ЛАБ. Р. 7. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Порядок выполнения работы

чтобы вывести температуру на оптимальный уровень, управляя необходимым по условию параметром. При этом время, затраченное на управление, должно быть минимальным.

5.Следует посмотреть, как поведет себя процесс при начальных условиях без ввода управляющих воздействий. Для этого на вопрос: «Будете вводить управление?» – необходимо отвечать: «N» – анализировать на каждом шагу изменение температуры без ввода управляющих воздействий. Сделать вывод об изменении температуры.

6.Приступить к управлению. Сначала нужно изучить заданное в соответствии с вариантом управляющее воздействие (степень влияния на температуру, пределы изменения). На вопрос: «Будете вводить управление?» – необходимо ответить: «Y». Затем ввести необходимое управляющее воздействие, не превышая пределов его изменения и оставляя неизменными (т.е. равными нулю) другие два управляющих воздействия. Причем суммарное изменение управляющего воздействия в процессе всего управления не должно превышать максимальнодопустимых пределов его изменения.

7.Управление считается успешно проведенным, если за время всего процесса удалось вывести температуру на оптимальный уровень, о чем незамедлительно появится сообщение на экране. Если в течение всего процесса температуру так и не удалось вывести на оптимальный уровень и печь будет постоянно работать в переходном режиме (сообщение на экране), то процесс следует повторить, начиная с п. 1.

8.В случае удачного управления необходимо уменьшить время, за которое температура выводится на оптимальное значение, путем повторного управления (начиная с п. 1).

9.Представить результаты управления преподавателю.

Задание

Варианты индивидуальных заданий приведены в табл. 7.1. Значения основных параметров в соответствии с заданным вариантом принять по табл. 7.2, табл. 7.3, табл. 7.4, табл. 7.5.

				Таблица 7.1
	Номер варианта	Номер столбца с исходными данными в таблице
		7.3	7.4	7. 5
	1	3	3	2
	2	1	2	5
	3	4	5	3
	4	7	4	1
	5	5	1	4
	6	2	5	4
	7	1	1	3
	8	3	2	1
	9	6	4	5
	10	8	3	2

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-79-

ЛАБ. Р. 7. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Задание

				Таблица 7.2
Переменные и параметры	Модель	Значение	Размерность		Программа
Содержание MoS2:	C0		кмоль/м3
в шихте		915			Х(3.1)
	1		кмоль/м3
в реакторе	C1	43,2			Y(3.1)
Коэффициент пропорциональности	Ку	202	оС·ч/кмоль		P(3.1)
Константа скорости реакции	К(Т)	–	1/ч		SR
Предэкспоненциальный множитель	К0	3 400	1/ч		P(3.2)
Газовая постоянная	R	1,987	кал/(моль·оС)		P(3.3)
Энергия активации	E	13 700	кал/моль		P(3.4)
Параметр теплоотвода	α	10,9	–		P(3.5)
Постоянная времени:					P(3.6)
химической части	τ1	27,8	ч
тепловой части	τ2	27,8	ч		P(3.7)
Температура:	T		оС		Y(3.2)
процесса		600
входного потока шихты	T10	60	оС		X(3.2)
хладагента	Tхо	20	оС		X(3.3)

Таблица 7.3

	Параметр		Номера столбцов с исходными данными
		1	2	3	4	5	6	7	8
	Возмущающее воздействия:
	U1, отн. ед.	–	0,15	–	–	–0,2	–	–	0,2
	U3, оС	–	–	–	20	–	30	–	–
	U5, отн. ед.	–0,2	–	0,15	–	–	–	–0,1	–
	Время возмущения τв, ч	3	5	3	5	6	2	5	3
	Управление	U4	U2	U2	U5	U4	U5	U2	U5

Примечание. Определение знака или величины управляющего воздействия (U2, U4 или U5) необходимо производить в зависимости от типа, величины и знака возмущения (U1, U3 или U5) с целью его компенсации. Управляющие воздействия можно изменять в диапазонах:

−0, 2 ≤U2 ≤ 0, 2; −30 ≤U4 ≤ 30; −0,3 ≤U5 ≤ 0,3.

Таблица 7.4

	Начальные условия	Номера столбцов с исходными данными
		1	2	3	4	5
	Концентрация MoS2:
	в реакторе (огаре) С1	36	45	20	25	35
	в шихте С10	900	915	915	890	890
	Температура в реакторе Т	550	500	600	500	550

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-80-

ЛАБ. Р. 7. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Задание

Таблица 7.5

	Внутренние параметры	Номера столбцов с исходными данными
		1	2	3	4	5
	Параметр теплоотвода α	10	9	9,5	9,99	8,5
	Коэффициент пропорциональности Ку	200	190	210	215	195
	Предэкспоненциальный множитель К0	3 350	3 300	3 450	3 300	3 500

Контрольныевопросыизадания

1.Назовите основные этапы разработки математической модели.

2.Перечислите основные требования к выбору объекта моделирования.

3.Назовите основные компоненты, определяющие объект моделиро-

вания.

4.Приведите математическую модель процесса в общем виде.

5.Кратко опишите процесс обжига сульфидных концентратов в кипящем слое.

6.Представьте химизм процесса обжига сульфидных концентратов в кипящем слое.

7.Перечислите допущения, принятые при составлении математической модели процесса обжига.

8.Опишите основные входные, выходные и внутренние параметры процесса обжига.

9.Перечислите основные управляющие воздействия процесса и пределы их изменения. Каким образом они влияют на температуру процесса?

10.Напишите уравнение материального баланса процесса обжига.

11.Приведите уравнение теплового баланса процесса обжига.

12.Какие параметры учитываются при разработке дифференциальных уравнений процесса обжига?

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-81-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8 СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Цельработы

Закрепить теоретические знания и ознакомиться с процессом обжига катодов алюминиевых электролизеров; сформировать умения и навыки управления процессом обжига, исследования и совершенствования технологических режимов.

Краткиетеоретическиесведения

Процесс обжига подин является заключительным этапом при проведении капитального ремонта алюминиевых электролизеров, и качество его проведения – один из основных факторов, влияющих на срок службы электролизеров.

Одним из направлений повышения качества процесса обжига является разработка тренажерного комплекса АСУ процессом обжига подин электролизеров. Обучение на тренажере позволяет вести отработку практических навыков в тесной увязке с теоретическими представлениями об объекте, что дает возможность обучаемому формировать цельный системный образ управляемого объекта и принимать более обоснованные управляющие решения.

Данная обучающая система реализована на базе вычислительной техники типа IBM PC. Ее основу составляет математическая модель, которая описывает тепловые процессы, протекающие при пламенном обжиге подины, и позволяет моделировать и прогнозировать процесс обжига.

Технологияпроцессаобжига

Срок службы алюминиевого электролизера определяется в основном продолжительностью эксплуатации катодного устройства. Долговечность катода обуславливается технологическим режимом процесса электролиза, а его надежность, при условии постоянства конструкции катода и качества материалов катода, зависит от способа и режима обжига.

Переходный период от вновь смонтированного катода, имеющего обычную комнатную температуру, до горячей «ванны» называется периодом обжига. В процессе нагрева катода происходит коксование набивных участ-

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-82-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

ков катода, формируется монолитная угольная футеровка, осуществляется обжиг анода в электролизерах с самообжигающимся анодом.

Одним из основных неблагоприятных факторов, приводящих к появлению трещин в подовых блоках и межблочных швах, возникновению щелей между блоками и набивной массой швов является неравномерное распределение температуры при нагреве подины в процессе обжига. Для создания монолитной конструкции подины без трещин и щелей необходимо в процессе обжига обеспечить постепенный нагрев и равномерное распределение температуры по объему катода, способствующие качественному коксованию набивной массы. Требования к технологии процесса обжига подин электролизеров после капитального ремонта следующие:

1.Температура поверхности подины электролизера в конце обжига в целях снижения внедрения натрия и исключения термоудара при пуске должна достигать 950–1 100 °С, под угольными блоками и в периферийном шве подины – не ниже 450–460 °С.

2.Процесс обжига должен обеспечивать: постепенный подъем температуры, равномерное распределение температуры по объему катода, качественное коксование набивных швов.

3.Градиенты температур и возникающие термические напряжения не должны превышать допустимых значений.

4.В процессе обжига подины должны отсутствовать резкие теплосмены, приводящие к ее разрушению.

Идеальная процедура обжига повышает температуру без создания экстремальных температурных градиентов, уменьшает вероятность повреждения материалов подины, обеспечивает быстрый выход ванны на рабочий режим.

Существует несколько методов обжига ванны перед электролизом.

Кнаиболее распространенным методам обжига (табл. 8.1) относятся:

обжиг во время формировки анода (анод Содерберга); обжиг сопротивлением (коксовая постель) – с полным током серии,

с шунтом; обжиг жидким металлом;

обжиг жидким электролитом (холодный пуск); термонагрев – пламенем газовых горелок или мазутных форсунок,

электрическими съёмными панелями.

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-83-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

						Таблица 8.1
Метод		Преимущества			Недостатки
обжига
			1.	Начальный очень быстрый подъем
Обжиг ме-	1. Технологичность.
таллом	2.	Более равномерное распре-	температуры поверхности катода и по-
	деление конечных изотерм.		довой массы.
	3.	Меньшие конечные темпера-	2.	Необходимость более тщательной
	турные градиенты по катоду.		подгонки контакта анод–металл.
	4.	Уменьшенное окисление ма-	3.	Возможное внедрение алюминия в
	териала подины		подину.
			4.	Неоднородное распределение тока.
			5.	Низкая средняя температура в кон-
			це обжига
Обжиг со-	1. Малое время обжига.		1.	Быстрое и локализованное увели-
противле-	2.	Легкий контроль при ис-	чение поверхностной температуры.
нием	пользовании шунтов.		2. Неравномерное распределение тем-
	3.	Дешевый источник тепловой	пературы на поверхности и по всему ка-
	энергии		тоду.
			3. Высокие температурные градиенты
			во время обжига.
			4.	Неоднородное распределение тока
Термиче-	1.	Более легкое программиро-	1.	Более сложный и длительный про-
ский обжиг	вание обжига.		цесс по сравнению с обжигом сопро-
(мазут или	2.	Меньшие разницы темпера-	тивлением.
газ)	тур	по катоду и минимальные	2.	Более	длительный начальный
	термические расширения.		анодный эффект.
	3.	Более однородное распреде-	3.	Более	сложный	технологический
	ление тока.		контроль.
	4.	Однородная и контролируе-	4.	Необходимость		укрытия подины
	мая скорость подъема температу-		для исключения окисления
	ры подины

Обжиг сопротивлением полной силой тока – достаточно удобный способ нагрева катода, однако при таком обжиге трудно обеспечить необходимый контроль за скоростью нагрева и распределением температур по подине. Метод наиболее целесообразно применять для ванн с обожженными анодами, но может быть использован и для электролизеров Содерберга.

В ваннах с обожженными анодами этот тип обжига осуществляется путем индивидуальной установки и регулировки каждого анодного блока. Тело соприкосновения может быть уложено в виде слоя либо в виде конусов кокса под каждым анодным блоком. Аноды опускаются на постель кальцинированного кокса путем ослабления контактов. Обжиг на токе серии может занять до 24 ч, в зависимости от размера ванны и тока серии. Когда желаемая температура достигнута, кокс удаляют, расплавленный электролит заливают в ванну и аноды поднимают для начала электролиза.

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-84-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

В ваннах Содерберга с ограниченными возможностями в маневрировании анодом очень трудно достигнуть надлежащего распределения тока по всей площади анода. Вследствие магнитодинамических движений жидкого металла поверхность анода Содерберга бывает недостаточно ровной, и неодинаковое контактное сопротивление может привести к неравномерному распределению тока в катоде. В экстремальных случаях при неравномерном распределении тока, когда практически вся токовая нагрузка проходит через ограниченную часть катода, блюмсы расплавляются в пазах блоков, а избыточные температурные градиенты вызывают разрывы в подовых блоках. Поэтому необходимо шлифовать контактную поверхность анода и добиваться однородного распределения сопротивления кокса между анодом и катодом, используя кокс одного гранулометрического состава.

Многочисленные исследования температурного поля при нагреве электрическим током показали, что градиент температур между центральной зоной и периферией составляет от 400 до 800 °С, температура блоков в зоне периферийного шва – от 200 до 250 °С, в то же время скорость роста температуры отдельных участков имеет большие отклонения (от 6–30 до 120–130 °С/ч). Пример катодных изотерм после нагрева на сопротивлении ванны с обожженными анодами показан на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Катодные изотермы после обжига сопротивлением

Обжиг сопротивлением с шунтом имеет то преимущество, что че-

рез ванну проходит ток, меньший, чем ток серии, соответственно, уменьшаются температурные градиенты в катоде во время нагрева и снижается риск разрушения подовых материалов, что особенно важно в начальный период обжига. Числом шунтов, которые подсоединяются к ванне, начиная от старта процесса обжига, определяется число ступеней обжига. С пятью шунтами ток на ванне может принимать 6 значений, и, соответственно, требуемое увеличение температуры осуществляется регулированием интервалов между удалением шунтов.

Обжиг на жидком металле с точки зрения выделения летучих и трудозатрат является очень удобным методом пуска ванн. Процедура достаточно легкая и несложная, анод приближают к поверхности катода и в ванну заливают несколько тонн жидкого металла. После подсоединения короткозамкнутой ванны в серию аноды поднимают в положение, где электрическое контактное сопротивление между поверхностью анода и жидким металлом

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-85-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

становится достаточно большим, чтобы увеличивать температуру ванны. Путем регулирования этого контактного сопротивления скорость нагрева может быть контролируемая. Если не считать начального температурного удара и пламени, появляющегося на поверхности подовой массы, когда заливается жидкий металл, этот тип обжига дает одинаковое температурное распределение по катоду. Однако для получения однородной температуры во время обжига необходимо очень точно подогнать контакт анод–металл, обеспечивающий достаточное падение напряжения в металле. Действительная ситуация заключается в том, что малое число контактных точек приводит к появлению неравномерного распределения тока, и в ряде мест катода появляются горячие точки, тогда как в других районах металл может замерзать. Катодное распределение тока становится неоднородным, и возможно появление разрушений в катоде.

При обжиге на металле возможны и другие серьезные недостатки. При использовании алюминия в качестве электропроводящего слоя между анодом и катодом в процессе обжига не удается увеличить температуру выше 700–750 °С. Жидкий алюминий имеет малую вязкость и температуру плавления, равную 660 °С, и может внедряться в глубь подины перед затвердеванием. Как большие, так и малые трещины быстро заполняются расплавленным металлом благодаря гидростатическому давлению его верхних слоев. Металл может реагировать с изоляцией и разрушать ее сохранность или создавать тепловой шунт, который будет изгибать изотерму внутрь подины.

Жидкий электролит (холодный пуск). Строго говоря, пуск ванны непосредственно на жидком электролите не является процедурой предварительного обжига, поскольку электролит заливается прямо в холодную ванну с последующим немедленным включением тока. Анод, который перед заливкой покоится на катоде, поднимается, и начинается непосредственно электролиз. Пусковая анодная вспышка может иметь напряжение 30–40 В и длиться до 2 ч. Холодный пуск может осуществляться как для ванн с обоженными анодами, так и для ванн Содерберга. Модификация этого метода – установка горячих анодов, взятых из ванн, находящихся в работе, немедленно перед добавкой электролита, что приводит к некоторому увеличению температуры катодных блоков, однако главной целью является исключение трещин в аноде из-за термического удара при пуске.

Пламенный обжиг газовыми горелками или нефтяными форсунками является наиболее распространенным и перспективным методом. Обжиг ванн горелками обеспечивает лучшее распределение температур в катоде и лучший метод контроля. Наиболее распространённый способ состоит в том, что пламя определённого количества газовых горелок или нефтяных форсунок направляется на катодную поверхность (рис. 8.2).

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-86-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

Рис. 8.2. Пламенный обжиг мазутными форсунками или газовыми горелками

Рис. 8.3. Катодные изотермы после пламенного обжига

Метод приемлем как для ванн с самообжигающимся анодом, так и для ванн Содерберга. Для уменьшения обгорания анодов и углеродистой футеровки во время нагрева пространство между поверхностью анода и катода необходимо экранировать от воздуха и использовать восстановительное пламя. При пламенном обжиге можно достигнуть равномерного распределения температур (рис. 8.3), однако время обжига обычно больше, чем при обжиге на сопротивлении.

Предварительное нагревание с использованием горелок обеспечивает однородную скорость подъема температур, улучшенное распределение температуры в катоде и вызывает минимум термических напряжений, уменьшает течи металла и электролита в катод во время пуска. Частоты разрушений для ванн зрелого возраста при использовании обжига на горелках меньше в 2 раза по сравнению с обжигом сопротивлением для ванн того же типа.

Математическая модель включает систему уравнений

dT

=

A2

B(t )−

A3

(T (t )−T0 )−

A4

Tyx B(t ),

(8.1)

dt

A

A

A

1

1

1

dT

∂2T

внутр

= a

внутр

, 0 < x < L, 0 < t < +∞,

(8.2)

dt

∂x2

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-87-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

граничные условия

		Tвнутр(0,t) =Tпов(t),		0 ≤ t < +∞,	(8.3)
λ	∂Tвнутр	(L,t )=α	20 −Tвнутр(L,t) , 0 ≤ t < +∞,		(8.4)
	∂x

и начальные данные

Tвнутр(x, 0) = 20 , 0 ≤ x ≤ L

(8.5)

где Т – среднеобъемная температура; Т0 – начальная температура конструкционных элементов; Тyx – температура уходящих газов, °С; В(t) – количество подаваемого топлива, кг/ч; t – время, ч; А1, А2, А3, А4 – теплофизические коэффициенты, зависящие от конструкции электролизера, а – коэффициент температуропроводности углеродистого материала, а = λ /(сρ) (с – теплоемкость, Дж/(кг·°С); ρ – плотность, кг/м); λ – теплопроводность, Вт/(м·°С); α – коэффициент теплоотдачи от нижней поверхности подового блока Вт/(м·°С); Tвнутр – распределение температуры по толщине подового блока, °С; Тпов – температура на поверхности подины.

Уравнение (8.1) позволяет находить среднеобъемную температуру подины в зависимости от подачи топлива или расход топлива, необходимый для достижения определенной среднеобъемной температуры подины.

Уравнение (8.2) описывает перенос тепла внутри тела и устанавливает связи между временными и пространственными изменениями температуры тела Твнутр(x, t). В постановке задачи условно принимается равномерное распределение температуры по поверхности подины, поскольку пламенный обжиг обеспечивает наиболее равномерное распределение температуры.

Граничное условие первого рода (8.3) выбрано на основании того, что существующие системы автоматизации процесса обжига обеспечивают изменение температуры на поверхности подины в соответствии с заданным (запрограммированным) температурным режимом. На конце x = L задано граничное условие третьего рода (8.4), так как рассматривается только подовый блок без проведения анализа распределения температуры в слоях теплоизоляции. Для нахождения коэффициента теплоотдачи от нижней поверхности подового блока следует проводить идентификацию модели к реальному объекту на основании экспериментальных данных или определять этот коэффициент экспериментально для каждого типа электролизера.

Уравнения

σпб =	Епб βпб	(Твнутр(0,t) −Твнутр(L,t)),
	1−νпб

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-88-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

σпб|| = Епбν βпб (Твнутр(0,t) −Твнутр(L,t)), пб

σшва = Ешва1−βνшва(Тср) (Твнутр(0,t) −Твнутр(L,t)) шва

позволяют рассчитывать термические напряжения, возникающие при нагреве в блоке в поперечном σбл (t) , продольном σбл|| (t) сечении и в шве σшва(t) соответственно. Здесь βблока и βшва(Тср) – коэффициенты линейного расширения блока и шва, Тср – усредненная температура катода; Епб, Ешва – модуль упругости подового блока и шва, МПа; νпб, νшва – коэффициент Пуассона подового блока и шва.

Приведенная математическая модель является идеализированной и рассматривает нагрев одного многослойного бруса (подового блока).

Задача идентификации модели сводится к нахождению переменных λ, α и с, которые обеспечивают минимум критерию

J = 48∫ [Tвнутробъект (t, L)−Tвнутр(t, L)]2 dt ,

0

где Tвнутробъект(t, L) – функция изменения температуры под подовыми блоками, аппроксимированная на основании экспериментальных данных; Tвнутр(t, L) –

решение задачи (8.1), (8.2), (8.3), (8.4), (8.5).

Задача минимизации критерия J решается методом Гаусса-Зейделя.

Описаниеимитационноготренажера

После запуска программы имитационного тренажера на экране дисплея появляются три рабочих листа: Режим, Прогрев, Напряжения, содержащие мнемосхему процесса обжига, графики изменения основных технологических параметров (подача топлива и воздуха, температура на поверхности подины) и рассчитанные по модели графики (распределение температуры по глубине подины, термические напряжения в подовых блоках и межблочных швах). По величине термических напряжений можно оценить качество проведения процесса обжига. На листе Режим (рис. 8.4) осуществляется выбор режима расчёта (полный и пошаговый), ввод или редактирование исходных данных для расчёта.

При выборе режима полного расчёта осуществляется расчёт прогрева и термических напряжений и вывод результатов на листах Прогрев – перенос тепла (рис. 8.5) и Напряжения – термические напряжения в подовых блоках и межблочных швах (рис. 8.6).

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-89-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

Рис. 8.4. Внешний вид рабочего листа Режим

Рис. 8.5. Внешний вид рабочего листа Прогрев

При режиме пошагового расчёта осуществляется расчёт через заданный интервал времени с остановкой для вывода результатов. В пошаговом режиме возможно осуществление прогноза как динамического, с варьируемой скоростью подъема температуры, так и статического, с зафиксированной температурой на поверхности подины. Режим прогноза позволяет визуально отразить динамику изменения технологических параметров, оценить правильность выбранного теплового режима и, если необходимо, скорректировать управляющее воздействие, своевременно предотвратив аварийную ситуацию.

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-90-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

Рис. 8.6. Внешний вид рабочего листа Напряжения

Ввод и редактирование теплофизических характеристик элек-

тролизера. Выбрать в меню Характеристики раздел Электролизер, на экране появится диалоговое окно Теплофизические характеристики электро-

лизера. Для создания в базе ЭВМ записи нового варианта конструктивного решения электролизера следует нажать на кнопку Создать, в появившемся диалоговом окне Создание новой записи ввести название типа электролизера и нажать на кнопку Сохранить для сохранения информации или кнопку Отмена для отмены ввода. В диалоговом окне Теплофизические характеристики электролизера внести теплофизические характеристики электроли-

зера, в поле Коэффициент линейного расширения для шва выбрать один из имеющихся типов набивной массы. Коэффициент линейного расширения набивной массы вводится в разделе Набивная масса меню Характеристики. После ввода всех характеристик нажать кнопку Сохранить для сохранения информации или кнопку Отмена для отмены ввода. Использовать кнопку Удалить для удаления записи о свойствах электролизера.

Ввод и редактирование температурного режима обжига. Выбрать в меню Режим раздел Температурный режим, на экране появится диалоговое окно Разработка траектории нагрева. Для создания в базе ЭВМ записи нового режима обжига электролизера нажать на кнопку Создать, в появившемся диалоговом окне Создание новой записи ввести название режима обжига и нажать на кнопку Сохранить для сохранения информации или кнопку Отмена для отмены ввода. В таблицу диалога Разработка траектории нагрева внести время и значение температуры, данные сохраняются автоматически. Для удаления ненужной строки использовать кнопку «–». После ввода данных щелкнуть левой кнопкой мышки на графике для отображе-

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-91-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

ния графика нагрева. Использовать кнопку Удалить для удаления температурного режима нагрева.

Ввод и редактирование режима подачи топлива при обжиге. Вы-

брать в меню Режим раздел Режим подачи топлива, на экране появится диалоговое окно Разработка режима подачи топлива. Для создания в базе ЭВМ записи нового режима нажать на кнопку Создать, в появившемся диалоговом окне Создание новой записи ввести название режима и нажать на кнопку Сохранить для сохранения информации или кнопку Отмена для отмены ввода. В таблицу диалогового окна Разработка режима подачи топлива внести время, количество подачи топлива и воздуха, данные сохраняются автоматически. Для удаления ненужной строки использовать кнопку «– ». После ввода данных щелкнуть левой кнопкой мышки на графике для отображения графиков подачи топлива и воздуха. Использовать кнопку Удалить для удаления режима подачи топлива.

