О расчетно-инструментальном контроле качества нагрева и термообработки металла в печах

Abstract

Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой или при его термообработке задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных и термических печей является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть решение задачи контроля перепада температуры по сечению металла при его нагреве перед прокаткой или в процессе термообработки. Материалы и методы. Выполнен анализ литературных источников по проблеме. Проведено обобщение результатов ранее выполненных работ как для случаев выдержки при постоянной температуре рабочего пространства, так и при постоянной температуре поверхности заготовки, а также и для случая нагрева массивных тел произвольной формы. Результаты. Показано, что решение задачи контроля можно свести либо к измерению текущей плотности теплового потока внутрь металла, либо же к измерению разности температур печи и поверхности сляба. Исследовано влияние на структуру алгоритмов контроля различных особенностей реального процесса выдержки. Приведено решение задачи контроля для случая массивных тел произвольной формы. Получены соотношения для контроля, аналогичные алгоритмам контроля для слитков и слябов. Указан способ настройки алгоритмов контроля на реальный процесс по данным текущих измерений в регулярном режиме. Установлено, что для случая симметричного или одностороннего нагрева слябов в методических печах для настройки достаточно измерять температуру только одной из поверхностей, при несимметричном нагреве требуется измерять температуры обеих поверхностей. Для случая выдержки рулонов холоднокатаной ленты в колпаковых печах необходимо измерять температуру в трех различных по радиусу точках основания нижнего рулона с помощью контактных термопар. После настройки для контроля в любом случае достаточно измерять температуру лишь в одной точке поверхности. Исследовано влияние погрешностей измерения температуры поверхности металла на точность настройки алгоритмов контроля и на точность оценки максимального перепада температуры по его сечению. Приведены варианты реализации алгоритмов контроля в промышленных условиях. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения АСУ ТП нагревательных и термических печей. Introduction. In conditions of increasing requirements for the quality of metal heating before rolling or during its heat treatment, the task of creating and improving the algorithmic support of automated process control systems (ACS TP) of heating and thermal furnaces is quite relevant. Aim. The solution to the problem of controlling the temperature drop over the cross section of a metal when it is heated before rolling or during heat treatment is considered. Materials and methods. An analysis of the literature on the problem. A generalization of the results of previous work is carried out both for cases of exposure at a constant temperature of the working space, and at a constant surface temperature of the workpiece, as well as for the case of heating massive bodies of arbitrary shape. Results. It is shown that the solution to the control problem can be reduced either to measuring the current density of the heat flux inside the metal, or to measuring the temperature difference between the furnace and the surface of the slab. The influence on the structure of control algorithms of various features of the real aging process is investigated. The solution of the control problem for the case of massive bodies of arbitrary shape is given. Relations for control are obtained, similar to control algorithms for ingots and slabs. A method for tuning control algorithms to a real process according to current measurements in a regular mode is indicated. It has been established that for the case of symmetric or one-sided heating of slabs in methodological furnaces, it is sufficient to measure the temperature of only one of the surfaces for adjustment, while asymmetric heating requires the measurement of the temperatures of both surfaces. For the case of holding cold-rolled strip rolls in bell-type furnaces, it is necessary to measure the temperature at three radially different points of the base of the lower roll using contact thermocouples. After adjustment, for control in any case, it is enough to measure the temperature at only one point on the surface. The influence of errors in measuring the surface temperature of a metal on the accuracy of control algorithms and on the accuracy of estimating the maximum temperature difference over its cross section is studied. The implementation options for control algorithms in an industrial environment are given. Conclusion. The results of the work can be used in the development and improvement of the algorithmic support of automated process control systems for heating and thermal furnaces.