Автоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorВолощук, Володимир Анатолійович
dc.contributor.authorЖученко, Людмила Костянтинівна
dc.date.accessioned2024-02-21T09:30:26Z
dc.date.available2024-02-21T09:30:26Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractЖученко Л. К. Автоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Сьогодні роботу підприємств таких визначальних для народного господарства України галузей промисловості як кольорова та чорна металургія, хімічна промисловість, машинобудування та інші, там, де технологія виробництва нерозривно пов'язана з необхідністю використання електротермічних процесів, неможливо уявити без продукції вуглеграфітового виробництва. Сучасні світові тенденції розвитку названих галузей промисловості характеризуються постійним нарощування обсягів виробництва графітованих вуглецевих виробів. Графіт часто використовується як футеровочний матеріал в доменних та феросплавних печах, атомній промисловості. Алюмінієве виробництво є найбільшим споживачем графітованих виробів. Відомо, що саме виробництво вуглецевих виробів характеризується значними ресурсними та енергетичними затратами. Звідси, підвищення ефективності виробництва вуглецевих виробів є науково-практичним завданням. Це актуально особливо в сучасних умовах, коли спостерігається зростання вартості енергоносіїв на постійній основі. Виробництво вуглеграфітової продукції є складним та багатостадійним. Одними з визначальних стадій даного виробництва, на яких у значній мірі формуються остаточні властивості кінцевої продукції, є технологічні процеси формування та випалювання вуглецевих виробів. На ці технологічні процеси припадає біля 40 відсотків енергозатрат всього виробництва. Одним із шляхів підвищення ефективності технологічних процесів формування та випалювання вуглецевих виробів є створення сучасних систем керування даними процесами. На жаль, існуючі сьогодні на виробництві системи керування не відповідають поставленим задачам підвищення ефективності. Звідси, стоїть питання удосконалення існуючих систем керування, в іншому випадку – розроблення нових. Виходячи з цього, постає актуальна науково-практична задача створення комп’ютерних систем оптимального керування технологічними процесами формування та випалювання вуглеграфітового виробництва, які б відповідали сучасним вимогам ресурсо- та енергозбереження. Представлений короткий опис технологічного комплексу вуглеграфітового виробництва, на підставі аналізу якого виділені об’єкти дослідження – технологічні процеси формування та випалювання. Вибір саме цих процесів обумовлений, по-перше, їх визначальним значенням у формуванні остаточних властивостей кінцевої продукції і, по-друге, їх суттєвою енергоємністю. Проведений аналіз технологічних особливостей процесів формування та випалювання вуглецевих виробів, а також конструктивних особливостей технологічних апаратів, де названі вище процеси відбуваються. Досліджений асортимент вуглеграфітової продукції та показники її якості на прикладі ПрАТ «Укрграфіт», в результаті якого визначені основні показники, які фактично формують ринкову вартість готової продукції і тому саме вони мають бути забезпечені енергоефективними технологічними режимами виробництва в першу чергу. Енергоємність кожної кампанії випалювання визначається перш за все тривалістю останньої. У зв’язку з цим запропонований показник, який може бути використаний у системі керування процесом для визначення його оптимальної тривалості. Проведений аналіз існуючих систем керування процесом формування вуглецевих виробів, а також споріднених процесів показав, що питанням відмовостійкості систем керування даним процесом у вітчизняних дослідженнях зовсім не приділялося уваги, хоча це питання є доволі актуальним. У зв’язку з цим у роботі запропонована відмовостійка система керування процесом формування вуглецевих виробів. На відміну від традиційних відмовостійких систем, дана система враховує циклічний характер технологічного процесу формування шляхом застосування керування з ітеративним навчанням. Проведено оптимальне налаштування системи керування та досліджено її ефективність. Як свідчать усі літературні джерела, а також практика виробництва основним технологічним режимом, який визначає всі техніко-економічні показники процесу випалювання, є тепловий режим. Саме тому дослідженню теплових режимів процесу випалювання з точки зору побудови системи керування ним приділена особлива увага. Метод математичного моделювання застосовується як фактично безальтернативний метод проведення даного дослідження. Враховуючи, що єдиним ефективним керуванням процесу випалювання є витрати палива у «камері під вогнем», саме ця камера була об’єктом дослідження теплових режимів. Результати дослідження показали, що камеру можно умовно поділити на три температурні зони: гарячу, підсклепінчату та холодну. Причому, що принципово важливо для синтезу системи керування, ці