Режим полного расчета с управлением температурой. Выбрать пункт главного меню Расчёт, указать тип расчёта – полный, управление – температурой, выбрать тип электролизера и температурный режим, нажать Продолжить. На листе Режим появится график температурного режима, на листах Прогрев и Напряжения – результат расчета прогрева подины и возникающие термические напряжения.

Режим полного расчета с управлением подачей топлива. Выбрать пункт главного меню Расчёт, указать тип расчёта – полный, управление – подачей топлива, выбрать тип электролизера и режим подачи топлива, нажать Продолжить. На листе Режим появятся графики температурного режима, режимов подачи топлива и воздуха, на листах Прогрев и Напряжения

– результат расчета прогрева подины и возникающие термические напряжения.

Режим пошагового расчета с управлением подачей топлива. Вы-

брать пункт главного меню Расчёт, указать тип расчёта – пошаговый, управление – подачей топлива, нажать Продолжить. На листе Режим появятся блок задания управляющих воздействий и графики температурного режима, режимов подачи топлива и воздуха. Указать необходимое количество топлива на сгорание, период подачи данного задания и вид задания – ступенчатое (с данного момента времени и в течение заданного периода осуществляется заданная подача топлива) или линейное (в течение заданного периода подача топлива линейно изменяется с текущего значения вплоть до заданного значения) и ввести конкретные значения. Для дальнейшего расчета нажать на кнопку Следующий шаг. Для осуществления прогнозирования нажать на кнопку Прогноз. Прогнозирование осуществляется с учётом вида задания. Длительность прогнозирования определяется текущими настройками. На листах Прогрев и Напряжения отражается результат расчета прогрева подины и возникающие термические напряжения.

Режим пошагового расчета с управлением температурой. Выбрать пункт главного меню Расчёт, указать тип расчёта – пошаговый, управление –

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-92-

ЛАБ. Р. 8. СИНТЕЗ МАТ. МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Краткие теоретические сведения

температурой, нажать Продолжить. На листе Режим появятся блок задания управляющих воздействий и график температурного режима. Выбрать вид задания – скорость нагрева (с данного момента времени и в течение заданного периода нагрев осуществляется с заданной скоростью) или значение температуры (в течение заданного периода осуществляется линейное изменение температуры с текущей вплоть до заданного значения) и ввести конкретные значения. Для дальнейшего расчёта нажать на кнопку Следующий шаг. Для осуществления прогнозирования нажать на кнопку Прогноз. Прогнозирование осуществляется с учётом вида задания. Длительность прогнозирования определяется текущими настройками. На листах Прогрев и Напряжения отражается результат расчета прогрева подины и возникающие термические напряжения.

Порядоквыполненияработы

1.Ознакомиться с технологией процесса обжига катодов алюминиевых электролизеров.

2.Включить компьютер и запустить программу «Обжиг катодов алюминиевых электролизёров».

3.В меню Настройки указать масштаб времени, шаг расчёта по времени, количество интервалов по глубине, координаты, режим прогноза («завершение прогноза» – до заданного времени или «период прогноза» – в течение периода) и его длительность.

4.В разделе Электролизер меню Характеристики выбрать тип электролизера из имеющихся в базе ЭВМ на основе варианта задания (табл. 8.2 и табл. 8.3), при необходимости внести изменения в теплофизические характеристики электролизера или создать и сохранить отсутствующий вариант конструкции электролизера.

5.Произвести полный расчет с управлением температурой. В диалоговом окне Старт расчета выбрать температурный режим из имеющихся в базе ЭВМ на основе варианта задания (табл. 8.4), при необходимости внести изменения или создать и сохранить новый режим в разделе Температурный режим меню Режим.

6.Выполнить полный расчет с управлением подачей топлива. В диалоговом окне Старт расчета выбрать режим подачи топлива из имеющихся

вбазе ЭВМ на основе варианта задания (табл. 8.5), при необходимости внести изменения или создать новый режим в разделе Режим подачи топлива

меню Режим.

7.Произвести пошаговый расчет с управлением температурой, используя кнопку Прогноз для получения прогноза.

8.Осуществить пошаговый расчет с управлением подачей топлива, используя кнопку Прогноз для получения прогноза.

Моделирование процессов и объектов в металлургии. Лаб. практикум

-93-