko II, Safonov DS (2012) Thermal state simulation of the infinite body taking into account dynamic boundary conditions of the third kind. Bull South-Ural State Univ Math Model Program Ser 27:74–85
14. Nozaki T (1978) A Secondary Cooling Pattern for Preventing Surfcace Cracks of Continuous Casting Slab. Trans. ISIJ 18: 330–338
15. Boyle R, Frick J (2004) Implementation of modern secondary cooling technology in existing casters. Materials of the 3rd Internation conference on Continuous Casting if Steel in Developing Countries, Beijing
16. Boyle R, Frick J (2012) New Secondary Cooling Systems and Practices: Nozzles and Cooling Solutions for Continuous Casting of Steel, Lehler: 33–44
17. Hardin R, Liu K, Kapoor A and [et. al] (2003) Transient Simula-tion and Dynamic Spray Cooling Control Model for Continuous Steel Casting. Metallurgical and Materials Transactions B 34B: 297–306
18. El-Bealy M, Leskinen N, Fredriksson H (1995) Simulation of Cooling Conditions in Secondary Cooling Zones in Continuous Casting Process. Ironmaking and Steelmaking 3(22): 246–255
19. Tutarova VD, Safonov DS, Shapovalov AN (2012) Density distribution of the spray from flat spray nozzles in the secondary-cooling zone of a continuous caster. Metallurgist 56(5-6): 438–442
20. Weizhong DA (1997) Generalized Peaceman–Rachford ADI Scheme for Solving Two-Dimensional Parabolic Differential Equations. Journal of Scientific Computing 12: С. 353–360
21. Logunova OS (2009) Программное обеспечение для интерактивного проектирования и оценки работы зон вторичного охлаждения МНЛЗ. Bull South-Ural State Univ Computer Technologies, Automatic Control & Radioelectronics Ser 9:20–23
22. Logunova OS (2008) Internal-defect formation and the thermal state of continuous-cast billet. Steel in Translation 38(10): 849–852
23. Logunova OS, Matsko II, Posohov IA, Luk’ynov SI (2014) Automatic system for intelligent support of continuous cast billet production control processes. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 74( 9): 1407–1418.
24. Бойл Р. Повышение качества сляба и производительности УНРС на основе ревизии системы вторичного охлаждения // Новости черной металлургии за рубежом. 2006. №5. С. 35–38.
25. Куисонг С., Гуангуанг Ю., Жиюан Ж. Изучение связи между условиями охлаждения по ширине сляба и осевой ликвацией // Новости черной металлургии за рубежом. 2010. №4. С. 40–42.
26. Карташов Л.П., Зубкова Т.М. Параметрический и структур-ный синтез технологических объектов на основе системного подхода и математического моделирования. Екатеринбург: УрО РАН, 2009.
27. Решения в области непрерывного литья плоских заготовок: сайт компании Siemens VAI. – 2008 [Электронный ресурс]. URL: http://www.industry.siemens.com/datapool/ indus-try/industrysolutions/metals/simetal/ru/Continuous-Slab-Casting-Solutions-ru.pdf (дата обращения: 10.08.2014).
28. Логунова О.С. Программное обеспечение исследования новых конструкций зон вторичного охлаждения // Программные продукты и системы. 2008. №3. С. 76–79.
29. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987.
30. Борисов В.Т., Колядина Н.Ю., Матвеев Ю.З. Метод определения проницаемости двухфазной зоны затвердевающего сплава // Заводская лаборатория. 1980. №10. С. 911–915.
31. Тутарова В.Д., Шаповалов А.Н., Сафонов Д.С. Эксперимен-тальные исследования температуры поверхности непрерывнолитой слябовой заготовки // Изв. вузов. Черная металлургия. 2012. №3. С. 40–42.