зони не мігрують у залежності від типу завантаження камери. Особливу увагу приділено дослідженню впливу витрати палива на теплові режими камери. Важливим висновком є те, що при збільшенні витрати палива зростає перепад температур у заготовках, що може призвести до браку продукції. Особливо небезпечним це є для заготовок, розташованих у «гарячій» зоні печі на початковому етапі кампанії випалювання. «Холодна» зона печі має найнижчі температури. Це означає, що саме на заготовки, розташовані у цій зоні треба орієнтуватись при визначенні оптимальної тривалості процесу випалювання. Важливим результатом проведеного дослідження є висновок про те, що температура пересипки практично не відрізняється від температури заготовки, що знаходиться поруч. Це надає можливість контролювати температуру заготовки за температурою пересипки, яка на відміну від температури безпосередньо заготовки може бути виміряна. За результатами проведеного аналізу існуючих систем керування процесом випалювання вуглецевих виробів виявлені недоліки останніх і сформульоване завдання створення нової системи керування процесом з метою підвищення його ресурсо- та енергоефективності. Запропонована система програмного керування процесом випалювання, досліджено вплив тривалості процесу та параметрів налаштування ЛКрегулятора на техніко-економічні показники виробництва та показники якості готової продукції. З метою усунення недоліків системи програмного керування розроблена система керування процесом випалювання реального часу, в якій для визначення температур заготовок у характерних точках вимірюються поточні температури у відповідних точках пересипки.
dc.description.abstractotherZhuchenko Liudmyla. Control processes automation of the carbon products heat treatmen. – The manuscript. The dissertation for a Doctor of Philosophy on the specialty 151 “Automation and computer integrated technologies” – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2023. Today, it is impossible to imagine the work of enterprises in such industries as non-ferrous and ferrous metallurgy, chemical industry, mechanical engineering and others, where the production technology is inextricably linked with the need to use electrothermal processes, without carbon graphite products. Modern global trends in the development of the mentioned branches of industry are characterized by a constant increase in the production of graphitized carbon products. Graphite is often used as a lining material in blast furnaces and ferroalloy furnaces, nuclear industry. Aluminum production is the largest consumer of graphite products. It is known, that the production of carbon products is characterized by significant resource and energy costs. Hence, increasing the efficiency of production of carbon products is a scientific and practical task. This is especially relevant in modern conditions, when there is an increase in the cost of energy carriers on a constant basis. The production of carbon graphite products is complex and multi-stage. One of the defining stages of this production, at which the final properties of the final products are largely formed, are the technological processes of forming and firing carbon products. These technological processes account for about 40 percent of the energy consumption of the entire production. One of the ways to increase the efficiency of the technological processes of forming and firing carbon products is to create modern control systems for these processes. Unfortunately, the existing management systems in production today do not meet the objectives of increasing efficiency. Hence, there is a question of improving the existing control systems, otherwise – developing new ones. Based on this, there is an urgent scientific and practical task of creating computer systems for optimal control of the technological processes of forming and burning carbon graphite production, which would meet the modern requirements of resource and energy saving. A brief description of the technological complex of carbon graphite production is presented, based on the analysis of which the research objects - technological processes of forming and firing - are selected. The choice of these processes is due, firstly, to their determining value in the formation of the final properties of the final products and, secondly, to their significant energy consumption. An analysis of the technological features of the processes of forming and firing carbon products, as well as the design features of the technological devices where the above-mentioned processes take place. The researched range of carbon graphite products and their quality indicators on the example of PrAT "Ukrgrafit", as a result of which the main indicators that actually form the market value of finished products and therefore they should be provided with energy-efficient technological modes of production in the first place. The energy intensity of each firing campaign is determined primarily by the duration of the last one. In this regard, an indicator is proposed that can be used in the process control system to determine its optimal duration. The analysis of the existing control systems for the process of forming carbon products, as well as related processes, showed that the issue of the failure resistance of the control system for this process was not paid attention to in domestic research, although this issue is quite relevant.. In this regard, the paper proposes a fail-safe control system for the process of forming carbon products. Unlike traditional fault-tolerant systems, this system takes into account the cyclical nature of the technological process of formation by applying control with iterative learning. The optimal setting of the control system was carried out and its effectiveness was investigated. As evidenced by all literary sources, as well as production practice, the main technological mode, which determines all technical and economic indicators of the firing process, is the thermal mode. That is why special attention is paid to the study of the thermal conditions of the firing process from the point of view of the construction of its control system. The method of mathematical modeling is used as a virtually non-alternative method of conducting this research. Considering that the only effective control of the burning process is the fuel consumption in the "chamber under fire", it was this chamber that was the object of the study of thermal regimes. The results of the study showed that the chamber can be conditionally divided into three temperature zones: hot, sub-valve and cold. Moreover, which is fundamentally important for the synthesis of the control system, these zones do not migrate depending on the type of camera loading. Special attention is paid to the study of the influence of fuel consumption on the thermal modes of the camera. An important conclusion is that with an increase in fuel consumption, the temperature difference in the work pieces increases, which can lead to product shortages. This is especially dangerous for work pieces located in the "hot" zone of the furnace at the initial stage of the firing campaign. The "cold" zone of the furnace has the lowest temperatures. This means that it is precisely the work pieces located in this zone that should be focused on when determining the optimal duration of the firing process. An important result of the conducted research is the conclusion that the temperature of the overburden practically does not differ from the temperature of the nearby work piece. This provides an opportunity to control the temperature of the work piece by the temperature of the overburden, which, unlike the temperature of the work piece itself, can be measured. Acording to the results of the analysis of the existing control systems for the process of burning carbon products, the shortcomings of the latter were identified and the task of creating a new process control system was formulated in order to increase its resource and energy efficiency. The proposed system of software control of the firing process, the influence of the duration of the process and the setting parameters of the LC regulator on the technical and economic indicators of production and the quality indicators of the finished products were investigated. In order to eliminate the shortcomings of the software control system, a realtime firing process control system was developed, in which the current temperatures at the corresponding points of the reflow are measured to determine the temperatures of the work pieces at characteristic points.
dc.format.extent164 с.
dc.identifier.citationЖученко, Л. К. Автоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів : дис. … д-ра філософії : 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології / Жученко Людмила Костянтинівна. – Київ, 2023. – 164 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/64829
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectвуглеграфітове виробництво
dc.subjectвуглецеві вироби
dc.subjectпроцес формування
dc.subjectпроцес випалювання
dc.subjectтеплові режими
dc.subjectвідмовостійка система керування
dc.subjectЛК-регулятор
dc.subjectпрограмне керування
dc.subjectсистема керування реального часу
dc.subjectcarbon graphite production
dc.subjectcarbon products
dc.subjectforming process
dc.subjectfiring process
dc.subjectthermal regimes
dc.subjectfail-safe control system
dc.subjectLC controller
dc.subjectsoftware control
dc.subjectreal-time control system
dc.subject.udc681.5
dc.titleАвтоматизація процесів керування термічною обробкою вуглецевих матеріалів
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Zhuchenko_dys.pdf
Розмір:
4.32 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕП)
Дисертації (вільний доступ)