About an Exponential Model of Heating Slabs in Methodical Furnaces

Autor: Panferov, V.I., Panferov, S.V.
Rok vydání: 2020
Předmět:
Popis: Панферов Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах, Южно- Уральский государственный университет; профессор кафедры авиационных комплексов и конструкций летательных аппаратов, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно- воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», филиал в г. Челябинске, г. Челябинск; tgsiv@mail.ru. Панферов Сергей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; panferovsv@susu.ru. V.I. Panferov1, 2, tgsiv@mail.ru, S.V. Panferov1, panferovsv@susu.ru 1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, 2 Russian Air Force Military Educational and Scientific Center “Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin”, Chelyabinsk branch, Chelyabinsk, Russian Federation Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) методических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть задачу физической обусловленности и параметрической настройки так называемой экспоненциальной модели, часто применяемой для описания нагрева слябов в методических печах прокатного производства. Выясняется вопрос о том, насколько экспоненциальная модель соответствует физике процесса нагрева, какая точность описания при этом может быть достигнута. Материалы и методы. Производится сравнение как структур моделей – физической модели на основе уравнения теплопроводности и экспоненциальной модели, так и результатов расчета среднемассовой температуры металла по этим моделям. Результаты. Показано, что экспоненциальная модель в точности соответствует физике процесса нагрева только для термически тонких тел. Получено дифференциальное уравнение для ошибки расчета среднемассовой температуры термически массивных тел. При этом анализируются три режима нагрева: при постоянной температуре рабочего пространства и при линейном и экспоненциальном росте этой температуры. Приведено решение уравнения для ошибки расчета при нагреве при постоянной температуре рабочего пространства. Установлено, что экспоненциальная модель удовлетворительно описывает процесс, как правило, только для режима нагрева при постоянной температуре рабочего пространства. Найдено рациональное значение настраиваемого параметра экспоненциальной модели. Указывается достаточно простая схема перехода от параметров модели, ядром которой является дифференциальное уравнение теплопроводности, к параметрам упрощенной экспоненциальной модели для среднемассовой температуры. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП методических печей. Introduction. In conditions of increasing requirements for the quality of metal heating before rolling, the task of creating and improving the algorithmic support of automated process control systems (ACS TP) of methodical furnaces is quite relevant. Aim. Consider the problem of physical conditioning and parametric tuning of the so-called exponential model, which is often used to describe the heating of slabs in rolling mill furnaces: the question arises of how much the exponential model corresponds to the physics of the heating process, and what accuracy of the description can be achieved. Materials and methods. A comparison is made of both the structures of the models – the physical model based on the heat equation and the exponential model, and the results of calculating the mass average temperature of the metal using these models. Results. It is shown that the exponential model exactly corresponds to the physics of the heating process only for thermally thin bodies. A differential equation is obtained for the error in calculating the mass-average temperature of thermally massive bodies. In this case, three heating modes are analyzed: at a constant temperature of the working space and with a linear and exponential increase in this temperature. The solution of the equation for the calculation error during heating at a constant temperature of the working space is given. It is established that the exponential model satisfactorily describes the process, as a rule, only for the heating mode at a constant temperature of the working space. The rational value of the tunable parameter of the exponential model is found. A rather simple scheme of the transition from the parameters of the model, the core of which is the differential heat equation, to the parameters of the simplified exponential model for the mass-average temperature, is indicated. Conclusion. The results of the work can be used in the development and improvement of the algorithmic support of automated process control systems of methodological furnaces.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: