Застосування математичної моделі теплообміну для управління охолодженням злитку у кристалізаторі МБРЗ

Abstract

Виконано аналіз існуючих моделей оцінки теплового стану кристалізатора, діагностики теплових процесів і охолодження злитка. На підставі вивчених методів була поставлена задача запропонувати можливість управління охолодженням злитка в кристалізаторі МБРЗ в реальному часі шляхом розрахунку значення витрати води на підставі математичної моделі з підтримкою певного значення перепаду температур води на вході виході з кристалізатора, з урахуванням корекції за рівнем металу і швидкості розливання. Наводиться алгоритм розрахунку значень витрати води на кристалізатор, заснований на виконанні двох умов: температура на виході з кристалізатора не повинна перевищувати 45°С; швидкість руху води в каналах стінок кристалізатора повинна бути не менше 5 м/с. На підставі запропонованого алгоритму виконано експериментальний розрахунок значень витрати води з урахуванням реальних виробничих умов: перетином злитка, діапазоном номінальних значень рівня металу і швидкості розливання. Наводяться графік залежності значень витрати води від рівня метала, при різних швидкостях розливання. Побудований графік залежності витрати води від швидкості розливання для різних значень перепаду температур води на вході та виході з кристалізатора. Зроблено порівняльний аналіз розрахункових значень витрат води з технологічними. Беручи до уваги дві необхідні умови алгоритму розрахунку, а також реальні виробничі значення витрати води -вибрано оптимальне рекомендоване значення перепаду температур. За результатами дослідження можна стверджувати, що дана математична модель може функціонувати в підпрограмі в АСУ, яка регулює витрату води на основі даних про перепаді температур, підтримки його постійного значення з корекцією за швидкістю розливання і рівню в кристалізаторі. Використання запропонованої системи дозволить на практиці ефективно і оптимально управляти охолодженням кристалізатора, а також уникнути зайвих перевитрат води.

The analysis of existing models for assessing the thermal state of the mold, diagnostics of thermal processes and cooling of the ingot is carried out. Based on the studied methods, the task was set to offer the option of controlling the cooling of the ingot in the continuous-casting mold in real time by calculating the value of the water consumption on the basis of a mathematical model with the maintenance of a certain value of the water temperature drop at the inlet and outlet of the mold, taking into account the correction in the steel level and the casting rate.An algorithm for calculating the values of water consumption per mold is given, based on two conditions: the temperature at the outlet of the mold should not exceed 45 °C; the water speed in the wall channels of the mold should not be less than 5 m/s. On the basis of the proposed algorithm, an experimental calculation of the water consumption values was carried out considering the real production conditions: the ingot section, the range of the nominal values of the steel level and the casting rate. A graph of the dependence of the values of water consumption on the steel level at different casting rates is given. A graph of the dependence of the water consumption on the casting rate for various values of the water temperature drop at the inlet-outlet from the mold is built. A comparative analysis of the calculated values of the water consumption with the technological ones is carried out. Considering the two required conditions of the calculation algorithm, as well as the actual production values of the water consumption, the optimal recommended value of the temperature drop has been selected. Following the study, it can be argued that this mathematical model can function ina subroutine in the ACS, which regulates the water flow based on data on the temperature drop, maintaining its constant value with correction for the casting rate and the level in the mold. The use of the proposed system will allow in practice to effectively and optimally control the cooling of the mold, as well as to avoid unnecessary water waste.